DE102020129301A1

DE102020129301A1 - Umhüllungspapier mit verbesserter brandhemmung

Info

Publication number: DE102020129301A1
Application number: DE102020129301.1A
Authority: DE
Inventors: Roland Zitturi; Dietmar Volgger
Original assignee: Delfortgroup AG
Current assignee: Delfortgroup AG
Priority date: 2020-07-01
Filing date: 2020-11-06
Publication date: 2022-01-05
Also published as: KR20230028420A; JP7787830B2; US20230337721A1; EP4176122A1; WO2022002459A1; EP4176122B1; ES3003457T3; CN115768945B; CN115768945A; BR112022026281A2; JP2023532250A

Abstract

Gezeigt wird ein Umhüllungspapier, das für die Anwendung auf aerosolerzeugenden Artikeln geeignet ist und das Zellstofffasern und ein oder mehrere Polyphosphate umfasst, wobei die Zellstofffasern mindestens 55% und höchstens 95% der Masse des Umhüllungspapiers ausmachen und die Polyphosphate zusammen in einer Konzentration von mindestens 5% und höchstens 30% bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers enthalten sind. Dabei sind die Polyphosphate Verbindungen mit der Summenformel Mn+2PnO3n+1oder Mn[H2PnO3n+1] sind, wobei n mindestens 2 und höchstens 100 beträgt und M ein einwertiges Metall oder Ammonium (NH4+) ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Umhüllungspapier für einen aerosolerzeugenden Artikel, das vergleichsweise hitzebeständig ist und daher nach dem Gebrauch des Artikels noch ausreichende mechanische Festigkeit besitzt, um eine problemlose Handhabung des Artikels sicherzustellen und zusätzlich brandhemmend wirkt, sodass der daraus gefertigte aerosolerzeugende Artikel nicht wie ein Rauchartikel geraucht werden kann. Das erfindungsgemäße Umhüllungspapier weist gegenüber bekannten hitzebeständigen Umhüllungspapieren eine verbesserte Brandhemmung auf. Dies wird durch einen hohen Gehalt an bestimmten Polyphosphaten im Umhüllungspapier erreicht.
HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
Im Stand der Technik sind aerosolerzeugende Artikel bekannt, die ein aerosolerzeugendes Material umfassen, sowie ein Papier, das das aerosolerzeugende Material umhüllt, und so einen typischerweise zylindrischen Stab bildet. Dabei ist das aerosolerzeugende Material ein Material, das bei Wärmeeinwirkung ein Aerosol freisetzt, wobei das aerosolerzeugende Material nur aufgeheizt, aber nicht verbrannt wird. In vielen Fällen umfasst der aerosolerzeugende Artikel auch einen Filter, der Bestandteile des Aerosols filtern kann und der von einem Filterumhüllungspapier umhüllt ist, sowie von einem weiteren Umhüllungspapier, das den Filter und den umhüllten Stab mit aerosolerzeugendem Material miteinander verbindet.
Beim bestimmungsgemäßen Gebrauch eines aerosolerzeugenden Artikels ist es üblich, dass das aerosolerzeugende Material aufgeheizt, aber nicht verbrannt wird. Dieses Aufheizen kann beispielsweise durch ein externes Gerät geschehen, in das der aerosolerzeugende Artikel gesteckt wird, oder durch eine an einem Ende des aerosolerzeugenden Artikels angebrachte Wärmequelle, die zum Gebrauch des Artikels beispielsweise durch Anzünden in Betrieb genommen wird. Durch das Aufheizen des aerosolerzeugenden Materials wird auch das Umhüllungspapier erhitzt und thermisch abgebaut. Dabei kann es vorkommen, dass das Umhüllungspapier so viel Festigkeit verliert, dass es beim Entfernen des aerosolerzeugenden Artikels aus dem Heizgerät zerreißt. Das erfordert einen erhöhten Reinigungsaufwand durch den Konsumenten und ist daher nicht erwünscht. Auch bei aerosolerzeugenden Artikeln mit integrierter Wärmequelle kann das Umhüllungspapier beim Erhitzen seine Festigkeit verlieren, so dass die Wärmequelle abfällt und ein Brandrisiko darstellt.
Zudem möchte man verhindern, dass der Konsument aerosolerzeugende Artikel versehentlich in derselben Art und Weise verwendet wie eine Zigarette und versucht, ein Ende des aerosolerzeugenden Artikels anzuzünden, so dass eine Verbrennung oder ein Glimmprozess des aerosolerzeugenden Materials in Gang kommt. Dazu ist es erforderlich, dass das Umhüllungsmaterial des aerosolerzeugenden Artikels brandhemmende Eigenschaften hat.
Versuche Umhüllungspapiere für solche aerosolerzeugenden Artikel hitzebeständig oder brandhemmend zu machen waren nur teilweise erfolgreich.
In WO 2015/082648 ist beispielsweise ein Umhüllungspapier beschrieben, das aus vergleichsweise wenig Zellstofffasern besteht und mit einer Zusammensetzung aus Kalk und einem Bindemittel beschichtet wird, sodass mindestens 50% des Umhüllungspapiers durch Kalk gebildet werden. Der Nachteil dieses Umhüllungsmaterials besteht darin, dass es durch die dicke Beschichtung vergleichsweise spröde ist und bei der Verarbeitung des Umhüllungspapiers zu einem aerosolerzeugenden Artikel viel Staub erzeugt. Zudem ist wegen des geringen Anteils an Zellstofffasern die Festigkeit nicht besonders hoch.
In WO 2011/117750 ist ein Umhüllungsmaterial beschrieben, das aus einem Laminat aus einer Aluminiumfolie und einem Papier besteht. Die Aluminiumfolie ist dem aerosolerzeugenden Material zugewandt und schützt das Papier teilweise vor der Wärmeeinwirkung. Die Nachteile dieses Umhüllungsmaterials sind der aufwändige Herstellungsprozess und die mangelnde biologische Abbaubarkeit, weil erfahrungsgemäß viele aerosolerzeugende Artikel nach dem Gebrauch einfach in der Umwelt entsorgt werden.
Es besteht also ein Interesse daran, ein Umhüllungspapier zur Verfügung zu haben, das nach dem Erhitzen noch ausreichend Festigkeit besitzt, biologisch abbaubar ist und besonders effizient brandhemmend wirkt. Zudem sind bei der Gestaltung von Umhüllungspapieren für aerosolerzeugende Artikel noch unter anderem gesetzliche Bestimmungen, die Toxikologie und die Einflüsse des Umhüllungspapiers auf den Geschmack des aerosolerzeugenden Artikels zu berücksichtigen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen aerosolerzeugenden Artikel ein Umhüllungspapier zur Verfügung zu stellen, das weitgehend hitzebeständig und stark brandhemmend ist und günstige Eigenschaften bezüglich Festigkeit, Verarbeitbarkeit, biologischer Abbaubarkeit und Geschmackseinfluss hat.
Aerosolerzeugende Artikel im Sinne dieser Erfindung sind stabförmige Artikel, die ein aerosolerzeugendes Material und ein Umhüllungspapier umfassen, das das aerosolerzeugende Material umhüllt, wobei beim bestimmungsgemäßen Gebrauch das aerosolerzeugende Material nur aufgeheizt und nicht verbrannt wird. Eine Aufheizung ohne Verbrennung liegt für typische aerosolerzeugende Materialien, beispielsweise ein Tabakmaterial, jedenfalls dann vor, wenn das aerosolerzeugende Material auf eine Temperatur von höchstens 400°C aufgeheizt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Umhüllungspapier für einen aerosolerzeugenden Artikel nach Anspruch 1, einen aerosolerzeugenden Artikel umfassend dieses Umhüllungspapier nach Anspruch 30, die Verwendung eines solchen Umhüllungspapiers für aerosolerzeugende Artikel nach Anspruch 34 und ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Umhüllungspapiers nach Anspruch 35 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfinder haben gefunden, dass sich diese Aufgabe durch ein Umhüllungspapier lösen lässt, das für die Anwendung auf aerosolerzeugenden Artikeln geeignet ist und das Zellstofffasern und ein oder mehrere Polyphosphate umfasst, wobei die Zellstofffasern mindestens 55% und höchstens 95% der Masse des Umhüllungspapiers ausmachen und die Polyphosphate zusammen in einer Konzentration von mindestens 5% und höchstens 30% bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers enthalten sind.
