DE69126277T2

DE69126277T2 - Papier mit veränderlichem Querquadratmetergewicht

Info

Publication number: DE69126277T2
Application number: DE69126277T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey L Allen; Gordon H Bokelam; Navin Gautam; David J Kraske; James L Myracle; Robert M Rogers; Edward B Sanders
Original assignee: Philip Morris Products SA
Current assignee: Philip Morris Products SA
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1991-11-06
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2011-11-07
Also published as: GR3024484T3; FI915419A0; EP0486213B1; AU8775591A; NO304557B1; CA2055717A1; FI915419L; FI98547B; JPH04289298A; JP3170330B2; NO914487D0; DE69126277D1; ES2101723T3; EP0486213A1; CA2055717C; NO914487L; US5474095A; FI98547C; AU649493B2; DK0486213T3

Description

Diese Erfindung betrifft Papier und seine Herstellung. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein unlaminiertes Papier mit veränderlichem Flächengewicht, wie es aus US-A-4 239 591 bekannt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt das hier beschriebene Papier Bereiche von erhöhtem Flächengewicht. Diese Bereiche von erhöhtem Flächengewicht sind quergerichtet, das heißt sie sind im wesentlichen parallel zur Querrichtung des Papiers und orthogonal zur Maschinenrichtung des Papiers ausgerichtet. Flächengeweicht bedeutet, wie hier verwendet, das Gewicht des Papiers pro Einheitsoberflächenbereich und wird in Gramm pro Quadratmeter ausgedrückt.
Ein Papier, wie das hier beschriebene, ist als Umhüllungsmaterial für Rauchartikel besonders brauchbar.
Bei der Papierherstellungstechnik ist es häufig üblich, Papier herzustellen, dessen Flächengewicht so einheitlich wie möglich ist. Flächengebilde aus in Standard-Papierherstellungsverfahren hergestelltem Papier haben deshalb gewöhnlich ein einheitliches Flächengewicht, wenn das Papier als Ganzes betrachtet wird. Mikroskopische Variationen im Flächengewicht des Papiers können aufgrund von Variationen in der Größe der Faserbestandteile oder von Schwankungen beim Herstellungsprozeß dennoch auftreten.
Ein in der Tabakindustrie als Zigarettenumhüllungsmaterial verwendetes Papier hat üblicherweise ein einheitliches Flächengewicht, um gleichmäßige Brenneigenschaften im Rauchartikel zu fördern. Es ist nun wünschenswert, ein Zigarettenumhüllungspapier herzustellen, welches spezielle Brenneigenschaften verleiht, zum Beispiel, daß das Papier eine Abnahme der freien Brenngeschwindigkeit des Rauchartikels dahin gehend unterstützt, daß eine Verbrennung des Artikels auf ein weitestgehend unbedeutendes Maß vermindert wird oder völlig aufhört.
Es gab Versuche, unlaminiertes Papier mit größerer Dicke herzustellen. Zum Beispiel betrifft das US-Patent 4 239 591 von Blake die Herstellung von Papier, das entweder Inseln oder durchgehende Bereiche von erhöhter Dicke aufweist. Ein Nachteil dieser Erfindung ist der, daß die Bereiche erhöhter Dicke in der Richtung verlaufen, in der die Bahn abgelegt wird.
Es gab Versuche, Umhüllungen für Rauch artikel herzustellen, die derart ausgebildet sind, daß sie die Entzündungsneigung des Rauchartikels verringem. Zum Beispiel betrifft das US-Patent 4 739 775 von Hampl Umhüllungen, welche auf Zigarettenpapier laminierte Bänder aufweisen.
Das US-Patent 4 945 932 von Mentzel betrifft eine Zigarette mit verringerter Verbrennungsneigung, die batoniertes Papier aufweist.
Es wurden Versuche unternommen, die Brenngeschwindigkeit von Umhüllungsmaterialien für Rauchartikel zu verringern. Diese Versuche umfassen das Einsetzen eines Brennhemmstoffes, wie beispielsweise Magnesiumacetat, in das Umhüllungsmaterial. Diese Brennhemmstoffe können dem Rauchartikel bei der Verbrennung unerwünschte Geschmacksstoffe beifügen.
Gemäß der Erfindung ist ein Rauchartikel vorgesehen, der einen Strang aus Tabak aufweist, welcher mit einem unlaminierten Papier umwickelt ist, das eine Trägerbahn aus Zellulosefasern mit einer Mehrzahl von quergerichteten Bereichen aufweist, die ein größeres Flächengewicht als das Flächengewicht der Trägerbahn haben.
Es ist zudem in Übereinstimmung mit der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines unlaminierten Papiers vorgesehen durch Ausbilden einer sich bewegenden Trägerbahn aus Zellulose-Papierstoff auf einer Endlos-Siebeinrichtung und Ablegen von zusätzlichem Material auf die sich bewegende Trägerbahn, um eine Mehrzahl von quergerichteten Bereichen zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablageschritt umfaßt das Drehen einer Hohltrommel, die eine Mehrzahl von Öffnungen besitzt; und das Leiten des zusätzlichen Materials von einer Quelle dafür zu den Öffnungen, wobei die Drehung der Trommel bewirkt, daß das zusätzliche Material auf der sich bewegenden Trägerbahn abgelegt wird; das Pressen der sich bewegenden Trägerbahn, nach der Ablage des zusätzlichen Materials, um ein Papier mit einer Mehrzahl quergerichteter Bereiche mit erhöhtem Flächengewicht zu bilden.
Es ist zudem in Übereinstimmung mit der Erfindung eine Papierherstellungsmaschine des Fourdrinier-Typs vorgesehen mit einer Einrichtung zum Auftragen einer Menge von Papierstoff auf ein darunter angeordnetes, sich bewegendes Endlos-Langsieb (14), um eine Papierstoffbahn (16) zu erzeugen, die eine Appliziereinrichtung (20) zum Auflegen von zusätzlichem Material auf die Bahn (16) in aufeinanderfolgenden quergerichteten Bereichen (11) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Appliziereinrichtung umfaßt eine Papierstoffquelle und eine hohle, drehbare Trommel (21), die eine Mehrzahl von Schlitzen (22), einen stationären Schuh (23) in Kontakt mit dem Inneren der Trommel und mit einer Öffnung (24), durch welche das zusätzliche Material hindurchgeht, und eine Einrichtung (25) zum Leiten zusätzlichen Materials von der Quelle des Materials zu dem stationären Schuh besitzt, wobei eine Drehung der Trommel so wirkt, daß sie den Fluß des zusätzlichen Materials aus dem stationären Schuh auf die Papierstoffbahn unterbricht, was bewirkt, daß der Papierstoff intermittierend auf die Bahn aufgebracht wird, quer zur Bewegungsrichtung der Papierstoffbahn (16) auf dem Langsieb (14); und eine Walze (18), die so angeordnet ist, daß sie die Bahn (16) zusammenpreßt, um ein unlaminiertes Papierflächengebilde zu bilden.
