Brevet FR2501015A1 — publié le 19820910

- 1 - 2501015 L'invention concerne des articles pour fumeurs, et en particulier mais non exclusivement des cigarettes. Une attention accrue est apportée depuis peu à la ré- duction de la fumée passive émise par des cigarettes pendant une combustion lente entre deux bouffées. Une cause déterminante de la production de fumée passive par une cigarette est la vites- se de combustion de la cigarette pendant des périodes de combus- tion entre deux bouffées. Ainsi, en utilisant des papiers qui don- nent à la cigarette de faibles vitesses de combustion, on peut réduire la production de fumée passive. Comme le savent les gens de métier, la vitesse de combustion d'un papier à cigarette est en rapport avec sa perméabilité inhérente. Plus la perméabilité est faible, et plus faible est, d'une façon générale, la vitesse de combustion. En conséquence, en vue d'obtenir de faibles taux d'émission de fumée passive, on peut avoir recours à des papiers ayant une faible perméabilité. La valeur la plus faible de la perméabilité courante d'un papier à cigarette utilisé pour la fabrication de cigarettes classiques est de l'ordre de 5 unités Coresta, en raison du fait que des tentatives pour utiliser des perméabilités plus faibles ont eu pour résultat que les cigarettes s'éteignent si on les laisse brûler lentement même pendant peu de temps. La présente invention est basée sur la découverte du fait que l'on peut uti- liser des enrobages en papier ayant une perméabilité nettement plus faible mais qui permettent cependant d'obtenir des articles pour fumeurs ayant des caractéristiques acceptables en ce qui con- cerne la combustion, si l'on choisit un papier pour lequel le rap- port du coefficient (Do) de diffusion d'oxygène à travers de l'a- zote dans le papier et l'épaisseur (t) du papier satisfont à des conditions déterminées. Le coefficient de diffusion, ou la diffu- sibilité d'un gaz dans un mélange de gaz binaire, est défini com- me la quantité de gaz qui traverse par unité de temps un plan d' une surface unitaire quand le gradient de concentration est une unité. Des gaz se diffusent plus lentement quand la diffusion se fait à travers des solides poreux tels que du papier,que pendant la phase gazeuse non limitée. Le coefficient de diffusion de gaz à travers du papier est mesuré par un procédé décrit par Drake et al. et publié dans le "International Journal of Heat and Mass Transfer", 1980, volume 23, pages 127 à 134. Si le coefficient de diffusion est exprimé en unités cm2 sec-1 et l'épaisseur du pa- -2- pier en centimètres, le rapport Do/t a les unités cm sec-1. De préférence, le coefficient de diffusion est exprimé en fonction de l'oxygène, mais il pourrait être exprimé de façon correspon- dante, pour faciliter les mesures, sur la base d'un autre gaz. La perméabilité à l'air d'un papier est exprimée, en unité Coresta, comme la quantité d'air en centimètres cubes qui traverse un centimètre carré du papier en une minute, sous une différence de pression constante de 1,0 à kilopascal. De par sa nature, le papier poreux pour cigarettes est constitué par un réseau de fibres intercroisées, d'habitude pra- tiquement en totalité ou en partie de fibres cellulosiques, mé- mangées à des particules d'une tripe, par exemple de la craie. Des ouvertures dans cette matrice en fibres/tripes sont de l'or- dre de 1 pm de largeur. C'est peu en comparaison avec l'épaisseur du papier (habituellement de 20 à 40 pim), et l'écoulement de l'air à travers ces ouvertures dans le papier est régi par des forces visqueuses. Toutefois, quand du papier à cigarette est perforé après le processus de fabrication du papier, par exemple par un procédé électrostatique ou mécanique, les perforations sont rela- tivement grandes et ont d'habitude des diamètres moyens du même ordre de grandeur que l'épaisseur du papier. L'écoulement de l'air à travers ces perforations est régi par des forces d'iner- tie. L'écoulement total à travers un papier à cigarette per- foré dépend donc de deux composants, à savoir un écoulement