Nach den Erkenntnissen der Erfinder ist der hohe Anteil an Zellstofffasern notwendig, um eine hohe Festigkeit des Umhüllungspapiers zu erreichen. Additive, wie eben die erfindungsgemäßen Polyphosphate, können die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Zellstofffasern behindern und so die Festigkeit des Umhüllungspapiers reduzieren. Zur Erzielung einer günstigen brandhemmenden Wirkung ist aber fallweise eine hohe Konzentration der Polyphosphate notwendig, sodass auch der Anteil an Zellstofffasern im Umhüllungspapier hoch sein muss. Daher können im Umhüllungsmaterial nur wenige weitere Komponenten enthalten sein, insbesondere sind Komponenten unerwünscht, die die Festigkeit noch weiter reduzieren.
Erst die Kombination aus dem hohen Gehalt an Zellstoffasern und der geeignet gewählten Konzentration der Polyphosphate erlaubt es, ein Umhüllungspapier herzustellen, das dank seiner anfänglich hohen Festigkeit auch nach dem Erhitzen eine so hohe Zugfestigkeit aufweist, dass ein daraus gefertigter aerosolerzeugender Artikel problemlos aus dem Heizgerät entfernt werden kann bzw. keine Gefahr besteht, dass eine in den aerosolerzeugenden Artikel integrierte Wärmequelle abfallen könnte. Der brandhemmende Effekt ist überdies so gut, dass der aerosolerzeugende Artikel nicht wie eine Zigarette geraucht werden kann.
Die Bestandteile des Umhüllungspapiers erlauben zusätzlich eine ausgezeichnete biologische Abbaubarkeit und eine sehr gute Verarbeitbarkeit bei der Herstellung des aerosolerzeugenden Artikels.
Das Umhüllungspapier benötigt für seine Festigkeit Zellstofffasern, wobei die Zellstofffasern mindestens 55% und höchstens 95% der Masse des Umhüllungspapiers ausmachen. Zur Erzielung eines noch günstigeren Verhältnisses zwischen Zellstofffasern und Polyphosphaten kann der Anteil an Zellstofffasern bevorzugt mindestens 70% und höchstens 90% und ganz besonders bevorzugt mindestens 75% und höchstens 90% betragen, jeweils bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers.
Die Zellstofffasern sind bevorzugt aus einer oder mehreren Pflanzen gewonnen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Nadelbäumen, Laubbäumen, Einjahrespflanzen, Fichte, Föhre, Tanne, Buche, Birke, Eukalyptus, Flachs, Hanf, Jute, Ramie, Bambus, Abacä, Sisal, Kenaf und Baumwolle. Bei den Zellstofffasern kann es sich ganz oder teilweise auch um Fasern aus regenerierter Cellulose, wie Tencel™ Fasern, Lyocell™ Fasern, Viskosefasern oder Modal™ Fasern handeln.
Bevorzugt sind die Zellstofffasern zu einem Anteil von mindestens 25% und höchstens 100% bezogen auf die Masse der Zellstofffasern aus Zellstofffasern aus Nadelbäumen gebildet, weil diese Zellstofffasern dem Umhüllungspapier eine hohe Festigkeit verleihen.
Das Umhüllungspapier enthält ein oder mehrere Polyphosphate, wobei die Polyphosphate zusammen mindestens 5% und höchstens 30% der Masse des Umhüllungspapiers ausmachen. Nach den Erkenntnissen der Erfinder schützen die Polyphosphate in der Papierstruktur innenliegende Zellstofffasern vor zu starker Oxidation. Außerdem sind nach den Erkenntnissen der Erfinder Polyphosphate stark hygroskopisch und erlauben daher eine Einlagerung von Wasser im Papier. Beim Erhitzen des Papiers wird zunächst den Polyphosphaten das Wasser entzogen und so die Temperatur der Zellstofffasern begrenzt. Da beim üblichen Gebrauch aersolerzeugender Artikel die Wärmeeinwirkung zeitlich begrenzt ist und einige Minuten nicht überschreitet und sie insbesondere beim Versuch, den aerosolerzeugenden Artikel anzuzünden, nur einige Sekunden dauert, leistet das von den Polyphosphaten eingelagerte Wasser einen wichtigen Beitrag, um die brandhemmende Wirkung zu verstärken. Daraus ergibt sich ein Vorteil gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Umhüllungspapieren.
Bei steigender Konzentration der Polyphosphate verstärkt sich der brandhemmende Effekt, aber die Festigkeit des Umhüllungspapiers nimmt vor allem nach dem Erhitzen ab. Bevorzugt beträgt der Anteil der Polyphosphate im Umhüllungspapier daher zusammen mindestens 8% und höchstens 27% der Masse des Umhüllungspapiers und ganz besonders bevorzugt mindestens 9% und höchstens 25% der Masse des Umhüllungspapiers.
Polyphosphate im Sinne dieser Erfindung sind Verbindungen mit der Summenformel M_n+2P_nO_3n+1 oder M_n[H2P_nO_3n+1], wobei gilt, dass n mindestens 2 und höchstens 100 beträgt und M ein einwertiges Metall oder Ammonium (NH₄ ⁺) ist.
In dieser Definition sind daher auch als Oligophosphate bezeichnete Verbindungen umfasst, die die Summenformel M_n+2P_nO_3n+1 oder M_n[H₂P_nO_3n+1] haben und bei denen der Wert von n üblicherweise mindestens 2 und höchstens 10 beträgt. Des Weiteren sind von dieser Definition auch Gemische aus Polyphosphaten mit unterschiedlichen Werten von n innerhalb der erfindungsgemäßen oder bevorzugten Intervalle oder mit unterschiedlichen einwertigen Metallen M bzw. Ammonium oder Gemische aus linearen und cyclischen Polyphosphaten umfasst. Es ist zu erwarten und auch erfindungsgemäß, dass bei Polyphosphaten mit höheren Werten von n, beispielweise höher als 10, ein Gemisch mit unterschiedlichen Werten von n vorliegt. In diesem Sinn fallen Gemische aus Polyphosphaten mit unterschiedlichen Werten von n unter die Definition, sofern ein mittlerer Wert von n in einem erfindungsgemäßen oder bevorzugten Intervall liegt, wobei n nicht notwendigerweise ganzzahlig ist.
Bevorzugt sind Polyphosphate mit einem Wert von n von mindestens 3 und höchstens 80 und besonders bevorzugt mit einem Wert von n von mindestens 10 und höchstens 35. Bevorzugt, und unabhängig von der Wahl von n, ist M ein einwertiges Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium und Kalium, oder Ammonium und besonders bevorzugt ist das einwertige Metall Natrium.
Ganz besonders bevorzugt weisen die Polyphosphate einen Wert n von mindestens 15 und höchstens 30 auf und das einwertige Metall M ist Natrium. Insbesondere umfassen die Polyphosphate Natriumhexametaphosphat.
Nach den Erkenntnissen der Erfinder ist es von Bedeutung, wie die Polyphosphate über die Dicke des Umhüllungspapiers verteilt sind. Generell kann eine gute brandhemmende Wirkung bereits erreicht werden, wenn die Polyphosphate im Wesentlichen homogen im Umhüllungspapier verteilt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Umhüllungspapier aber so gestaltet, dass die dem aerosolerzeugenden Material zugewandte oder abgewandte Seite des Umhüllungspapiers einen höheren Anteil an Polyphosphaten enthält als die andere Seite des Umhüllungspapiers. Bevorzugt ist der Gehalt an Polyphosphaten auf jener Seite des Umhüllungspapiers höher von der aus der daraus gefertigte aerosolerzeugende Artikel beheizt wird, weil diese Seite einer höheren thermischen Belastung ausgesetzt ist. Ein höherer Gehalt an Polyphosphaten auf dieser Seite des Umhüllungspapiers kann daher besonders gut zur brandhemmenden Wirkung beitragen. Dadurch kann ohne Einbußen bei der brandhemmenden Wirkung der Anteil an Polyphosphaten im Umhüllungspapier gesenkt und so bei gleichem Flächengewicht der Anteil an Zellstofffasern im Umhüllungspapier erhöht werden, womit insgesamt die Festigkeit des Umhüllungspapiers erhöht wird. Alternativ kann bei dieser bevorzugten Verteilung der Polyphosphate im Umhüllungspapier auch das Flächengewicht ohne Einbußen bei der brandhemmenden Wirkung gesenkt werden, was den Materialbedarf reduziert.
