Brevet FR2524772A1 — publié le 19831014

La présente invention concerne d'une manière générale des articles à fumer tels que des cigarettes, des cigares, etc, ainsi que l'enveloppe enrobant le. rouleau de tabac qui les constitue et plus précisément, une enveloppe améliorée pour articles à fumer de ce type à utiliser telle quelle ou en tant qu'enveloppe intérieure associée à une enveloppe extérieure classi- que. L'un des problèmes qui se pose couramment dans le cas des articles à fumer tels que les cigarettes ou les cigares, est la quantité de fumées secondaires libérées au cours d'une combustion statique, par exemple lorsque l'article à fumer brûle sans que le fumeur n'exerce de tirage ou simplement lorsqu'il repose dans un cendrier tout en brûlant Les fumées secondaires visi- bles libérées par un article à fumer tel qu'une cigaret- te en cours de combustion statique, sont irritantes et nocives pour les non fumeurs se trouvant à proximité de la cigarette en cours de combustion. L'un des problèmes que posaient les envelop- pes mises au point jusqu'à présent pour produire moins de fumée secondaire était qu'elles donnaient une cendre - floconneuse et/ou décolorée du fait des mauvaises carac- téristiques de formation de cendre de ces enveloppes. Divers mécanismes ont été mis en jeu dans les articles à fumer pour diminuer la quantité de fumée secondaire visible et améliorer les caractéristiques de formation de cendre des enveloppes, mais jusqu'à présent aucun d'entre eux n'a permis de résoudre commercialement ces deux problèmes. Le moyen le plus efficace pour diminuer la quantité de fumée secondaire visible connu actuellement est décrit et revendiqué dans le brevet des E U A. no 3 231 377 délivré à Cline et al, propriété du représentant de la demanderesse, à savoir la Olin Corpo- ration. Ce brevet décrit une enveloppe pour articles à fumer tels que des cigarettes, des cigares, etc, conte- nant au moins 15 % en poids d'oxyde de magnésium ou de son hydrate et au moins 0,5 % en poids d'un adjuvant tel que des acétates, carbonates, citrates, nitrates, ou tartrates de métaux alcalins L'association de l'oxyde de magnésium ou de son hydrate à l'un quelconque des adjuvants chimiques diminue sensiblement la quantité de fumée secondaire visible libérée au cours d'une com- bustion statique par des articles à fumer utilisant l'enveloppe L'enveloppe peut être constituée d'un pa- pier à cigarette classique dans-lequel sont incorporés l'oxyde de magnésium et l'adjuvant en tant que charge incorporée à la matière première du papier, ou les additifs peuvent être appliqués au papier séparément ou ensemble en tant que revêtement Les enveloppes con- tenant des additifs peuvent être utilisées au lieu des enveloppes classiques pour articles à fumer ou être utilisées en tant qu'enveloppes intérieures enrobant le rouleau de tabac en association avec une enveloppe extérieure classique formée par du papier à cigarette ou une cape de cigare. Selon les directives données par ce brevet, on peut obtenir une diminution notable et très souhai- table de la quantité de fumée secondaire visible en utilisant un papier à cigarette contenant de L'o %vde de magnésium comme charge associée à certains adjuvants chimiques Ces papiers ont toujours donné une cendre floconneuse et leur utilisation a été jugée inacceptable par les fabriquants de cigarettes en raison de leurs médiocres caractéristiques de formation de cendres Les nombreux essais qui ont été effectués n'ont pas permis de mettre en évidence de substances chimiques combusti- bles ou de combinaisons de substances chimiques combus- tibles permettant de résoudre ce problème. Les types d'oxyde de magnésium les plus réac- tifs qui agissent de façon très efficace en tant que charges diminuant les courants secondaires sont au moins partiellement transformés en hydroxyde de magnésium au cours du processus de fabrication du papier Le "Mag- Chem 40 " fabriqué par la Martin Marietta Company est un exemple de ce type de produit et donne une cendre de papier cigarette très floconneuse Au contraire, un oxyde de magnésium de faible réactivité et faiblement combustible tel que le "Mag Chem 10 " produit par la même compagnie donne une cendre ferme blanche qui rétré- cit et ne se désagrège pas Cet oxyde non réactif ne S'hydrate que très lentement aux températures ambiantes pour donner de l'hydroxyde