vis- queux à travers la structure poreuse du papier inhérente au pro- cessus de la fabrication du papier, et un écoulement par inertie à travers les perforations. L'écoulement total à travers le pa- pier perforé peut être exprimé de la façon suivante Q = ZAP + Z'A(p)n, o Q est l'écoulement de l'air (en cm min-'), A est la surface du papier (en cm2) expo- sée à l'écoulement de l'air. P est la différence de pression à travers le papier (en kilopascal), Z est la perméabilité du papier due à l'é- coulement visqueux à travers les ouvertures, inhérent au procédé de fabrication du papier, exprimé en unités Coresta (cm min-1 ki- lopascal-1), Z' est la perméabilité du papier due à l'é- -3- coulement par inertie à travers les perforations (cm min-1 kilo- pascal -1/n), et n est une constante pour une série donnée de perforations, o 0,5 4 n obtenuesfen mesurant l'écoulement à travers le papier pour une sé- rie de pressions à travers le papier, et en réduisant numérique- ment la donnée Q/P dans l'équation ci-dessus, en utilisant une valeur de n en fonction de la dimension moyenne des perforations dans le papier. La présente invention fournit un article pour fumeurs, par exemple une cigarette, comprenant une tige d'un matériau à base de tabac enveloppé dans un enrobage dont la perméabilité à l'air due à un écoulement visqueux est sensiblement uniforme et n'est pratiquement, pas supérieure à 3 unités Coresta, et dont la valeur Do/t est pratiquement dans la gamme de 0,08 à 0,65 cm sec De préférence, l'enrobage, qui a une perméabilité à l'air et des valeurs D-/t qui satisfont aux limites physiques in- o diquées précédemment, est constitué-par une seule couche de pa- pier. Il est avantageux que la valeur Do/t ne soit pas supé- rieure à 0,25 cm sec et pas inférieure à 0,15 cm sec En outre, suivant l'invention, un enrobage d'article pour fumeurs, de préférence sous la forme d'une seule couche de papier, a une perméabilité à l'air due à un écoulement visqueux qui ne dépasse pratiquement pas 3 unités Coresta et une valeur -1 Do/t qui est sensiblement dans la gamme de 0,08 à 0,65 cm sec o Si l'enrobage contient de grands trous et si la résis- tance à l'écoulement d'air à travers l'enrobage est donc due à des forces d'inertie ainsi qu'à des forces visqueuses, il peut se faire que la perméabilité totale soit supérieure à 3 unités Cores- ta, mais la perméabilité due à l'écoulement visqueux ne devrait pas dépasser 3 unités Coresta. La perméabilité à l'air de l'enro- bage due à l'écoulement visqueux n'est de préférence pas supérieu- re à 2 unités Coresta, et est avantageusement de l'ordre de 1 unité Coresta. La perméabilité de l'enrobage due à l'écoulement 4- visqueux devrait être uniforme, c'est-à-dire que la perméabilité du papier utilisé pour former l'enrobage, quand on la mesure dans une-zone choisie quelconque, est la même que quand elle est mesu- rée à un autre endroit. De préférence, la perméabilité désirée pour l'écoulement visqueux à travers l'enrobage de papier est réalisée comme un propriété inhérente au papier et résultant de son processus de fabrication. Une valeur acceptable minimale de D /t dans la gamme de 0,08 à environ 0, 65 cm sec l dépend dans une certaine-mesure d'un certain nombre de facteurs de conception de l'article pour fu- meurs, par exemple du type et de la forme du tabac ou d'un autre matériau pour fumeurs, et du diamètre de la tige de ce matériau. Le taux de production d'une matière particulaire tota- le passive (MPT), c'est-à-dire l'émission passive de MPT par ci- garette divisé par lé temps pendant lequel la cigarette est fumée, correspond à la quantité de fumée passive visible que l'on voit sortir de la cigarette. Pour des cigarettes du commerce avant du papier à cigarettes classique, le taux de production de MPT pas- sive est supérieur à environ 3,0 mg min l. Dans le cas de ciga- rettes réalisées suivant la présente invention, il est possible d'obtenir des valeurs de 2,0 mg min ou même moins. Suivant la présente invention, on peut réaliser des ci- garettes qui produisent une réduction