Die Verteilung der Polyphosphate im Umhüllungspapier kann durch den Herstellungsprozess beeinflusst werden, wie weiter unten erläutert wird.
Bevorzugt sind die Polyphosphate auf mindestens 70% der Fläche des Umhüllungspapiers im Wesentlichen gleichmäßig verteilt, besonders bevorzugt auf mindestens 95% der Fläche, wobei Schwankungen im Anteil der Polyphosphate innerhalb dieser Flächen nur durch die Herstellung bedingt aber nicht beabsichtigt sind. In diesem Zusammenhang bezieht sich diese gleichmäßige Verteilung auf die Verteilung in Bezug auf die Fläche, nicht aber die Verteilung in Dickenrichtung.
Aus verschiedenen Gründen ist es bevorzugt, wenn das Umhüllungspapier mit einer weiteren Lage eines Materials, insbesondere einer Papierlage verbunden ist. Diese Verbindung ist bevorzugt als Klebverbindung ausgeführt, es ist aber jede Art der Verbindung möglich, insbesondere kann es genügen, das Umhüllungspapier und die weitere Lage aufeinanderzulegen und gemeinsam aufzurollen, sodass bei der Herstellung eines aerosolerzeugenden Artikels das Umhüllungspapier und die weitere Lage aufeinander zu liegen kommen und das aerosolerzeugende Material gemeinsam umhüllen. Die zusätzliche Lage kann auf jeder der beiden Seiten des Umhüllungspapiers angebracht sein, so dass sie auf dem daraus hergestellten aerosolerzeugenden Artikel, je nach beabsichtigtem Effekt, dem aerosolerzeugenden Material zugewandt oder abgewandt ist.
Im Fall, dass das Umhüllungspapier mit einer oder mehreren Papierlagen oder auch Lagen aus anderen Materialien wie Aluminiumfolie, Kunststofffolie, Folie aus regenerierter Cellulose, wie Cellulosehydrat (Cellophan®), verbunden ist, gelten die obigen Anforderungen bezüglich des Anteils an Zellstofffasern und Polyphosphaten und alle weiter unten genannten Eigenschaften nur für das eigentliche Umhüllungspapier und, sofern es nicht explizit erwähnt ist, nicht für die damit verbundenen weiteren Lagen.
Ein Grund für die Verbindung des Umhüllungsmaterials mit einer weiteren Lage kann beispielsweise darin bestehen, dass Polyphosphate das Umhüllungspapier bei thermischer Belastung dunkel verfärben. Dieser Nachteil kann überwunden werden, indem das erfindungsgemäße Umhüllungspapier mit einer weiteren Lage eines Materials verbunden wird, sodass das erfindungsgemäße Umhüllungspapier dem aerosolerzeugenden Material zugewandt ist und die weitere Lage auf der dem aerosolerzeugenden Material abgewandten Seite angebracht ist. Bei thermischer Belastung überdeckt diese weitere Lage das Umhüllungspapier, so dass die von außen sichtbare Farbe nicht oder nur unwesentlich verändert wird.
In dieser besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Umhüllungspapier daher mit einer zusätzlichen Papierlage verbunden, wobei die zusätzliche Papierlage Zellstofffasern und weiße Füllstoffpartikel umfasst und die weißen Füllstoffpartikel mindestens 15% und höchstens 45% der Masse der Papierlage ausmachen. Besonders bevorzugt sind die weißen Füllstoffpartikel Kalkpartikel. Die weißen Füllstoffpartikel sorgen für eine weiße Farbe der Papierlage und eine hohe Opazität, sodass die Verfärbung des darunterliegenden erfindungsgemäßen Umhüllungspapiers nicht oder nur wenig sichtbar wird.
Ein weiterer Grund, das Umhüllungspapier mit einer zusätzlichen Lage eines Materials zu verbinden, besteht beispielsweise darin, einer Fleckenbildung am Umhüllungspapier vorzubeugen. Das aerosolerzeugende Material kann Öle, beispielsweise Aromastoffe, enthalten, die bei Lagerung oder beim Erhitzen in das Umhüllungspapier eindringen und Flecken verursachen können. Dieses Problem kann überwunden werden, indem das Umhüllungsmaterial mit einer zusätzlichen Lage eines Materials verbunden ist.
In dieser besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Umhüllungspapier daher mit einer zusätzlichen Papierlage verbunden, wobei die zusätzliche Papierlage eine Luftdurchlässigkeit, gemessen nach ISO 2965:2019, von mindestens 5 cm³/(cm²·min·kPa) und höchstens 30000 cm³/(cm²· min·kPa) aufweist und das Flächengewicht der zusätzlichen Papierlage mindestens 10 g/m² und höchstens 30 g/m² beträgt. Die Luftdurchlässigkeit der zusätzlichen Papierlage ist Folge einer porösen Struktur, die den Transfer von Ölen oder anderen Stoffen durch die Papierlage erschwert.
Ein weiterer Grund, das Umhüllungspapier mit einer zusätzlichen Lage eines Materials zu verbinden, kann beispielsweise darin bestehen, die Steifigkeit des Umhüllungspapiers zu erhöhen. Im Inneren des aerosolerzeugenden Artikels befinden sich oft Hohlräume, sodass der Konsument bei der Handhabung des aerosolerzeugenden Artikels den aerosolerzeugenden Artikel versehentlich zusammendrücken kann und ihn dabei so verformt, dass er beispielsweise nicht mehr in das Heizgerät gesteckt werden kann. Ein Umhüllungspapier, das mit einer weiteren Lage mit einer hohen Steifigkeit verbunden ist, kann dem vorbeugen.
In dieser besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Umhüllungspapier daher mit einer zusätzlichen Papierlage verbunden, wobei die zusätzliche Papierlage ein hohes Flächengewicht aufweist, das mindestens 30 g/m² und höchstens 100 g/m² beträgt, weil damit auch eine hohe Biegesteifigkeit verbunden ist.
Während für die aus den oben genannten oder auch anderen Gründen zusätzlich vorgesehene Lage auf dem Umhüllungspapier grundsätzlich Papierlagen wegen ihrer guten biologischen Abbaubarkeit bevorzugt sind, kann die zusätzliche Lage weniger bevorzugt auch durch Aluminiumfolie, Kunststofffolie oder Folie aus regenerierter Cellulose, wie Cellulosehydrat (Cellophan®), gebildet sein.
Das erfindungsgemäße Umhüllungspapier oder die zusätzliche Papierlage, mit der es aus den oben genannten oder auch anderen Gründen verbunden ist, kann weitere Komponenten enthalten. Dazu gehören beispielsweise Füllstoffe, Leimungsmittel, Nassfestmittel, Additive, Prozesshilfsmittel, Feuchthaltemittel und Aromastoffe. Diese Komponenten kann der Fachmann nach seiner Erfahrung wählen. Insbesondere Nassfestmittel können für die Anwendung auf aerosolerzeugenden Artikeln hilfreich sein, weil das beim Gebrauch des aerosolerzeugenden Artikels gebildete Aerosol einen hohen Feuchtegehalt hat. Das Umhüllungspapier kann das Wasser aus dem Aerosol teilweise aufnehmen, wodurch sich seine Festigkeit reduziert. Dem kann durch den Einsatz von Nassfestmitteln teilweise vorgebeugt werden.
Die Füllstoffe im erfindungsgemäßen Umhüllungspapier können dazu beitragen, dass sich das Umhüllungspapier weniger verfärbt. Die Füllstoffe reduzieren aber auch die Zugfestigkeit des Umhüllungspapiers, sodass deren Anteil nicht zu hoch sein soll. Bevorzugt beträgt der Anteil an Füllstoffen im Umhüllungspapier daher mindestens 0% und höchstens 45%, besonders bevorzugt mindestens 0% und höchstens 35% und ganz besonders bevorzugt mindestens 0% und höchstens 25%, jeweils bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers.