Es ist zudem in Übereinstimmung mit der Erfindung ein Rauchartikel mit einem von einem Umhüllungspapier gemäß der Erfindung umwickelten Tabakstrang vorgesehen.
Die Erfindung wird weiter mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen durchgehend gleiche Bauteile bezeichnen und in welchen:
Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Bereichs einer Papierherstellungsstraße ausgehend vom Stoffauslaufkasten zum Andruckbereich einer Fourdrinier- Papierherstellungsmaschine darstellt;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Appliziereinrichtung darstellt, welche zusätzliches Material ablegt;
Fig. 3 eine Papierprobe mit einer Mehrzahl von Bereichen erhöhten Flächengewichts darstellt; und
Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung eines Rauchartikels darstellt, der das Papier der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein unlaminiertes Papier mit veränderlichem Flächengewicht. Das Papier dieser Erfindung besitzt quergerichtete Bereiche mit einem Flächengewicht, das sich von dem der Trägerbahn unterscheidet. In einer bevorzugten Ausführungsform haben die quergerichteten Bereiche ein größeres Flächengewicht als das Flächengewicht der Trägerbahn "Papier" ist, wie hier verwendet das Papier dieser Erfindung, "Tragerbahn" ist der Bereich des Papiers ohne die Bereiche erhöhten Flächengewichts und "quergerichtete Bereiche", sind die Bereiche veränderlichen Flächengewichts in Querrichtung.
Eine Zunahme im Flächengewicht kann erreicht werden, indem ein Papier mit örtlichen Bereichen mit entweder (1.) erhöhter Dicke und/oder (2.) erhöhter Dichte geschaffen wird. Die Zunahme im Flächengewicht kann durch Ablegen von zusätzlichem Material, wie beispielsweise einer zweiten Menge von Papierstoff oder, alternativ, einem Füllmaterial auf eine existierende Papierstoffbahn in einer Papierherstellungsmaschine erreicht werden. Einige Beispiele für zusätzliche Materialien sind hochgradig gemahlener Papierstoff, Zellulosefasern mit großer Oberfläche, mikrokristalline Zellulose oder ein Gemisch aus hochgradig gemahlenem Papierstoff und Calciumcarbonat. Zusätzliches Material kann zudem Materialien umfassen, die auf das Papier ausgeprägte Qualitäten übertragen, wie beispielsweise Bestandteile, die durch elektromagnetische Mittel erfaßbar sind, Tinten, Farbstoffe und dgl. Nachfolgend werden die zusätzlichen Materialien als "Material" bezeichnet.
Das Papier dieser Erfindung kann aus jedem Lignozellulose-Papierstoff, wie beispielsweise Weichholz- oder Hartholz-Papierstoff, hergestellt werden. Vorzusgsweise ist jedoch der Papierstoff ein Zellulose-Papierstoff, und noch besser ist der Papierstoff aus holzfreien Pflanzen, wie Gräsern, hergeleitet. Vorzugsweise ist der Papierstoff ein Flachs-Papierstoff.
Während ein gewöhnlich zum Umwickeln von Rauchartikeln verwendetes Papier ein Flächengewicht von etwa 20-30 g/m² aufweist, hat das Papier dieser Erfindung ein durchschnittliches Flächengewicht von etwa 25-70 g/m². Die quergerichteten Bereiche haben vorzugsweise ein Flächengewicht über dem der Trägerbahn. Insbesondere weisen die quergerichteten Bereiche einen Anstieg im Flächengewicht bis zu etwa 100 % über dem des Flächengewichts der Trägerbahn auf. Besonders bevorzugt weisen die quergerichteten Bereiche einen Anstieg im Flächengewicht von etwa 0,01-30% über dem der Trägerbahn auf.
Die quergerichteten Bereiche haben, obwohl sie ein erhöhtes Flächengewicht besitzen, vorzugsweise im wesentlichen die gleiche Dicke wie die Trägerbahn. Das Papier dieser Erfindung ist deshalb, im Ganzen betrachtet, von im wesentlichen einheitlicher Dicke. Vorzugsweise hat die Trägerbahn eine Dicke von etwa 0.03 bis 0,1 mm (0,001-0,004 lnch). Die quergerichteten Bereiche haben eine Dicke, die nicht mehr als etwa 50 % größer ist als die Dicke der Trägerbahn. Insbesondere haben die quergerichteten Bereiche eine Dicke, die nicht mehr als etwa 10 % größer ist als die der Trägerbahn.
Das Papier der vorliegenden Erfindung ist, im Rauchartikel eingesetzt, in der Lage, ungleiche Brenneigenschaften zu fördern, z. B. nimmt die freie Brenngeschwindigkeit des Rauchartikels soweit ab, daß eine Verbrennung des Artikels weitestgehend unbedeutend ist oder völlig aufhört. Die Porosität der Papiemmhüllung eines Rauchartikels spielt eine Hauptrolle beim Verändern der freien Brenngeschwindigkeit des Rauchartikels. Es wird angenommen, ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, daß Sauerstoff durch das Papier zu dem brennenden Tabak diffundieren muß, um eine Verbrennung zu unterstützen; wenn es für Sauerstoff schwierig ist, durch das Papier hindurchzugehen, nimmt die Verbrennungsgeschwindigkeit ab. Eine Verbrennung, die Wechselwirkung zwischen Tabak und Sauerstoff, um Hitze und Feuer zu erzeugen, ist flammlos und glühend.
Zum Beispiel beträgt die Porosität der normalerweise bei Rauchartikeln, wie z.B. Zigaretten, anzufindenden Umhüllungsmaterialien etwa 25-60 Coresta. Umhüllungsmaterialien wie diese, von welchen die Trägerbahn ein Teil ist, führen zu einem Rauchartikel, welcher eine freie Brenngeschwindigkeit von etwa 6-10 Minuten für einen Abschnitt von 40 mm Länge hat. Die quergerichteten Bereiche der vorliegenden Erfindung jedoch haben eine Porosität von bis zu etwa 10 Coresta, was zu einer freien Brenngeschwindigkeit von etwa 10-20 Minuten in einem Bandbereich von 40 mm Länge führt. Bei Bedarf kann die Porosität sowohl der Trägerbahn als auch der Bereiche durch herkömmliche Verfahren, wie beispielsweise elektrostatische Perforation, verändert werden.