de 40% ou même de 60% ou davantage de la production totale de MPT passive en comparaison, pour un nombre égal de bouffées, avec des cigarettes analogues, ayant des papiers à cigarette classiques. L'émission d'autres composants de fumée passive, par exemple d'oxyde de carbone et d'anhydride carbonique, est aussi réduite si l'on utilise l'in- vention. Des cigarettes suivant l'invention ont une vitesse de combustion statique inférieure à celle des cigarettes classiques. Toutefois, en choisissant des conceptions variables appropriées, on peut facilement produire des cigarettes qui restent allumées quand elles sont fumées à raison d'une bouffée par minute. Ainsi, les cigarettes suivant l'invention n'ont pas seulement l'avantage d'une faible production de fumée passive, mais elles peuvent aussi s'éteindre d'elles-mêmes si on les laisse se consumer pendant une longue période. Le matériau d'enrobage peut comprendre des additifs chi- miques ou des tripes. Des additifs chimiques peuvent être utili- -5- sés, sous la forme d'une charge de 0,5% à 4%, pour produire les caractéristiques désirées de la cendre et/ou de la combustion. Des additifs appropriés sont des phosphates (par exemple de mo- noammonium ou de disodium), des citrates (par exemple de sodium ou de potassium), des tartrates, des formates, des lactates et des acétates. Des tripes appropriées sont du bioxyde de titane, de l'oxyde de magnésium et du carbonate de calcium. On va maintenant donner d'autres précisions sur l'in- vention, à titre d'exemples, avec référence à quatre types de cigarettes A, B, C et D suivant l'invention, et, à titre de com- paraison, avec référence à trois types de cigarettes de concep- tion classique, E, F et G. Des détails concernant les papiers à cigarette des ci- garettes A à G sont donnés sur le Tableau 1. TABLEAU 1 9)r_ Chacune des cigarettes B, C, E et F comprend une tige de tabac de 59 mm de long et de 24,75 mm de circonférence, atta- chée à un filtre en acétate de cellulose de 25 mm de long. Le mé- lange de tabac et le filtre sont les mêmes pour chacune de ces cigarettes. Les cigarettes A, D et G sont des cigarettes normales ayant une tige de tabac longue de 70 mm et une circonférence de mm. Les cigarettes à filtre sont fumées jusqu'à ce qu'il reste des mégots de 8 mm, et les cigarettes normales jusqu'à ce qu'il reste des mégots de 23 mm dans les conditions standard de bouffées ayant un volume de 35 cm3 et une durée de 2 secondes toutes les minutes, afin de déterminer les émissions principales et passives de MPT et de nicotine. Les résultats sont donnés sur le Tableau 2. Cigarette Perméabilité 2D 1 t (cm) (cm sec) A 0,7 0,00032 0,0030 0,11 B 1,0 0,0010 0,0040 0,25 c 1,5 0,0021 0,0035 0,60 D 3,0 0,00070 0,0030 0,23 E et G 25 0,0070 0,0040 1,75 F 50 0,0125 0,0039 3,21 - 6 - TABLEAU 2 Comme le montrent le tableau 2, les cigarettes B et C ont des émissions passives de MPT et de nicotine considérablement plus faibles que les émissions correspondantes des cigarettes E et F de type classique. En outre, les cigarettes B et C ont émis un nombre de bouffées beaucoup plus élevé que les cigarettes E et F, tout en ayant des caractéristiques de combustion accepta- bles. De même, les cigarettes A et D ont émis un nombre de bouf- fées plus élevé que les cigarettes normales S. Le tableau 3 montre les réductions en pourcentage des émissions passives de fumée pour les cigarettes normales A et D en comparaison avec des cigarettes ayant des papiers à cigarettes classiques, les nombres de bouffées étant les mêmes pour les deux types de cigarettes. TABLEAU 3 "MPSEN" est une abréviation pour "matière particulaire sans eau et nicotine". Les valeurs de la production- passive de MPT pour des cigarettes A et D ont été déterminées, et on les a trouvées res- -1 pectivement égalesàl,3 et à 1,9 mg min 1 Le phénomène amélioré du nombre de bouffées noté avec référence au tableau 2 peut être utilisé pour réduire les émis- sions par cigarette en réduisant la quantité de tabac dans cha- que tige de tabac, tout en fournissant au fumeur un nombre de