Der Füllstoff ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Titandioxid, Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid, Kaolin, Talkum und Mischungen daraus. Ein besonders bevorzugter Füllstoff ist Bentonit, weil er, wie auch die Polyphosphate, große Mengen Wasser aufnehmen kann und damit zusätzlich zur Brandhemmung beiträgt. Bei Verwendung von Bentonit kann der Anteil an Polyphosphaten im Umhüllungspapier im unteren Bereich der erfindungsgemäßen oder bevorzugten Intervalle liegen, ohne dass die brandhemmende Wirkung beeinträchtigt wird.
Nach den Erkenntnissen der Erfinder ist es sogar möglich, alleine durch Bentonit eine ausreichende Brandhemmung zu erreichen, sodass auf Polyphosphate ganz verzichtet werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Umhüllungspapier mit einer Substanz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stärken, wie Maisstärke, Kartoffelstärke oder Tapiokastärke; Stärkederivaten, wie Carboxymethylstärke oder oxidierte Stärke; Cellulosederivaten, wie Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Hydroxyethylcellulose, sowie deren Salze; Polysacchariden, wie Alginaten; Polyvinylalkohol; Polyvinylacetat; Ethylen-Vinyl-Acetat; Gelatine; Gummis wie Gummi Arabicum, Guargummi, Johannisbrotkernmehl oder Tragantgummi; oder Mischungen daraus beschichtet oder imprägniert. Der Anteil dieser Substanzen zusammengenommen beträgt in dieser bevorzugten Ausführungsform mindestens 0,1% und höchstens 20% der Masse des Umhüllungspapiers. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet als zusätzlichen Vorteil einen Widerstand gegen das Durchdringen von Ölen. Das aerosolerzeugende Material kann Öle, beispielsweise Aromastoffe, enthalten, die bei Lagerung oder Gebrauch des aerosolerzeugenden Artikels das Umhüllungspapier durchdringen und zu Flecken führen. Der Widerstand gegen das Durchdringen von Ölen kann gemäß TAPPI T559 cm-12 bestimmt werden und wird als KIT Level angeben. In dieser bevorzugten Ausführungsform beträgt der KIT Level mindestens 3 und höchstens 8.
Bei Verwendung einer Stärke oder eines Stärkederivats kann es je nach Art des Auftragsverfahrens empfehlenswert sein, die aufzutragende Zusammensetzung nicht in einem gemeinsamen Prozessschritt mit den Polyphosphaten in das Papier einzubringen oder aufzutragen, weil die Polyphosphate eine Verklumpung der Stärke oder des Stärkederivats in der aufzutragenden Zusammensetzung bewirken können.
Das Flächengewicht des Umhüllungspapiers kann variieren, wobei ein höheres Flächengewicht generell auch eine höhere Zugfestigkeit bedeutet. Mit höherem Flächengewicht wird das Umhüllungspapier aber auch steifer und schwieriger zu verarbeiten und es steigt der Materialbedarf. Bevorzugt beträgt das Flächengewicht des erfindungsgemäßen Umhüllungspapiers daher mindestens 15 g/m² und höchstens 120 g/m², besonders bevorzugt mindestens 20 g/m² und höchstens 80 g/m². Das Flächengewicht des Umhüllungspapiers kann nach ISO 536:2019 bestimmt werden.
Die Dicke des Umhüllungspapiers beeinflusst vor allem die Biegesteifigkeit und den Wärmetransport innerhalb des Umhüllungspapiers. Eine hohe Biegesteifigkeit ist günstig, weil sich dann der aus dem Umhüllungspapier gefertigte aerosolerzeugende Artikel weniger verformt, andererseits kann eine hohe Biegesteifigkeit wegen der Rückstellkräfte Probleme machen, wenn das aerosolerzeugende Material mit dem Umhüllungspapier umhüllt werden soll. Eine hohe Dicke verlangsamt den Wärmetransport durch das Umhüllungspapier und ist für manche aerosolerzeugenden Artikel auch aus diesem Grund günstig. Bevorzugt beträgt die Dicke des erfindungsgemäßen Umhüllungspapiers mindestens 25 µm und höchstens 150 µm und besonders bevorzugt mindestens 40 µm und höchstens 100 µm. Die Dicke kann nach ISO 534:2011 an einer einzelnen Lage bestimmt werden.
Die Zugfestigkeit des Umhüllungspapiers, gemessen in Längsrichtung, beträgt bevorzugt mindestens 10 N/15 mm und höchstens 100 N/15 mm, besonders bevorzugt mindestens 20 N/15 mm und höchstens 80 N/15 mm. Eine hohe Zugfestigkeit kann durch einen hohen Anteil an Zellstofffasern erreicht werden. Das bedeutet aber auch einen höheren Materialaufwand, weshalb es nicht sinnvoll ist, eine besonders hohe Zugfestigkeit erreichen zu wollen. Die bevorzugten Intervalle erlauben eine besonders günstige Kombination aus problemloser Verarbeitbarkeit und Materialaufwand. Die Zugfestigkeit kann nach ISO 1924-2:2008 bestimmt werden.
Das aerosolerzeugende Material enthält oft Feuchthaltemittel, sodass beim Erhitzen das entstehende Aerosol eine vergleichsweise hohe Feuchte aufweist. Diese Feuchtigkeit kann die Festigkeit des Umhüllungspapiers reduzieren, weshalb es günstig ist, wenn das Umhüllungspapier auch eine entsprechende Festigkeit im feuchten Zustand aufweist. Die Nassbruchkraft in Längsrichtung beträgt daher bevorzugt mindestens 1 N/15 mm und höchstens 10 N/15 mm und besonderes bevorzugt mindestens 2 N/15 mm und höchstens 8 N/15 mm. Die Nassbruchkraft in Längsrichtung kann nach ISO 12625-5:2016 bestimmt werden.
Die Luftdurchlässigkeit des Umhüllungspapiers kann niedrig sein. Eine niedrige Luftdurchlässigkeit wird oft dadurch erreicht, dass die Zellstofffasern intensiver gemahlen werden. Dies trägt auch zu einer Steigerung der Festigkeit bei, sodass bevorzugt die Luftdurchlässigkeit mindestens 0 cm³/(cm²·min·kPa) und höchstens 80 cm³/(cm²·min·kPa) und besonderes bevorzugt mindestens 0 cm³/(cm²·min·kPa) und höchstens 30 cm³/(cm²·min·kPa) beträgt. Die Luftdurchlässigkeit kann nach ISO 2965:2019 gemessen werden.
Sofern das erfindungsgemäße Umhüllungspapier von außen auf dem aerosolerzeugenden Artikel sichtbar ist, können die optischen Eigenschaften von Bedeutung sein. Generell sind eine hohe Opazität und eine hohe Weiße wünschenswert. Beide Eigenschaften können durch die Art und Menge des Füllstoffs im Umhüllungspapier wesentlich beeinflusst werden. Bevorzugt beträgt die Opazität mindestens 40% und höchstens 90%, besonders bevorzugt mindestens 45% und höchstens 80%. Bevorzugt beträgt die Weiße mindestens 80% und höchstens 95%, besonders bevorzugt mindestens 83% und höchstens 90%.
Aus dem erfindungsgemäßen Umhüllungsmaterial können nach aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren aerosolerzeugende Artikel gefertigt werden. Ein erfindungsgemäßer aerosolerzeugender Artikel umfasst daher ein aerosolerzeugendes Material und ein Umhüllungspapier nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Umhüllungspapier das aerosolerzeugende Material umhüllt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des aerosolerzeugenden Artikels ist der Anteil der besagten Polyphosphate auf einer Seite des Umhüllungspapiers höher als auf der anderen Seite und ist die Seite mit dem höheren Anteil an Polyphosphaten dem aerosolerzeugenden Material zugewandt oder abgewandt. Die Auswahl, welche der beiden Seiten dem aerosolerzeugenden Material bevorzugt zugewandt ist, kann dabei davon abhängen, von welcher Seite aus das aerosolerzeugende Material beheizt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der aerosolerzeugende Artikel ein elektrisch beheizter Artikel, wobei die Beheizung ausgehend vom aerosolerzeugenden Material, also von innen, erfolgt.