Wie oben ausgeführt, kann das Papier dieser Erfindung, eingesetzt in einen Rauchartikel, auch eine Selbstauslöschung des Rauchartikels unterstützen. Zum Beispiel wird eine herkömmliche Zigarette ohne Auslöschung schwelen, bis das gesamte brennbare Material aufgezehrt ist. Ein aus dem Papier dieser Erfindung hergestellter Rauchartikel schwelt vor dem Verlöschen etwa 0,5 bis 4 Minuten. Für den Fachmann ist es verständlich, daß die Zeit bevor ein aus dem Papier dieser Erfindung hergestellter Rauchartikel von selbst erlöscht, von der Breite der quergerichteten Bereiche, der Porosität der Trägerbahn und der quergerichteten Bereiche, dem Abstand zwischen Bändern und von beliebig verwendeten Brennadditiven abhängig ist. Die Auslöschzeit kann deshalb durch einfaches Experimentieren mit diesen Parametern bestimmt und manipuliert werden.
Die Abmessungen der quergerichteten Bereiche beeinflussen auch die Brenneigenschaften des Papiers und folglich des Rauchartikels. Insbesondere übt die Breite der quergerichteten Bereiche einen größeren Einfluß auf die Brenngeschwindigkeit aus als die Länge. Vorzugsweise haben die quergerichteten Bereiche eine Breite von etwa 1-10 mm (noch bevorzugter 3-7 mm). Ganz bevorzugt betragen die quergerichteten Bereiche etwa 5 mm. Die Länge der quergerichteten Bereiche sollte im wesentlichen die gleiche sein wie der Umfang eines Rauchartikels wie eine Zigarette.
In einer separaten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die quergerichteten Bereiche aus verschiedenen regelmäßigen und unregelmäßigen geometrischen Formen, Gestaltungen und Größen sein. Ferner können die quergerichteten Bereiche sowohl durchgehend als auch nicht durchgehend sein. "Durchgehend" bedeutet, wie hier verwendet, daß ein einzelner, ununterbrochener quergerichteter Bereich mit erhöhtem Flächengewicht vorliegt, und "nicht durchgehend" bedeutet, daß ein unterteilter Bereich mit erhöhtem Flächengewicht vorliegt so daß sich eine Mehrzahl von getrennten Abschnitten in Querrichtung ergibt.
Der Abstand zwischen den quergerichteten Bereichen beeinflußt zudem die Brenngeschwindigkeit. Je größer z.B. die Trennung zwischen quergerichteten Bereichen ist, desto schneller brennt ein aus dem Papier hergestellter Rauchartikel. Die quergerichteten Bereiche sollten gleichweit voneinander entfernt angeordnet sein obgleich ein nicht gleichmäßiger Abstand zwischen den quergerichteten Bereichen durch diese Erfindung mit umfaßt ist. Vorzugsweise sind die quergerichteten Bereiche etwa 5-40 mm (insbesondere etwa 15-30 mm) voneinander entfernt angeordnet, gemessen von Mitte zur Mitte der quergerichteten Bereiche. Ganz besonders bevorzugt sind die quergerichteten Bereiche etwa 21 mm voneinander entfernt.
Das Papier dieser Erfindung kann auch etwa 0-1 Gew.% (vorzugsweise etwa 0,6 Gew.%) Monoammoniumphosphat enthalten. Dieser chemische Stoff neigt dazu, ein unattraktives Streifenbilden des Papiers aufgrund einer Kondensation auf der Innenseite des Papiers nach Zügen zu reduzieren. Die Neigung des Papiers, in dieser Weise Streifen zu bilden, ist erhöht, weil die Gesamtporosität des Papiers verringert wurde. Monoammoniumphosphat wird verwendet, um dieses kosmetische Problem auszuschließen.
Um eine Steuerung der Zugzahl des Rauchartikels zu unterstützen, kann das Papier zusätzlich bis zu etwa 14 Gew.% einer Brennchemikalie, wie Succinat, Citrat oder eine andere, den Fachleuten bekannte Alkalimetall-Brennchemikalie, enthalten. Das bevorzugte chemische Brennadditiv ist etwa 0,001 bis 0,99 Gew.% Citrat.
Das Papier kann ferner etwa 0-1 % (vorzugsweise etwa 0,3 %) Natriumcarboxymethylzellulose enthalten. Dieser chemische Stoff, welcher als Filmbildender wirkt, trägt zur Dichtigkeit der Asche bei, was hilft, den Nebenstromrauch zu verringern. Es wird angenommen, dass Natriumcarboxymethylzellulose als Trägermittel wirkt, um das Brennmittel (z. B. Citrat) in das Papier zu bekommen.
Zusätzlich wird das Papier mit einer Füllung von etwa 25-40 Gew.%, vorzugsweise etwa 30 %, eines anorganischen Füllstoffes, wie Calciumcarbonat, hergestellt. Die Fachleute werden erkennen, daß jeder anorganische Füllstoff verwendet werden kann, der zu einem Papier mit den gewünschten Verbrennungsparametern führt und welcher dem Papier keine unerwünschten subjektiven Qualitäten beisteuert. Wenn Calciumcarbonat verwendet wird, kann es eine Oberfläche von etwa 7-80 m² pro Gramm gemäß dem allgemein bekannten BET- Verfahren haben (siehe z. B. F.M. Nelson et al., "Determination of Surface Area", Analytical Chemistry, Band 30, Nr.8, August 1958, Seiten 1387-90, als Beschreibung des BET- Verfahrens).
Ein Verfahren zur Herstellung des Papiers dieser Erfindung verwendet eine Dandy- Maschine nach der Aufstreichmethode, welche unten beschrieben wird. Fig. 1 stellt den Bildungsbereich der Papierstoffbahn einer herkömmlichen Fourdrinier- Papierherstellungsmaschine 10 dar, die so ausgebildet ist, daß sie eine kontinuierliche Papierstoffbahn 16 erzeugt. Ein Stoffauflaufkasten 12 ist so ausgebildet, daß er eine Menge an Zellulose-Papierstoff aufnehmen kann, welche dem Stoffauflaufkasten 12 durch eine Mehrzahl von Leitungen 13 zugeführt wird, welche mit einer Papierstoffquelle kommunizieren (nicht dargestellt). Eine gemeinsame Papierstoffquelle ist ein Papierstoffspeichertank, welcher nicht dargestellt ist. Der Papierstoff, der dazu verwendet wird, das Papier dieser Erfindung herzustellen, ist vorzugsweise von extrem niedriger Stoffdichte - z.B. mit weniger als etwa 0,5 % Faserfeststoffen.
Unmittelbar unterhalb des Stoffauflaufkastens 12 ist ein endloses Langsieb 14 angeordnet. Ein in einem unteren Bereich des Stoffauflaufkastens 12 an dem Langsieb 14 definierter Anschnitt 15 gestattet dem Papierstoff aus dem Stoffauflaufkasten durch den Anschnitt 15 hindurch auf die Oberfläche des Langsiebs 14 zu fließen, um die Papierstoffbahn 16 zu bilden. Der Anschnitt 15 hat gewöhnlich eine schmale vertikale Breite, um die Menge des Papierstoffs, welcher aus dem Stoffauflaufkasten 12 fließt, zu regulieren. Die Länge des Anschnitts 15 kann sich überlicherweise im wesentlichen über die gesamte Breite der Papierstoffbahn 16 erstrekken.