de magnésium et reste prati- quement inchangé dans le papier fini lorsqu'il est utilisé comme charge Des papiers chargés d'oxyde de magnésium non réactif ne conduisent pas à une diminu- tion de la quantité de fumées secondaires plus impor- tante que celle que l'on peut obtenir avec du carbonate de calcium à dés taux élevés équivalents, par rapport au poids de base et avec des accélérateurs de combus- tion. Ces faits mènent A la conclusion que l'hydro- xyde de magnésium est un ingrédient nécessaire si l'on souhaite obtenir une diminution optimale des courants secondaires On supposait auparavant que si l'effet de l'hydroxyde de magnésium sur la combustion de la cigarette résulte de sa déshydratation endothermique à environ 350 'C, le taux de goudron des courants secon- daires devrait alors être inversement proportionnel à la quantité d'hydroxyde de magnésium présent dans le papier Il est apparu que cela n'était pas entièrement vrai En effet, le Mag Chem 40 qui s'hydrate complètement lorsqu'il est mis en bouillie dans de l'eau pendant une nuit, n'est pas plus efficace que lorsqu'il est utilisé 4 2524772 sans prétraitement pour fabriquer des feuilles Envi- ron 50 % de la charge non prétraitée est transformée en hydroxyde de magnésium au cours du processus de fabrica- tion des feuilles De même, l'hydroxyde de magnésium en poudre utilisé en tant que charge unique ne produit pas de diminution des courants secondaires plus impor- tante que l'oxyde partiellement hydraté et conduit à une cendre plus sombre très floconneuse, L'invention a pour but de fournir une envelop- pe cellulosique améliorée pour particules à fumer pro- duisant une quantité de fumée secondaire réduite et une cendre non floconneuse. Un autre but de l'invention est de fournir une enveloppe cellulosique améliorée et des articles à fumer enveloppés dans celle-ci qui évitent les cots supplémentaires et les risques possibles engendrés par l'addition de fibres minérales à l'enveloppe pour obte- nir une cendre non floconneuse. Ces buts et ces avantages peuvent être atteints par la découverte par la demanderesse qu'un contact intime entre l'hydroxyde de magnésium et les fibres cel- lulosiques est probablement nécessaire pour obtenir une diminution sensible de la quantité de fumée secondaire. Au fur et à mesure qu'on augmente la proportion de char- ge ajoutée au papier, on atteint un point à partir du- quel les quantités supplémentaires d'hydroxyde de magné- sium n'entrent plus en contact avec les surfaces des fibres, mais se déposent sur la charge déjà appliquée, conduisant à la formation d'agrégats de plus grande dimension De l'hydroxyde de magnésium ayant une faible taille de particules devrait donc permettre de revêtir de façon efficace les surfaces des fibres, avec une teneur globale inférieure dans la feuille. D'une manière générale, la taille de particu- le moyenne ne devrait pas dépasser 10 microns et de préférence, 2 microns. Comme on a constaté que la qualité médiocre de la cendre était liée à la concentration en hydroxyde de magnésium de la feuille, il devrait être possible d'obtenir à la fois une amélioration de la cendre et une diminution de la quantité de fumée secondaire en utili- sant une charge inerte telle que le Mag Chem 10 (un oxyde de magnésium non réactif), avec une proportion mineure d'hydroxyde de magnésium de faible granulométrie Les expériences ont montré que cela pouvait être réalisé. L'invention consiste donc à fournir un papier à cigarette amélioré donnant des quantités très réduites de goudron dans les courants secondaires et de fumées secondaires visibles tout en conduisant à une cendre ferme de couleur claire qui a tendance à se maintenir sur l'article à fumer et non à se désagréger La charge contenue dans le papier est constituée d'un mélange d'une quantité importante d'oxyde de magnésium non réactif ou d'autres charges inertes et d'une quantité mineure d'hydroxyde de magnésium finement divisé Le papier doit également contenir un adjuvant chimique accélérant la vitesse de combustion tel que décrit dans le brevet des E U A N O 4 231 377. Le dessin annexe est un graphique donnant en fonction de la porosité le taux de goudron dans les cou rants secondaires mesuré dans les essais décrits dans l'exemple III. Les enveloppes cellulosiques de l'invention peuvent être préparées par incorporation de l'hydroxyde de