In dieser Ausführungsform dringt beispielsweise eine mit Heizdrähten versehene Keramikspitze in das aerosolerzeugende Material ein, wenn der aerosolerzeugende Artikel in das Heizgerät gesteckt wird. Die höchsten Temperaturen fallen daher im Inneren des aerosolerzeugenden Artikels an und das Umhüllungspapier wird weniger thermisch belastet, sodass der Anteil an Polyphosphaten geringer gewählt werden kann, insbesondere beträgt der Anteil an Polyphosphaten im Umhüllungspapier in dieser Ausführungsform mindestens 5% und höchstens 25% der Masse des Umhüllungspapiers.
In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform des aerosolerzeugenden Artikels ist der aerosolerzeugende Artikel ein elektrisch beheizter Artikel, wobei die Beheizung von außen durch das Umhüllungspapier hindurch erfolgt.
In dieser Ausführungsform muss die gesamte Wärme durch das Umhüllungspapier hindurch in das aerosolerzeugende Material geleitet werden, sodass die thermische Belastung des Umhüllungspapiers höher ist und daher der Anteil an Polyphosphaten im Umhüllungspapier höher gewählt werden soll, insbesondere beträgt der Anteil an Polyphosphaten im Umhüllungspapier in dieser Ausführungsform mindestens 10% und höchstens 30% der Masse des Umhüllungspapiers.
Das erfindungsgemäße Umhüllungspapier kann vorteilhaft in aerosolerzeugenden Artikeln verwendet werden, weshalb auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Umhüllungspapiers in aerosolerzeugenden Artikeln ein Gegenstand der Erfindung ist.
Das erfindungsgemäße Umhüllungspapier kann nach dem folgenden erfindungsgemäßen Verfahren, umfassend die Schritte A bis G hergestellt werden.

A - Suspendieren von Zellstofffasern in einer wässrigen Suspension,
B - Mahlen der suspendierten Zellstofffasern in einem Mahlaggregat,
C - Aufbringen der Suspension auf ein umlaufendes Sieb,
D - Bilden einer Faserbahn durch Entwässern der Suspension,
E - Pressen der Faserbahn,
F - Trocknen der Faserbahn,
G - Aufrollen des Umhüllungspapiers, wobei

Vorzugsweise wird der Schritt des Auftragens der die Polyphosphate enthaltenden Zusammensetzung auf die Faserbahn durch einen oder eine Kombination von zwei oder mehr der folgenden Schritte durchgeführt:

F.1 Auftrag einer Polyphosphate enthaltenden Zusammensetzung auf die Faserbahn in einer Leimpresse einer Papiermaschine,
F.2 einseitiger Auftrag einer Polyphosphate enthaltenden Zusammensetzung auf die Faserbahn in einer Filmpresse oder in einem Streichaggregat einer Papiermaschine, und
F.3 einseitiger Auftrag einer Polyphosphate enthaltenden Zusammensetzung auf die Faserbahn durch Drucken, insbesondere durch Tiefdruck oder Sprühen.

Dabei wird der Schritt F.1 in einer Leimpresse ausgeführt und so die Faserbahn mit einer Polyphosphate enthaltenden Zusammensetzung durchtränkt. Diese Variante bietet den Vorteil, dass sie einfach auszuführen ist. Sie führt im Allgemeinen zu einer weitgehend homogenen Verteilung der Polyphosphate über die Dicke des Umhüllungspapiers, sodass vergleichsweise mehr Polyphosphate benötigt werden, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Es ist aber auch möglich, die Einstellungen der Leimpresse bereits in diesem Schritt so anzupassen, dass die Polyphosphate über die Dicke der Faserbahn, und daher des Umhüllungspapiers, ungleich verteilt sind.
Gemäß Schritt F.2 wird die Polyphosphate enthaltende Zusammensetzung in einer Filmpresse oder in einem Streichaggregat auf eine Seite der Faserbahn aufgetragen. Dadurch wird eine ungleiche Verteilung der Polyphosphate über die Dicke des Umhüllungspapiers erreicht und die hohe brandhemmende Wirkung kann durch einen geringeren Anteil an Polyphosphaten im Umhüllungspapier erreicht werden.
Gemäß Schritt F.3 wird die Polyphosphate enthaltende Zusammensetzung durch Drucken oder Sprühen auf eine Seite der Faserbahn aufgetragen, wobei die Zusammensetzung in besonders bevorzugten Ausführungsformen durch ein Tiefdruckwerk auf eine Seite der Faserbahn aufgedruckt wird. Dabei wird die Faserbahn vorzugsweise vor dem Schritt F.3 getrocknet, aufgerollt und wieder abgerollt. Im aufgerollten Zustand kann die Faserbahn dann zu einer weiteren Vorrichtung transportiert werden, auf der der Auftrag der Zusammensetzung durch Drucken oder Sprühen durchgeführt wird. Während die Schritte F.1 und F.2 in der Regel auf derselben Papiermaschine durchgeführt werden, auf der das Umhüllungspapier hergestellt wird, findet der Auftrag gemäß Schritt F.3 typischerweise in einer separaten Vorrichtung statt.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Schritte F.1 und F.3 kombiniert, sodass zunächst in einem Schritt F.1 die Faserbahn mit einer Polyphosphate enthaltenden Zusammensetzung in einer Leimpresse getränkt wird und in Schritt F.3 eine weitere Polyphosphate enthaltende Zusammensetzung in einem Tiefdruckwerk auf eine Seite der Faserbahn aufgedruckt wird. In dieser ganz besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Polyphosphate sowohl im Umhüllungspapier verteilt, als auch in höherer Konzentration auf einer Seite des Umhüllungspapiers vorhanden, wodurch die brandhemmende Wirkung nochmals deutlich gesteigert werden kann.
In einer weiteren ganz besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Schritte F.1, und F.2 kombiniert, wobei der Schritt F.1 in einer Leimpresse und der Schritt F.2 in einem Streichaggregat durchgeführt wird. In dieser ganz besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Umhüllungspapier besonders effizient hergestellt werden, weil beispielsweise alle Auftragsvorrichtungen in eine Papiermaschine integriert sein können.
Unabhängig davon, welcher oder welche der Schritte F.1, F.2 oder F.3 zur Anwendung kommt bzw. kommen, wird die Polyphosphate enthaltende Zusammensetzung bevorzugt auf mindestens 70% der Fläche des Umhüllungspapiers, besonders bevorzugt auf mindestens 95% der Fläche des Umhüllungspapiers aufgetragen.
Die Zusammensetzung, die in den Schritten F.1, F.2 oder F.3 eingesetzt wird, enthält Polyphosphate und ein Lösungsmittel, wobei das Lösungsmittel bevorzugt Wasser ist. Die Menge der Polyphosphate in der Zusammensetzung kann variieren und hängt von der Art des Auftragsverfahrens, der Auftragsmenge und der gewünschten Menge an Polyphosphaten im Umhüllungspapier ab. Der Fachmann ist in der Lage eine geeignete Zusammensetzung unter diesen Gesichtspunkten festzulegen und das Auftragsverfahren entsprechend zu gestalten. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann die Zusammensetzung zusätzlich Carboxymethylcellulose enthalten, die als Bindemittel die Polyphosphate in der Faserbahn fixiert und auch die Festigkeit des Umhüllungspapiers steigert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, enthält die Zusammensetzung mindestens 0,1% und höchstens 15% Carboxymethylcellulose, bezogen auf die Masse der Zusammensetzung.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird einer der Schritte F.1 oder F.2 durchgeführt, die Faserbahn danach getrocknet, aufgerollt und wieder abgerollt, und dann Schritt F.3 ausgeführt, wobei die Faserbahn im getrockneten, aufgerollten Zustand vor dem Schritt F.3 die Polyphosphate vorzugsweise in einer Menge von mindestens 4% und höchstens 20% der Masse der Faserbahn in diesem getrockneten, aufgerollten Zustand enthält. Falls die Schritte F.1, F.2 und/oder F.3 in irgendeiner Form kombiniert werden, können die Polyphosphate enthaltenden Zusammensetzungen, die in den Schritten F.1, F.2 und/oder F.3 eingesetzt werden, gleich oder verschieden sein.
Im Umhüllungspapier nach Schritt G machen die Zellstofffasern mindestens 55% und höchstens 95% der Masse des Umhüllungspapiers aus. Zur Erzielung eines noch günstigeren Verhältnisses zwischen Zellstofffasern und Polyphosphaten kann der Anteil an Zellstofffasern bevorzugt mindestens 70% und höchstens 90% und ganz besonders bevorzugt mindestens 75% und höchstens 90% betragen, jeweils bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers nach Schritt G.