Der Oberbereich des Langsiebes 14 ist so ausgebildet, daß er sich vorwärts zu einer Gautschwalze 17 und weg von dem Abschnitt 15 bewegt. Die Richtung vom Stoffauflaufkasten 12 zur Gautschwalze 17 ist die stromabwärts liegende Richtung. Wenn eine Papierstoffbahn 16 gebildet worden ist, passiert diese eine Appliziereinrichtung 20, welche zusätzliches Material auf die Papierstoffbahn 16 ablegt. Wenn das Langsieb 14 damit beginnt, sich um die Gautschwalze 17 nach unten und zurück zum Stoffauflaufkasten 12 zu bewegen wird die Papierstoffbahn 16 vom Langsieb 14 an eine Mehrzahl von Druckwalzen 18 und dann an einen Trocknerbereich der Papierherstellungsmaschine 10 abgegeben. Wenn sich die Papierstoffbahn 16 in Stromabwärtsrichtung voran bewegt kann Überschußwasser durch das Langsieb 14 hindurchgehen. Ein Vakuum kann üblicherweise an wenigstens einen Bereich der Unterseite des Langsiebs 14 angelegt werden, um die Entfernung von Wasser aus der Papierstoffbahn 16 zu unterstützen. Die Gautschwalze 17 kann so ausgebildet sein, daß sie, durch das Langsieb 14 hindurch, an der Unterseite der Papierstoffbahn 16 ein Vakuum erzeugt, um zusätzliches Wasser zu entfernen.
Fig. 2 stellt die Appliziereinrichtung 20 dar, die das zusätzliche Material auf der Papierstoffbahn 16 ablegt. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Appliziereinrichtung 20 eine drehende Hohltrommel 21. Die drehende Trommel 21 umfaßt üblicherweise eine Mehrzahl von Längsschlitzen 22; alternativ besitzt die Trommel eine Mehrzahl von Rinnen. In der bevorzugten Ausführungsform ist jeder der Schlitze 22 oder Rinnen parallel zur Längsachse der Trommel 21 ausgerichtet. Die Anzahl an um die Trommel herum positionierten Schlitzen 22 oder Rinnen hängt natürlich vom Radius der Trommel ab.
Die Trommel 21 ist der Bildung der Bahn 16 auf dem Langsieb 14 nachfolgend in Kontakt mit der Papierstoffbahn 16 angeordnet. Alternativ befindet sich die Trommel 21 nicht in physischem Kontakt mit der Papierstoffbahn 16, sondern ist nächstliegend angeordnet, so daß der Papierstoff direkt von der Trommel 21 zur Papierstoffbahn 16 strömen kann. Vorzugsweise ist die Geschwindigkeit der Trommel 21 mit der Papierstoffbahn 16 im wesentlichen synchronisiert, derart, daß die Winkelgeschwindigkeit der Trommel 21 in etwa die gleiche ist, wie die Lineargeschwindigkeit der Papierstoffbahn 16. Falls die Trommel 21 die Papierstoffbahn 16 nicht physisch berührt müssen die Geschwindigkeiten der Trommel 21 und der Papierstoffbahn nicht identisch sein. Der Punkt, an welchem das Material aufgebracht wird, ist vorzugsweise an oder hinter dem Punkt, an welchem sich die Trägerbahn konsolidiert hat.
Obwohl die Trommel 21 so dargestellt ist, daß sie beide Enden offen hat, können ein oder beide Enden vollständig oder teilweise geschlossen sein. Die Trommel 21 ist üblicherweise durch von den Enden der Trommel 21 vorstehenden Rollen abgestützt Die Stützrollen können wiederum von einem Rahmen abgestützt sein. Vorzugsweise kann der Rahmen abgesenkt werden, sodaß die Trommel an der Papierstoffbahn 16 nächstliegend angeordnet ist oder die Papierstoffbahn 16 berühren kann.
Die Trommel 21 kann durch eine beliebige Einrichtung gedreht werden. In einer Ausführungsform greift die Trommel 21 reibungsmäßig an die Papierstoffbahn 16 an, wodurch synchronisierte Geschwindigkeiten zwischen der Trommel 21 und der Papierstoffbahn 16 erhalten werden. Alternativ wird die Trommel 21 durch einen externen Antriebsmechanismus gedreht. Geeignete Antriebsmechanismen sind Bänder, Getriebezüge und dgl. Ein Durchschnitts fachmann kann eine Auswahl aus den Einrichtungen zum Drehen eines zylinderförmigen körpers treffen, ohne den Schutzbereich dieser Erfindung zu verlassen.
Wie oben ausgeführt, kann die Drehtrommel 21 eine Mehrzahl von Schlitzen 22 oder Rinnen besitzen. Die Schlitze 22 sind vorzugsweise gleich weit voneinander entfernt um die Trommel 21 herum angeordnet, obgleich ein nicht gleichförmiger Abstand zwischen den Schlit zen von dieser Erfindung mit umfaßt ist. Vorzugsweise sind die Schlitze 22 etwa 5-40 mm voneinander entfernt angeordnet, gemessen von der Mitte eines Schlitzes zur Mitte eines unmittelbar zu diesem benachbarten Schlitzes (Mitte zu Mitte). Noch bevorzugter sind die Schlitze 22 etwa 15-30 mm voneinander entfernt und ganz bevorzugt etwa 21 mm voneinander entfernt.
Für den Fachmann ist es verständlich, daß die Größe und Gestalt der quergerichteten Bereiche mit erhöhtem Flächengewicht durch die Gestalt und die Abmessungen der Schlitze 22 bestimmt wird. Obwohl die Schlitze 22 vorzugsweise in rechtwinkliger Gestalt vorliegen, kann eine Auswahl aus verschiedenen regelmäßigen und unregelmäßigen geometrischen Gestaltungen und Formen getroffen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Zudem können die quergerichteten Bereiche selbst durchgehend oder nicht durchgehend in Querrichtung sein. Vorzugsweise hat jeder der Schlitze 22 im wesentlichen die gleichen Abmessungen. Noch bevorzugter hat jeder der Schlitze 22 Abmessungen von etwa 1-10 mm (noch bevorzugter etwa 1,5-5 mm) Breite. Ganz besonders bevorzugt sind die Schlitze etwa 2,5 mm breit.
Vorzugsweise ist die Länge der Schlitze wenigstens im wesentlichen die gleiche wie der Umfang eines Rauchartikels wie eine Zigarette. Der Fachmann jedoch kann eine Auswahl aus verschiedenen Schlitzlängen treffen, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann die Schlitzlänge größer als der Umfang einer Zigarette sein, wobei es in diesem Fall der Fachmann wünschenswert finden wird, das sich ergebende Papier in eine bestimmte Breite zu schneiden. Alternativ können die Schlitze eine Länge von weniger als dem Umfang eines Rauchartikels haben.