Fumée principale Fumée passive CigaretteNobed MigarettePT Nicotine MPT Nicotin Nombrebo des (mg/cig) (mg/cig) (mg/g) (g/cig) bouffées A 40,8 2,3017, 6 2,04 15,0 B 26,4 1,56 20,6 2,73 19,1 C 22,2 1,49 21,7 2,60 16,1 D 37,7 2,00 21,2 2,11 12,1 E 16,0 1,31 34,0 4,58 11,7 F 15,3 1,21 31,9 4,30 11,3 G 26,7 1,70 27,6 3,60 9 Cigarette MPT Nicotine MPSEN CO Co C2 A 62 66 61 57 40 D 44 57 41 41 32 -7- bouffées dans la gamme à expérimenter à l'aide de cigarettes classiques. Ainsi, si la longuer brûlée de la cigarette B est réduite de 51 mm à 30 mm, c'est-à-dire si la longueur totale de la tige de tabac est réduite de 59 mm à 38 mm, le nombre de bouf- fées sera réduit de 19,1 à 11,3, c'est-à-dire au nombre de bouf- fées de la cigarette classique F. Il en résulterait une réduction des emis passives sèen2,1 mg de MPT et de 1,61 mg de nicotine. De même, le nombre de bouffées de la cigarette C serait réduit de 16,1 à 11,3 en réduisant la longueur brûlée de 51 mm à 36 mm, avec pour résul- tat des émissions passives de 15,3 mg de MPT et de 1,84 mg de ni- cotine. Pour les deux cigarettes B et C à longueur de combustion réduite, les émissions principales de MPT seraient approximative- ment celles de lacigarette F. Il est désirable que l'invention soit utilement appliquée à des longueurs de tiges de tabac de l'ordre de 25 à 55 mm. Comme on s'en rendra compte, l'utilisation d'un enroba- ge suivant l'invention fournit au créateur d'articles pour fumeurs, en particulier de cigarettes, un instrument valable pour contrôler des émissions passives, que ce soit de façon absolue ou seulement relative et/ou en association avec des émissions principales, afin d'obtenir des articles pour fumeurs acceptables ayant des caracté- ristiques que l'on n'a pas pu obtenir, ou au moins difficilement, jusqu'ici, et ceci, en outre, grâce à des moyens relativement sim- ples et qui n'impliquent pas de s'éloigner des procédés de fabri- cation classiques ou de se heurter à des inconvénients inaccepta- bles tels que des caractéristiques entraînant une mauvaise combus- tion. - 8 - REVENDICATIONS 1 - Article pour fumeurs, comprenant une tige de maté- riau à fumer enveloppé dans un emballage, en particuler un embal- lage en papier, caractérisé en ce que la perméabilité à l'air de l'emballage due à écoulement visqueux est sensiblement uniforme et ne dépasse pratiquement pas plus de 3 et, de préférence, pas plus de 2 unités Coresta, et en ce que le rapport coefficient de diffusion/épaisseur (Do/t) de l'emballage est4sensiblement dans la gamme de 0,08 à 0,65 cm sec 1. 2 -Article pour fumeurs suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le rapport Do/t de l'emballage n'est pas in- -I férieur à 0,15 cm sec 3 - Article pour fumeurs suivant l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que le rapport Do/t de l'emballa- ge n'est pas supérieur à 0,25 cm sec. 4 - Article pour fumeurs suivant l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que la longueur de la tige de ma- tériau à fumer est comprise entre 25 et 55 mm. - Article pour fumeurs suivant l'une des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que, lorsqu'on fume l'article, le taux de production d'une matière particulaire totale passive (MPT) n'est pas supérieur à 2 mg min-1. 6 -Article pour fumeurs suivant l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que, lorsqu'on fume l'article, on obtient une réduction de l'émission passive de MPT d'au moins 40%, en comparaison, pour un même nombre de bouffées, avec un article pour fumeurs ayant un emballage classique en papier, pour ciga- rettes. 7 - Articles pour fumeurs suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la réduction de l'émission passive de MPT est d'au moins 60% ou davantage. 8 - Matériau d'emballage pour article pour fumeurs, ca- ractérisé en ce que sa perméabilité à l'air ne dépasse pratique- ment pas 3 unités Coresta, et que son rapport Do/t est, pratique- ment, dans la gamme de 0,08 à 0,65 cm sec -1, et n'est de préfé- -35 rence pas inférieur à 0,15 cm sec 1 rence pas inférieur à 0,15 cm sec