Die Zellstofffasern in Schritt A sind bevorzugt aus einer oder mehreren Pflanzen gewonnen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Nadelbäumen, Laubbäumen, Einjahrespflanzen, Fichte, Föhre, Tanne, Buche, Birke, Eukalyptus, Flachs, Hanf, Jute, Bambus, Ramie, Abacä, Sisal, Kenaf und Baumwolle. Bei den Zellstofffasern kann es sich ganz oder teilweise auch um Fasern aus regenerierter Cellulose, wie Tencel™ Fasern, Lyocell™ Fasern, Viskosefasern oder Modal™ Fasern handeln.
Bevorzugt sind die Zellstofffasern in Schritt A zu einem Anteil von mindestens 25% und höchstens 100%, bezogen auf die Masse der Zellstofffasern, aus Zellstofffasern aus Nadelbäumen gebildet, weil diese Zellstofffasern dem Umhüllungspapier in Schritt G eine hohe Festigkeit verleihen.
Das Umhüllungspapier nach Schritt G enthält ein oder mehrere Polyphosphate, wobei die Polyphosphate zusammen mindestens 5% und höchstens 30% der Masse des Umhüllungspapiers ausmachen. Bevorzugt beträgt der Anteil der Polyphosphate im Umhüllungspapier zusammen mindestens 8% und höchstens 27% der Masse des Umhüllungspapiers und ganz besonders bevorzugt mindestens 9% und höchstens 25% der Masse des Umhüllungspapiers.
Polyphosphate im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Verbindungen mit der Summenformel M_n+2P_nO_3n+1 oder M_n[H2P_nO_3n+1], wobei gilt, dass n mindestens 2 und höchstens 100 beträgt und M ein einwertiges Metall oder Ammonium (NH₄ ⁺) ist. In dieser Definition sind daher auch als Oligophosphate bezeichnete Verbindungen umfasst, die die Summenformel M_n+2P_nO_3n+1 oder M_n[H₂P_nO_3n+1] haben und bei denen der Wert von n üblicherweise mindestens 2 und höchstens 10 beträgt. Des Weiteren sind von dieser Definition auch Gemische aus Polyphosphaten mit unterschiedlichen Werten von n innerhalb der erfindungsgemäßen oder bevorzugten Intervalle oder mit unterschiedlichen einwertigen Metallen M bzw. Ammonium oder Gemische aus linearen und cyclischen Polyphosphaten umfasst. Es ist zu erwarten und auch erfindungsgemäß, dass bei Polyphosphaten mit höheren Werten von n, beispielweise höher als 10, ein Gemisch mit unterschiedlichen Werten von n vorliegt. In diesem Sinn fallen Gemische aus Polyphosphaten mit unterschiedlichen Werten von n unter die Definition, sofern ein mittlerer Wert von n in einem erfindungsgemäßen oder bevorzugten Intervall liegt, wobei n nicht notwendigerweise ganzzahlig ist.
Bevorzugt sind Polyphosphate mit einem Wert von n von mindestens 3 und höchstens 80 und besonders bevorzugt mit einem Wert von n von mindestens 10 und höchstens 35. Bevorzugt, und unabhängig von der Wahl von n, ist M ein einwertiges Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium und Kalium, oder Ammonium und besonders bevorzugt ist das einwertige Metall Natrium.
Ganz besonders bevorzugt weisen die Polyphosphate einen Wert n von mindestens 15 und höchstens 30 auf und das einwertige Metall M ist Natrium. Insbesondere ist das Polyphosphat ein Natriumhexametaphosphat.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Umhüllungspapier nach Schritt G ein Umhüllungspapier nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Umhüllungspapiere beschrieben.
Ein Basispapier für das erfindungsgemäße Umhüllungspapier wurde auf einer Langsieb-Papiermaschine hergestellt. Dazu wurden Zellstofffasern in Wasser suspendiert (Schritt A) und in einem Mahlaggregat gemahlen (Schritt B). Danach wurde die Suspension auf ein umlaufendes Sieb aufgebracht (Schritt C) und dort entwässert, um eine Faserbahn zu bilden (Schritt D). Die Faserbahn wurde gepresst (Schritt E), um sie weiter zu entwässern und durch Kontakt mit beheizten Trockenzylindern getrocknet (Schritt F). Das Flächengewicht des Basispapiers betrug etwa 30 g/m², es enthielt, abgesehen von den in der Papiererzeugung üblichen Prozesshilfsmitteln und Additiven, nur Zellstoffasern und keine Füllstoffe. Durch weitere Schritte wurden aus dem Basispapier insgesamt sechs erfindungsgemäße Umhüllungspapiere hergestellt. Diese Schritte wurden teilweise auch während der Herstellung des Basispapiers in der Papiermaschine durchgeführt.

In der Leimpresse der Papiermaschine wurde die Faserbahn mit einer Zusammensetzung, umfassend Wasser und Polyphosphat, wobei n zwischen 23 und 30 betrug und das einwertige Metall M Natrium war, vollflächig beidseitig getränkt (Schritt F.1) und die Faserbahn danach durch Kontakt mit beheizten Trockenzylindern getrocknet. Abschließend wurde die Faserbahn aufgerollt (Schritt G). Die Konzentration der Polyphosphate in der Zusammensetzung wurde variiert, sodass verschiedene erfindungsgemäße Umhüllungspapiere erhalten wurden. In einem weiteren Schritt wurde durch ein Tiefdruckverfahren (Schritt F.3) eine Zusammensetzung, umfassend Wasser, Natriumpolyphosphate und Carboxymethylcellulose auf das zuvor getränkte Umhüllungspapier im Wesentlichen vollflächig auf eine Seite aufgetragen. Auch dabei wurde die Konzentration der Polyphosphate variiert, sodass sich insgesamt sechs verschiedene erfindungsgemäße Umhüllungspapiere P1 bis P6 ergaben. Die Menge an Polyphosphaten nach dem Tränken in der Leimpresse (Schritt F.1) und dem Aufdrucken (Schritt F.3) der Zusammensetzungen ist in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1

		Konzentration der Polyphosphate in % bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers
Papier	Code	nach Schritt F.1	nach Schritt F.3
P1	Q71548	8	15
P2		10	18
P3		13	23
P4		12	21
P5		20	25
P6		19	29

Zu beachten ist, dass bereits die nach Schritt F.1 erhaltenen Umhüllungspapiere ebenfalls erfindungsgemäße Ausführungsformen darstellen.
Um die brandhemmenden Eigenschaften des Umhüllungspapiers zu testen, wurde das Papier schräg in eine Flamme gehalten, sodass beide Seiten des Papiers von der Flamme umschlossen waren. Bei allen Umhüllungspapieren zeigte sich, dass das Papier zwar verkohlt aber keine Verbrennung und kein sich selbst erhaltender Glimmprozess in Gang kommt.
Aus den Umhüllungspapieren P1 bis P6 konnten problemlos aerosolerzeugende Artikel hergestellt werden, sodass diese Umhüllungspapiere für die Verwendung in aerosolerzeugenden Artikeln geeignet sind. Ein Einfluss auf den Geschmack des aerosolerzeugenden Artikels konnte nicht festgestellt werden.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Umhüllungspapier wurde unter Verwendung eines Basispapiers mit 20 g/m² aus Zellstofffasern und ohne Füllstoffe hergestellt, das in der Leimpresse (Schritt F.1) beidseitig vollflächig mit einer Zusammensetzung umfassend Wasser und Polyphosphate getränkt wurde, sodass es danach 8% Polyphosphate bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers enthielt. Das Umhüllungspapier wurde mit einer weiteren Papierlage durch Laminieren verbunden. Die weitere Papierlage hatte ein Flächengewicht von 24 g/m², einen Füllstoffanteil von 28% bezogen auf das Gewicht der Papierlage und eine Luftdurchlässigkeit von 75 cm³/(cm²·min·kPa). Auch für dieses Umhüllungspapier konnte eine gute brandhemmende Wirkung festgestellt werden. Ein aerosolerzeugender Artikel wurde hergestellt und nach dem Gebrauch war deutlich zu erkennen, dass durch die weitere, außenliegende Papierlage die Verfärbung des Umhüllungspapiers wesentlich weniger erkennbar war.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Umhüllungspapier wurde unter Verwendung eines Basispapiers mit 30 g/m² hergestellt, wobei das Basispapier Zellstofffasern enthielt und Bentonit als Füllstoff in einer Menge von etwa 34%, bezogen auf die Masse des Basispapiers, ebenfalls enthalten war. Dieses Basispapier wurde in der Leimpresse (Schritt F.1) beidseitig vollflächig mit einer Zusammensetzung umfassend Wasser und Polyphosphate getränkt, sodass es danach etwa 5% Polyphosphate enthielt. Trotz des geringen Gehalts an Polyphosphaten konnte eine gute brandhemmende Wirkung festgestellt werden. Die Erfinder gehen davon aus, dass der hohe Wassergehalt des Bentonits zur brandhemmenden Wirkung beiträgt.