Jeder der Schlitze 22 wirkt als ein Kanai, durch welchen Material auf die Papierstoffbahn 16 abgelegt wird, um dadurch längliche Flächen von zusätzlichem Material zu erzeugen, welche zu den Bereichen werden. Vorzugsweise wird der Materialfluß so reguliert, daß das Material zu einer gegebenen Zeit nicht aus mehr als einem einzigen Schlitz 22 ausströmt. Papierstoff wird in der folgenden Weise zu den Schlitzen geleitet. Ein Zylinder 25 transportiert Material von einer Papierstoffquelle zu einem stationären Schuh 23. Der stationäre Schuh 23 überträgt das Material durch eine Öffnung 24 hindurch auf eine innere Oberfläche der Trommel 21. Die innere Oberfläche der Trommel 21 ist in komplementärem Kontakt mit einem stationären Schuh 23, aus welchem das Material ausfließt. Ein solcher komplementärer Kontakt wird erreicht, indem die Kontaktfläche zwischen der Trommel 21 und dem stationären Schuh 23 konzentrisch mit dem Krümmungsradius verläuft und in Kontakt mit dem Inneren der Trommel 21 ist. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen der Kontaktfläche stationärer Schuh 23/Trommel 21 und der Kontaktfläche Trommel 21/Papierstoffbahn 16 minimiert.
Der stationäre Schuh 23 ist gestreckt und hat in etwa die gleiche Länge wie die Trommel 21. Der stationäre Schuh 23 enthält eine Langöffnung 24, die sich wenigstens über einen Bereich der Länge des stationären Schuhs 23 erstreckt. Zudem ist die Öffnung 24 dazu in der Lage an jedem Punkt entlang der Öffnung 24 eine im wesentlichen unveränderliche Menge von Material auszugeben. Die Öffnung 24 hat vorzugsweise in etwa die gleichen Abmessungen wie jeder der Schlitze 22 in der Drehtrommel 21.
Die Drehung der Trommel 21 wirkt wie ein Schalter, um den Materialfluß zu unterbrechen. Der Materialfluß wird unterbrochen durch Kontakt des stationären Schuhs 23 mit der inneren Oberfläche der Trommel 21 selbst und zugelassen, wenn die Öffnung 24 mit den Schlitzen 22 ausgerichtet ist. Somit gestattet die Drehung der Trommel 21 einer Mehrzahl von quergerichteten Bereichen 11 auf die sich bewegende Papierstoffbahn 16 abgelegt zu werden.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein tiefdruckartiger Prozeß verwendet, um zusätzliche Mengen von Material auf der Trägerbahn in Querrichtung abzulegen. In dieser Ausführungsform enthält die Drehtrommel 21 eine Mehrzahl von Rinnen. Die Rinnen sind parallel zur Längsachse der Trommel 21 ausgerichtet. Eine Materialmenge, die im wesentlichen dem Volumen der Rinnen entspricht, wird mittels einem Verteilerkopf in jeder der Rinnen angeordnet und mittels einer Rakel dosiert.
Wenn eine oder mehrere Rinnen mit Material gefüllt worden sind, wird die Trommel 21 wie vorher beschrieben gedreht. Bei Kontakt einer materialbeladenen Rinne mit der Trägerbahn 16 wird das Material von den Rinnen auf die Papierstoffbahn 16 übertragen. Die Übertragung von Material von den Rinnen auf die Papierstoffbahn 16 kann unterstützt werden durch ein Vakuum, das durch eine Vakuumkammer 26 über das Langsieb 14 angelegt wird, oder durch über die Rinnen zugeführtes Druckgas.
Das Volumen des abgelegten zusätzlichen Materials wird natürlich durch das Volumen der Rinnen bestimmt. Vorzugsweise haben die Rinnen Abmessungen von etwa zwischen 1-10 mm in der Breite bei weniger als etwa 3 mm Tiefe. Die Länge der Rinnen sollte als Minimum im wesentlichen dem Umfang eines Rauchartikels, wie einer Zigarette, gleich sein.
Wenn das zusätzliche Material entweder durch das aufstreichende Dandy-Verfahren oder durch das Tiefdruckverfahren abgelegt worden ist, kann die Papierstoffbahn 16 mit den Bereichen 11 durch eine stromabwärts von der Drehtrommel liegenden Walzeneinrichtung gepreßt werden. Vorzugsweise wird die Papierstoffbahn 16 an Preßwalzen 18 gepreßt. Der bei den Preßwalzen verwendete Druck ist vergleichbar mit dem gewöhnlich für das Pressen einer Zellulose-Papierstoffbahn verwendeten Druck, etwa 250 Pfund pro linearem Inch der Druckwalzen. Als zusätzlicher Beitrag zur Konsolidierung des Flächengebildes wird durch die Druckwalzen Wasser von dem Flächengebilde entfernt.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein zweiter Stoffauflaufkasten verwendet werden, um zusätzliches Material direkt auf die Papierstoffbahn 16 oder auf ein oberes Langsieb, welches die Oberseite der Papierstoffbahn 16 berührt, abzulegen. Der Abschnitt des Stoffauflaufkastens legt, wenn geöffnet, zusätzliches Material auf die Papierstoffbahn 16 oder auf das obere Langsieb ab. Wenn der Anschnitt des zweiten Stoffauf laufkastens geschlossen ist, kann kein zusätzliches Material aus dem zweiten Stoffauflaufkasten ausfließen. Der Fachmann kann die Öffnungs- und Schließfrequenz des Anschnitts an dem zweiten Stoffauflaufkasten steuern, um Bereiche in der Querrichtung in den gewünschten Abmessungen zu gestalten.
Obwohl die oben diskutierten Daubing-Dandy- oder Tiefdruckverfahren bevorzugt werden, um das Papier dieser Erfindung herzustellen, können auch andere Verfahren mit Übertragungswalzen, einer Vierwalzen-Leim presse oder Kreppungsvorrichtungen verwendet werden. Das Übertragungswalzenverfahren wird zum Auftragen von Bändern an der Preßwalze in Betracht gezogen, die Vierwalzen-Leimpresse wird zum Auftragen von Bändern an der Leimpresse in Betracht gezogen und das Kreppen wird beim Aufbringen von Mikrokrepp im normalen Zigarettenpapier in Betracht gezogen.
Fig. 3 stellt ein Beispiel eines Papiers gemäß der vorliegenden Erfindung dar, daß eine Papierstoffbahn 16 mit einer Mehrzahl von quergerichteten Bereichen 11 mit erhöhtem Flächengewicht zeigt. Fig. 4 stellt ein Beispiel eines Rauchartikels dar, der ein Papier der vorliegenden Erfindung beinhaltet, welches eine Mehrzahl von quergerichteten Bereichen 11 mit erhöhtem Flächengewicht enthält.