magnésium et de la charge d'oxyde de magnésium non réactif dans la matière première de pate à papier On peut en outre utiliser d'autres charges inertes en asso- ciation avec le Mg(OH)2 et le Mg O comme par exemple le carbonate de calcium On peut appliquer les charges de Mg(OH)2 et de Mg O sur l'enveloppe améliorée sous forme 6 2524772 d'un revêtement, mais cela n'est pas souhaitable car le contact entre les charges et la fibre de papier n'est pas aussi bon Dans le cas du papier à cigarette, les charges et l'hydroxyde de magnésium sont ajoutés à une matière première de papier ordinaire tel que des pâtes de fibres de bois ou de lin La matière première consti- tuée par la pâte de fibres, l'hydroxyde de magnésium et les charges est ensuite utilisée pour préparer une feuille de papier dans des machines à papier classiques. L'hydroxyde de magnésium et les charges peu- vent être ajoutés à des pâtes de fibres couramment uti- lisées pour préparer des enveloppes de papier cellulo- sique pour cigarettes ou aux matériaux à base de tabac utilisés pour fabriquer les capes de cigares Par consé- quent, outre les fibres de bois et de lin, la matière première peut être constituée par des tiges de tabac mâchées auxquelles on ajoute un petit pourcentage d'hy- droxyde de magnésium et d'oxyde de magnésium non réac- tif sous forme de fines particules. On peut utiliser les enveloppes pour articles à fumer contenant le petit pourcentage d'hydroxyde de magnésium et l'oxyde de magnésium non réactif avec ou sans les autres charges de l'invention, comme enve- loppe intérieure sous une enveloppe extérieure normale enrobant le rouleau de tabac de la cigarette ou du cigare On peut utiliser comme enveloppe extérieure de l'article à fumer, du papier à cigarette classique, et de préférence, un papier à cigarette très poreux ou perforé ou une cape de cigare Cette combinaison dimi- nue le poids de tabac nécessaire pour fabriquer un produit satisfaisant, augmente la fermeté du rouleau de tabac et ne modifie pas l'aspect de la cigarette ou du cigare Les enveloppes contenant les additifs de l'invention peuvent également être utilisées en tant que robe unique des articles à fumer En ce qui conèrne les cigarettes, il eet partidulièrement souhaitable d'utiliser des papiers ayant un poids de base élevé si on n'utilise qu'une seule enveloppe. Comme il a été indiqué jusqu'à présent, on obtient une certaine diminution de la quantité de fumées secondaires et une amélioration de l'aspect de la cen- dre lorsqu'on'utilise ces charges aux concentrations typiques dans les papiers à cigarette de 30 % et avec des poids de base d'environ 24 g/m Les proportions 2 2 optimales sont des poids de base de 40 g/m, à 100 g/m. et des concentrations totales de charge de 40 % à 60 %. La concentration en hydroxyde de magnésium dans la charge dépend entre autres de sa taille de particule mais elle est généralement comprise entre 5 % et 50 % ou entre 2,5 % et 25 % du poids total de la feuille dans le cas d'un papier contenant au total 50 % de charge Pour obtenir les meilleurs résultats, les enve- loppes'devraient également contenir au moins 0,5 % et de préférence 2 % ou plus d'au moins un produit apparte- nant à la classe des adjuvants chimiques accélérant la vitesse de combustion décrits dans le brevet des E U A. né 3 231 377. Toutes les feuilles décrites dans les exemples suivants, donnés à titre d'illustration de l'invention ont été préparées de façon à obtenir 50 % de charge totale pour un poids de base de 100 mg/m Elles ont toutes été traitées sur la presse avec de l'acétate de sodium à 3,0 % Les cigarettes d'essai ont été réen- robées en utilisant des poids adaptés de tabac "Kentucky Referee 1 R 3 " Sauf indication contraire, du lin prove- nant du même cycle de production du batteur a été utili- sé pour la préparation de toutes les feuilles de chaque exemple. Exemple 1 L'hydro Magma, pate d'hydroxyde de magnésium 8 2524772 fabriquée par la Merck and Company, présente une taille de particule moyenne nettement inférieure à 1 micron. Dans cet exemple, on compare des mélanges d'Hydro Magma et de Mag Chem 10 (oxyrde de magnésium non réactif) à des mélanges analogues de Mag Chem 10 et d'un échantillon d'hydroxyde de magnésium en poudre sec (fourni par la Basic Incorporated) ayant une taille de particule de l'ordre de 10 microns Les résultats sont énumérés ci- dessous: w Un w CD t-J Ln Ln ê- CD ul Campositicn de la cha Me Porosité Greiner (seomld_s/50 Cm 3) Taux de goudron des courants secondaires Uq/ci 9 arette) Durée de combustion m%,erme (minutes) % de Mag C-iem IO/ % d Hydro Magm % de magchem IO/ % d"Hydraagm % de Mag Chem 10/ % de poudre d'hy, droxyde de magné-. siura % de Mag Chm 10/ % de poudre d'hy- droxyde de magné- sium % de Yzg Ch Em 40 * (T&min) 6 l'o, li 2,0 22,9 19,2 16,3 9,6 9,8 13, 0 12,3 ,3 13,8. 