Auch aus diesem erfindungsgemäßen Umhüllungspapier wurde ein aerosolerzeugender Artikel hergestellt, und es zeigte sich, das durch den geringeren Gehalt an Polyphosphaten die Verfärbung des Umhüllungspapiers weniger deutlich war.
Die erfindungsgemäßen Umhüllungspapiere sind somit für die Verwendung in aerosolerzeugenden Artikeln sehr gut geeignet und weisen bei guter biologischer Abbaubarkeit eine brandhemmende Wirkung in einer besseren Kombination an Eigenschaften auf als vergleichbare Umhüllungspapiere aus dem Stand der Technik.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2015/082648 [0006]
WO 2011/117750 [0007]

Claims

Umhüllungspapier, das für die Anwendung auf aerosolerzeugenden Artikeln geeignet ist und das Zellstofffasern und ein oder mehrere Polyphosphate umfasst, wobei die Zellstofffasern mindestens 55% und höchstens 95% der Masse des Umhüllungspapiers ausmachen und die Polyphosphate zusammen in einer Konzentration von mindestens 5% und höchstens 30% bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers enthalten sind, wobei die Polyphosphate Verbindungen mit der Summenformel M_n+2P_nO_3n+1 oder M_n[H₂P_nO_3n+1] sind, wobei n mindestens 2 und höchstens 100 beträgt und M ein einwertiges Metall oder Ammonium (NH₄+) ist.
Umhüllungspapier nach Anspruch 1, bei dem der Anteil an Zellstofffasern mindestens 70% und höchstens 90%, vorzugsweise mindestens 75% und höchstens 90% beträgt, jeweils bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers.
Umhüllungspapier nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zellstofffasern ganz oder teilweise aus einer oder mehreren Pflanzen gewonnen sind, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Nadelbäumen, Laubbäumen, Einjahrespflanzen, Fichte, Föhre, Tanne, Buche, Birke, Eukalyptus, Flachs, Hanf, Jute, Ramie, Bambus, Abacä, Sisal, Kenaf und Baumwolle.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zellstofffasern ganz oder teilweise durch Fasern aus regenerierter Cellulose gebildet sind, insbesondere durch Tencel™ Fasern, Lyocell™ Fasern, Viskosefasern oder Modal™ Fasern.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zellstofffasern zu einem Anteil von mindestens 25% und höchstens 100% bezogen auf die Masse der Zellstofffasern aus Nadelbäumen gewonnen sind.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Anteil der Polyphosphate im Umhüllungspapier mindestens 8% und höchstens 27%, bevorzugt mindestens 9% und höchstens 25%, der Masse des Umhüllungspapiers ausmacht.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Polyphosphate gilt, dass in der Summenformel M_n+2P_nO_3n+1 oder M_n[H₂P_nO_3n+1] der Wert n mindestens 3 und höchstens 80, bevorzugt mindestens 10 und höchstens 35 beträgt.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Polyphosphate gilt, dass in der Summenformel M_n+2P_nO_3n+1 oder M_n[H2P_nO_3n+1], das einwertige Metall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium und Kalium.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Polyphosphate gilt, dass in der Summenformel M_n+2P_nO_3n+1 oder M_n[H2P_nO_3n+1], der Wert von n mindestens 15 und höchstens 30 beträgt und das einwertige Metall M Natrium ist.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Polyphosphate Natriumhexametaphosphat umfassen.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die dem aerosolerzeugenden Material im bestimmungsgemäßen Gebrauch zugewandte Seite oder abgewandte Seite des Umhüllungspapiers einen höheren Anteil an Polyphosphaten enthält als die andere Seite des Umhüllungspapiers.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Polyphosphate auf mindestens 70%, vorzugsweise auf mindestens 90 % der Fläche des Umhüllungspapiers zumindest im Wesentlichen gleichmäßig verteilt sind.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Umhüllungspapier mit einer weiteren Lage eines Materials verbunden, insbesondere verklebt ist.
Umhüllungspapier nach Anspruch 13, wobei die weitere Lage eines Materials eine Lage aus Aluminiumfolie, Kunststofffolie, Folie aus regenerierter Cellulose oder eine Folie aus Cellulosehydrat ist.
Umhüllungspapier nach Anspruch 13, wobei die weitere Lage eine Papierlage ist.
Umhüllungspapier nach Anspruch 15, wobei die Papierlage Zellstofffasern und weiße Füllstoffpartikel umfasst und die weißen Füllstoffpartikel mindestens 15% und höchstens 45% der Masse der Papierlage ausmachen und die Papierlage beim bestimmungsgemäßen Gebrauch dem aerosolerzeugenden Material abgewandt ist.
Umhüllungspapier nach Anspruch 15, wobei die Papierlage eine Luftdurchlässigkeit, gemessen nach ISO 2965:2019, von mindestens 5 cm³/(cm²·min·kPa) und höchstens 30000 cm³/(cm²·min·kPa) aufweist und das Flächengewicht der Papierlage mindestens 10 g/m² und höchstens 30 g/m² beträgt.
Umhüllungspapier nach Anspruch 15, wobei die Papierlage ein Flächengewicht von mindestens 30 g/m² und höchstens 100 g/m² aufweist.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner mindestens eine weitere Komponente umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Füllstoffen, Leimungsmitteln, Nassfestmitteln, Additiven, Prozesshilfsmitteln, Feuchthaltemitteln und Aromastoffen.
Umhüllungspapier nach Anspruch 19, bei dem der Anteil an Füllstoffen mindestens 0% und höchstens 45%, vorzugsweise mindestens 0% und höchstens 35% und besonders bevorzugt mindestens 0% und höchstens 25% beträgt, jeweils bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers.
Umhüllungspapier nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei der Füllstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Titandioxid, Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid, Kaolin, Talkum, Bentonit und Mischungen daraus.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Umhüllungspapier mit einer Substanz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stärken, wie Maisstärke, Kartoffelstärke oder Tapiokastärke; Stärkederivaten, wie Carboxymethylstärke oder oxidierte Stärke; Cellulosederivaten, wie Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Hydroxyethylcellulose, sowie deren Salze; Polysacchariden, wie Alginaten; Polyvinylalkohol; Polyvinylacetat; Ethylen-Vinyl-Acetat; Gelatine; Gummis wie Gummi Arabicum, Guargummi, Johannisbrotkernmehl oder Tragantgummi; oder Mischungen daraus beschichtet oder imprägniert ist.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem gemäß TAPPI T559 cm-12 bestimmten KIT Level, der mindestens 3 und höchstens 8 beträgt.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Flächengewicht mindestens 15 g/m² und höchstens 120 g/m², bevorzugt mindestens 20 g/m² und höchstens 80 g/m² beträgt.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Dicke mindestens 25 µm und höchstens 150 µm, vorzugsweise mindestens 40 µm und höchstens 100 µm beträgt.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Zugfestigkeit in Längsrichtung gemessen mindestens 10 N/15 mm und höchstens 100 N/15 mm beträgt, vorzugsweise mindestens 20 N/15 mm und höchstens 80 N/15 mm beträgt.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Nassbruchkraft nach ISO 12625-5:2016 in Längsrichtung mindestens 1 N/15 mm und höchstens 10 N/15 mm, vorzugsweise mindestens 2 N/15 mm und höchstens 8 N/15 mm beträgt.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Luftdurchlässigkeit mindestens 0 cm³/(cm²·min·kPa) und höchstens 80 cm³/(cm²·min·kPa), vorzugsweise mindestens 0 cm³/(cm²·min·kPa) und höchstens 30 cm³/(cm²·min·kPa) beträgt.
Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Opazität mindestens 40% und höchstens 90%, vorzugsweise mindestens 45% und höchstens 80% beträgt, und/oder dessen Weiße mindestens 80% und höchstens 95%, vorzugsweise mindestens 83% und höchstens 90% beträgt.
Aerosolerzeugender Artikel, der ein Umhüllungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ein aerosolerzeugendes Material umfasst, wobei das Umhüllungspapier das aerosolerzeugende Material umhüllt.
Aerosolerzeugender Artikel nach Anspruch 30, wobei der Anteil der Polyphosphate auf einer Seite des Umhüllungspapiers höher ist als auf der anderen Seite und die Seite mit dem höheren Anteil an Polyphosphaten dem aerosolerzeugenden Material zugewandt oder abgewandt ist.
Aerosolerzeugender Artikel nach Anspruch 30 oder 31, wobei der aerosolerzeugende Artikel ein elektrisch beheizter aerosolerzeugender Artikel ist und das Material des aerosolerzeugenden Artikels im bestimmungsgemäßen Gebrauch von innen beheizt wird, und das Umhüllungspapier Polyphosphate in einer Menge von mindestens 5% und höchstens 25% bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers enthält.
Aerosolerzeugender Artikel nach Anspruch 30 oder 31, wobei der aerosolerzeugende Artikel ein elektrisch beheizter Artikel ist und das aerosolerzeugende Material des aerosolerzeugenden Artikels im bestimmungsgemäßen Gebrauch von außen beheizt wird, und das Umhüllungspapier Polyphosphate in einer Menge von mindestens 10% und höchstens 30% bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers enthält.
Verwendung eines Umhüllungspapiers nach einem der Ansprüche 1 bis 29 in einem aerosolerzeugenden Artikel.
Verfahren zur Herstellung eines Umhüllungspapiers für aerosolerzeugende Artikel, umfassend die Schritte A bis G, A - Suspendieren von Zellstofffasern in einer wässrigen Suspension, B - Mahlen der suspendierten Zellstofffasern in einem Mahlaggregat, C - Aufbringen der Suspension auf ein umlaufendes Sieb, D - Bilden einer Faserbahn durch Entwässern der Suspension, E - Pressen der Faserbahn, F - Trocknen der Faserbahn, G - Aufrollen des Umhüllungspapiers, wobei zwischen den Schritten F und G mindestens eine ein oder mehrere Polyphosphate enthaltende Zusammensetzung auf die Faserbahn aufgetragen wird und die Faserbahn getrocknet wird, um das Umhüllungspapier zu bilden, und wobei das Umhüllungspapier aus Schritt G Zellstofffasern und ein oder mehrere Polyphosphate umfasst und die Zellstofffasern mindestens 55% und höchstens 95% der Masse des Umhüllungspapiers ausmachen und die Polyphosphate mindestens 5% und höchstens 30% der Masse des Umhüllungspapiers ausmachen und wobei die Polyphosphate Verbindungen mit der Summenformel M_n+2P_nO_3n+1 oder M_n[H₂P_nO_3n+1] sind, wobei n mindestens 2 und höchstens 100 beträgt und M ein einwertiges Metall oder Ammonium (NH₄+) ist.
Verfahren nach Anspruch 35, bei dem der Schritt des Auftragens der die Polyphosphate enthaltenden Zusammensetzung auf die Faserbahn durch einen oder eine Kombination von zwei oder mehr der folgenden Schritte durchgeführt wird: F.1 Auftrag einer Polyphosphate enthaltenden Zusammensetzung auf die Faserbahn in einer Leimpresse einer Papiermaschine, F.2 einseitiger Auftrag einer Polyphosphate enthaltenden Zusammensetzung auf die Faserbahn in einer Filmpresse oder in einem Streichaggregat einer Papiermaschine, und F.3 einseitiger Auftrag einer Polyphosphate enthaltenden Zusammensetzung auf die Faserbahn durch Drucken, insbesondere Tiefdruck, oder Sprühen.
Verfahren nach Anspruch 36, bei dem die Faserbahn vor dem Schritt F.3 getrocknet, aufgerollt und wieder abgerollt wird.
Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, bei dem einer der Schritte F.1 und F.2 durchgeführt wird, die Faserbahn danach getrocknet, aufgerollt und wieder abgerollt wird, und dann Schritt F.3 durchgeführt wird, wobei die Faserbahn im getrockneten, aufgerollten Zustand vor dem Schritt F.3 die Polyphosphate vorzugsweise in einer Menge von mindestens 4% und höchstens 20% der Masse der Faserbahn in diesem getrockneten, aufgerollten Zustand enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 38, bei dem unabhängig davon, welcher oder welche der Schritte F.1, F.2 oder F.3 zur Anwendung kommt bzw. kommen, die Polyphosphate enthaltende Zusammensetzung auf mindestens 70% der Fläche des Umhüllungspapiers, vorzugsweise auf mindestens 95% der Fläche des Umhüllungspapiers aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 39, wobei die Zusammensetzung, die in einem oder mehreren der Schritte F.1, F.2 oder F.3 eingesetzt wird, die Polyphosphate und ein Lösungsmittel enthält, wobei das Lösungsmittel vorzugsweise durch Wasser gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 36 bis 40, wobei die Zusammensetzung, die in einem oder mehreren der Schritte F.1, F.2 oder F.3 eingesetzt wird, Carboxymethylcellulose in einer Menge von mindestens 0,1% und höchstens 15% bezogen auf die Masse der Zusammensetzung enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 41, wobei mindestens zwei der Schritte F.1, F.2 und F.3 ausgeführt werden, und die Polyphosphate enthaltenden Zusammensetzungen, die in diesen mindestens zwei Schritten aufgetragen werden, verschieden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 42, bei dem der Anteil der Zellstofffasern im Umhüllungspapier nach Schritt G mindestens 70% und höchstens 90%, vorzugsweise mindestens 75% und höchstens 90% beträgt, jeweils bezogen auf die Masse des Umhüllungspapiers nach Schritt G.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 43, bei dem die in Schritt A verwendeten Zellstofffasern ganz oder teilweise aus einer oder mehreren Pflanzen gewonnen sind, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Nadelbäumen, Laubbäumen, Einjahrespflanzen, Fichte, Föhre, Tanne, Buche, Birke, Eukalyptus, Flachs, Hanf, Jute, Bambus, Ramie, Abacä, Sisal, Kenaf und Baumwolle, und/oder bei dem die in Schritt A verwendeten Zellstofffasern ganz oder teilweise durch Fasern aus regenerierter Cellulose gebildet sind, insbesondere durch Tencel™ Fasern, Lyocell™ Fasern, Viskosefasern oder Modal™ Fasern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 44, bei dem die in Schritt A verwendeten Zellstofffasern zu einem Anteil von mindestens 25% und höchstens 100% bezogen auf die Masse der Zellstofffasern aus Nadelbäumen gewonnen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 45, bei dem das Umhüllungspapier nach Schritt G Polyphosphate zu einem Anteil von mindestens 8% und höchstens 27%, vorzugsweise von mindestens 9% und höchstens 25% der Masse des Umhüllungspapiers enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 46, wobei für die Polyphosphate gilt, dass in der Summenformel M_n+2P_nO_3n+1 oder M_n[H₂P_nO_3n+1] der Wert n mindestens 3 und höchstens 80, bevorzugt mindestens 10 und höchstens 35, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 47, wobei für die Polyphosphate gilt, dass in der Summenformel M_n+2P_nO_3n+1 oder M_n[H₂P_nO_3n+1] das einwertige Metall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium und Kalium.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 47, wobei für die Polyphosphate gilt, dass in der Summenformel M_n+2P_nO_3n+1 oder M_n[H₂P_nO_3n+1] der Wert von n mindestens 15 und höchstens 30 beträgt und das einwertige Metall M Natrium ist
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 47, wobei die Polyphosphate Natriumhexametaphosphat umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 50, bei dem das Umhüllungspapier nach Schritt G ein Umhüllungspapier nach einem der Ansprüche 1 bis 29 ist.