Beispiel 1

Ein Brei aus gemahlenem Hartholz wird auf einer 305 mm (12 Inch) breiten, mit 203 mmls (40 Fuß/min) arbeitenden Pilotpapiermaschine auf eine Trägerbahn aufgebracht. Die Trägerbahn hat 40 g/m², zusammengesetzt aus Flachsfasern mit 30 % ausgefälltem Calcium carbonat (Oberfläche: 22 m²/g), bei 40 Coresta-Porosität, und die quergerichteten Bereiche haben eine zusätzliche 10 g/m²-Bandauflage. Der Brei ist aus Hartholz-Papierstoff zusammengesetzt, der durch Mahlen von 360 g gebleichtem Hartholz-Papierstoff mit 1,4 % Stoffdichte für 24 Stunden in einem standard mäßigen TAPPI-Valley-Mahlholländer hergestellt wurde. Der Brei wird mit 0,75 % Stoffdichte in Bändern von 5 mm Breite, die mit einem Mittenabstand von 21 mm angeordnet sind, auf die Trägerbahn aufgebracht. Die Dicke der Trägerbahn beträgt 64 µm (2,5 Mil), während der gebänderte Bereich 69 µm (2,7 Mil) beträgt. Die Appliziereinrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. Das Flächengebilde wird getrocknet, nachgefeuchtet und getrocknet, um Runzeln zu entfernen geleimt mit 0,9 % Natrium/Kalium-Citrat und verwendet um einen Tabakstrang zu umwickeln. Maschinengefertigte Zigaretten aus diesem Papier verlöschten während eines freien Brennvorgangs in 30 bis 120 Sekunden, nachdem die Brennlinie das erste Band erreichte.

Beispiel 2

Ein Brei aus Cellulon (Weyerhäuser's biologisch erzeugte Zellulose mit großer Oberfläche) wird auf eine Flachsträgerbahn von 35 gim² mit 30 % Calciumcarbonat (Oberfläche: 8 g/m²), bei 40 Coresta Porosität, aufgebracht, und die quergerichteten Bereiche haben eine zusätzliche 1 gim² Bandauflage. Der Brei wird mit einer Stoffdichte von 0,04 % auf die Trägerbahn in 5 mm breiten Bändern aufgebracht, die in einem Mittenabstand von 21 mm angeordnet sind. Die Appliziereinrichtung ist eine Kunststoffschablone, die auf der Oberseite eines in einer Form für ein Handfertigungsblatt befindlichen nassen Handfertigungsblattes angeordnet ist. Der Brei wird auf die Oberseite der Schablone gepumpt und durch in die Schablone geschnittenen Schlitze auf der Trägerbahn aufgebracht. Die Dicke der Trägerbahn beträgt 67 µm (2,6 Mil), während die gebänderten Bereiche 71 µm (2,8 Mil) betragen. Das Handfertigungsblatt wird getrocknet, mit 0,9 % Natrium/Kalium-Citrat geleimt und dazu verwendet, einen Tabakstrang zu umwickeln. Handgefertigte Zigaretten aus diesem Papier verlöschen während eines statischen Brennvorgangs in 30 bis 120 Sekunden.

Beispiel 3

Ein Brei aus den experimentell expandierten Fasern, die von der Proctor and Gamble Corporation (Buckeye) hergestellt werden, einer hochgradig gemahlenen und fibrillierten Zellulose, die unter Einsatz mechanischen Abriebs hergestellt wurde, wird auf eine Flachsträgerbahn von 35 g/m² mit 30 % Calciumkarbonat (Oberfläche: 8 g/m²), bei 40 Coresta Porosität, aufgebracht, und die quergerichteten Bereiche haben eine zusätzliche 5 g/m² Bandauflage. Das gleiche Aufbringungsverfahren wie in Beispiel 2 wird in Beispiel 3 verwendet. Die Dicke dieser Trägerbahn des Flächengebildes beträgt 74 µm (2,9 Mil), während der gebänderte Bereich 81 µm (3,2 Mil) beträgt. Das Handblatt wird getrocknet, mit 0,9 % Natrium/Kalium-Citrat geleimt und dazu verwendet, eine Tabaksäule zu umwickeln. Handgedrehte Zigaretten aus diesem Papier verlöschen während eines freien Brennvorgangs in 30 bis 120 Sekunden.
Es ist offensichtlich, daß das Vorstehende lediglich die Grundzüge dieser Erfindung darstellt, und daß verschiedene Modifikationen durch Fachleute durchgeführt werden können. Zum Beispiel können, obwohl Succinat und Citrat als mögliche Chemikalien zur Brennsteuerung erwähnt wurden, bedarfsweise auch andere herkömmliche Chemikalien zur Brennsteuerung verwendet werden. Ferner können ein, einige oder alle Bauteile der wie oben beschriebenen Papierherstellungsmaschine gedreht oder verschoben werden, um eine unterschiedliche Konfiguration der Maschine zu erzeugen.
Es ist ferner offensichtlich, daß die oben in Verbindung mit einer Trommel 21, die Rinnen (in den Zeichnungen nicht dargestellt) enthält, beschriebene Vakuumkammer 26 in gleicher Weise mit einer Trommel verwendet werden kann, die, wie in den Figs. 1 und 2 dargestellt, Schlitze 22 enthält.
So wird deutlich, daß diese Erfindung ein unlaminiertes Papier mit einer Vielzahl von quergerichteten Bereichen mit erhöhtem Flächengewicht liefert. Ein solches Papier ist als Umhüllungsmaterial nützlich, daß die Zugzahl eines Rauchartikels verändert. Die Erfindung ermöglicht zudem, daß die in Umhüllungsmaterialien für einen Rauchartikel verwendeten Brennhemmstoffe verringert werden, und gestattet eine zunehmende Verwendung von expandiertem Tabak. Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Erzeugen von Papier, welches gestattet, eine breite Vielfalt an Materialien in Querrichtung auf das Papier abzulegen.

Claims

1. Rauchartikel, der einen Strang aus Tabak aufweist, welcher mit einer unlaminierten Papierumhüllung umwickelt ist, die eine Trägerbahn aus Zellulosefasern mit einer Mehrzahl von quergerichteten Bereichen (11) aufweist die ein größeres Flächengewicht als das Flächengewicht der Trägerbahn (16) haben.

2. Rauchartikel nach Anspruch 1, in welchem die Dicke der quergerichteten Bereiche bis zu 10% größer als die der Trägerbahn ist.

3. Rauchartikel nach Anspruch 1 oder 2, in welchem die Zunahme an Flächengewicht 10 bis zu 100% des Flächengewichts der Trägerbahn (16) beträgt.

4. Rauchartikel nach Anspruch 1, 2 oder 3, in welchem die Zunahme an Flächengewicht von 0,01% bis 30% des Flächengewichts der Trägerbahn (16) beträgt.

5. Rauchartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem jeder quergerichtete Bereich (11) in eine Mehrzahl von getrennten Abschnitten unterteilt ist, welche sich in der Querrichtung nicht berühren.

6. Rauchartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die quergerichteten Bereiche (11) zusätzlich zu der Trägerbahn Material enthalten, vorzugsweise Zellulosematerial oder Füllmaterial

7. Rauchartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die quergerichteten Bereiche (11) eine Breite von 1 mm bis 10 mm haben vorzugsweise von 1,5 mm bis 5 mm.

8. Rauchartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die quergerichteten Bereiche (11) von 5 mm bis 40 mm voneinander entfernt angeordnet sind, vorzugsweise von 15 mm bis 30 mm.

9. Rauchartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die Trägerbahn (16) eine Porosität von 25 bis 60 Coresta hat und die quergerichteten Bereiche (11) eine Porosität von bis zu 10 Coresta haben.

10. Rauchartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem das Papier ein Flächengewicht hat, das ausreicht, um eine Abnahme der freien Brenngeschwindigkeit eines Rauchartikels mit einer Umhüllung aus diesem Papier zu fördern.

11. Rauchartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke.

12. Rauchartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die quergerichteten Bereiche (11) eine Breite von 3 mm bis 7 mm haben, vorzugsweise etwa 2,5 mm.

13. Rauchartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die quergerichteten Bereiche (11) etwa 21 mm voneinander entfernt angeordnet sind.

14. Rauchartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die quergerichteten Bereiche aus Gras-, Holz- oder Flachs-Papierstoff bestehen.

15. Rauchartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die quergerichteten Bereiche aus hochraffinierter und fibrillierter Zellulose bestehen.

16. Rauchartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die quergerichteten Bereiche aus hochraffiniertem Zellulose-Papierstoff bestehen.

17. Rauchartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die quergerichteten Bereiche aus Zellulosefasern mit großer Oberfläche bestehen.

18. Rauchartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, in welchem die quergerichteten Bereiche aus biologisch erzeugter Zellulose mit großer Oberfläche bestehen.

19. Rauchartikel nach einemd der Ansprüche 1 bis 13, in welchem die quergerichteten Bereiche aus mikrokristalliner Zellulose bestehen.

20. Verfahren zum Herstellen eines unlaminierten Papiers durch Ausbilden einer sich bewegenden Trägerbahn (16) aus Zellulose-Papierstoff auf einer Endlos-Siebeinrichtung und Ablegen von zusätzlichem Material auf die sich bewegende Trägerbahn, um eine Mehrzahl von quergerichteten Bereichen (11) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablageschritt umfaßt das Drehen einer Hohltrommel (21), die eine Mehrzahl von Öffnungen (22) besitzt; und

das Leiten des zusätzlichen Materials von einer Quelle dafür zu den Öffnungenu wobei die Drehung der Trommel bewirkt, daß das zusätzliche Material auf der sich bewegenden Trägerbahn (16) abgelegt wird;

das Pressen der sich bewegenden Trägerbahn, nach der Ablage des zusätzlichen Matenais um ein Papier mit einer Mehrzahl quergerichteter Bereiche mit erhöhtem Flächengewicht zu bilden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, in welchem der Schritt des Ablegens des zusätzlichen Materials ferner umfaßt das Anlegen eines Vakuums an die Unterseite der sich bewegenden Trägerbahn (16), dort, wo das zusätzliche Material abgelegt wird.

22. Verfahren zum Herstellen eines unlaminierten Papiers durch Ausbilden einer sich bewegenden Trägerbahn (16) aus Zellulose-Papierstoff auf einer Endlos-Siebeinrichtung und Ablegen von zusätzlichem Material auf der sich bewegenden Trägerbahn, um eine Mehrzahl von quergerichteten Bereichen (11) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablageschritt umfaßt das Anlegen eines Vakuums an die Unterseite der sich bewegenden Trägerbahn (16), dort, wo das zusätzliche Material abgelegt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 20, 21 oder 22, in welchem das zusätzliche Material Gras-, Holz- oder Flachs-Papierstoff ist.

24. Verfahren nach einem der Anspriiche 20 bis 23, in welchem das zusätzliche Material hochraffinierte und fibrillierte Zellulose ist.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, in welchem das zusätzliche Material ein hochraffinierter Zell ulose-Papierstoff ist.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, in welchem das zusätzliche Material Zellulosefasern mit großer Oberfläche ist.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, in welchem das zusätzliche Material biologisch erzeugte Zellulose mit großer Oberfläche ist.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, in welchem das zusätzliche Material mikrokristalline Zellulose ist.

29. Papierherstellungsmaschine des Fourdrinier-Typs mit einer Einrichtung (12) zum Auftragen einer Menge von Papierstoff auf ein darunter angeordnetes, sich bewegendes endloses Langsieb (14), um eine Papierstoffbahn (16) zu erzeugen, die eine Appliziereinrichtung (20) zum Auflegen von zusätzlichem Material auf die Bahn (16) in aufeinanderfolgenden quergerichteten Bereichen (11) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Appliziereinrichtung umfaßt eine Papierstoffquelle und eine hohle, drehbare Trommel (21), die eine Mehrzahl von Schlitzen (22), einen stationären Schuh (23) in Kontakt mit dem Inneren der Trommel und mit einer Öffnung (24), durch welche das zusätzliche Material hindurchgeht, und eine Einrichtung (25) zum Leiten zusätzlichen Materials von der Quelle des Materials zu dem stationären Schuh besitzt, wobei eine Drehung der Trommel so wirkt, daß sie den Fluß des zusätzlichen Materials aus dem stationären Schuh auf die Papierstoffbahn unterbricht, was bewirkt, daß der Papierstoff intermittierend auf die Bahn aufgebracht wird, quer zur Bewegungsrichtung der Papierstoffbahn (16) auf dem Langsieb (14); und eine Walze (18), die so angeordnet ist, daß sie die Bahn (16) zusammenpreßt, um ein unlaminierte Papierflächengebilde zu bilden.

30. Maschine gemäß Anspruch 29, in welcher die Schlitze (22) im wesentlichen parallel zur Längsachse der Drehtrommel (21) verlaufen.

31. Maschine nach Anspruch 29 oder 30, in welcher die Schlitze eine Breite von 1 mm bis 10 mm haben.

32. Maschine nach Anspruch 29, 30 oder 31, in welcher die Schlitze von 5 mm bis 40 mm voneinander entfernt angeordnet sind.

33. Maschine nach Anspruch 29, 30, 31 oder 32, in welcher die Appliziereinrichtung (20) ferner eine Vakuumeinrichtung (26) zum Anlegen eines Vakuums an die Unterseite der Trägerbahn (16), dort, wo zusätzliches Material abgelegt wird, umfaßt.