14,6 A 9,9 9,4 PO Lh r%) -9 -114. r-J 2524772 La comparaison des deux formes d'hydroxyde de magnésium est légèrement altérée par le fait que des lots de lin différents ont été utilisés dans les deux cas Il est cependant clair que l'hydroxyde de magné- sium de taille de particule inférieure diminue plus ef- ficacement les taux de goudrons des courants secondaires. La-cendre produite par tous les papiers contenant les charges mélangées est beaucoup plus ferme et de couleur plus claire que celles produites par le témoin. *Mag Chem 40 fabriqué par la Martin Marietta Company, est une forme réactive d'oxyde de magnésium qui est partiellement transformée en hydroxyde de magnésium au cours du processus de fabrication de papier. Exem 2 le Il Dans cette série de préparations de feuilles de papier, on a de nouveau utilisé du Mag Chem 10 en tant que partie non réactive de la charge en même temps que diverses concentrations d'hydroxyde de magnésium dérivé d'une bouillie fournie par la Merck and Companv et connue sous le nom de R 1458 La taille de particule moyenne de cet hydroxyde de magnésium est plus importan- te que celle de l'hydro Magma de l'exemple précédent mais reste inférieure à 1 micron Les résultats sont donnés ci-dessous: w O tu Ln Pourcentage d'hydroxyde de magnésium dans la charge t> O Porosité Greiner (secondes/50 cm 3) vn VI o Taux de goudron des courants secondaires (mg/cigarette) n Durée de combustion moyenne (minutes) Mag Chem 40 Témoin w Ln ,0 22,8 22,0 ,6 ,9 ,5 11,3 11,5 11,6 12,0 14,5 9,6 ,4 9,7 9,8 9,6 9, 5 9,9 F-' F-' r 1 o Ln N 4 t OJ Comme dans l'exemple I, tous les papiers con- tenant une charge mélangée donnent une cendre de cou- leur plus claire et moins floconneuse que l'échantillon témoin contenant du Mag Chem 40. Exemole III Dans cet exemple, on utilise des mélanges : 25 de Mag Chem 10 avec quatre types différents d'hydroxyde de magnésium pour préparer des feuilles à partir de trois lots différents de lin raffinés jus- qu'à l'obtention de différentes valeurs de poids, de longueur et de dilution Les hydroxydes de magnésium utilisés dans cette étude sont la pâte Hydro Magma; la bouillie R 1458; la poudre sèche Basic, Incorporated; et une autre poudre sèche d'une taille de particule semblable fabriquée par la Merk and Company et connue sous le nom de Marinco H Les résultats sont présentés sous forme d'un graphique dans le dessin annexé o les taux de goudron dans les courants secondaires sont traces en fonction de la porosité, qui est liée au degré de raffinage Bien que certaines différences mi- neures puissent être dûes à d'autres facteurs, il est. clair que la taille des particules de l'hydroxyde de magnésium est le principal paramètre affectant le taux de courants secondaires En effet, les courbes corres- pondant à la pâte Hydro Magma et à la bouillie R 1458 qui présentent des tailles de particules beaucoup plus petites sont proches l'une de l'autre et très inférieures à celles qui correspondent aux deux poudres sèches qui ont des tailles de particules plus importan- tes. Exemple IV Deux dispersions aqueuses d'hydroxyde de magnésium fournies par la Dow Chemical Company ont été utilisées dans cet exemple L'une d'entre elles, qui est un produit commercial connu sous le nom de MHT-60, 13 2524772 présente une taille de particule moyenne de 5 à 10 mi- crons L'autre version micronisée (broyée au mouillé) du MHT-60 présente une taille de particule moyenne infé- rieure à 1,0 micron L'autre constituant de la charge est l'oxyde de magnésium Mag Chem 10 ou du carbonate de calcium ensaché fourni par la Mississippi Lime Company. Les résultats des essais portant sur des cigarettes réenrobées dans ces papiers sont énumérés ci-dessous: 1-' 1- u J 1 o Composition de la charge Porosité Greiner (secondes/50 cm 3 Taux de goudron des courants secondaires (mg/cigarette) Durée de combustion moyenne (minutes) % de Mag Chem 10/ % de I 4 HT-60 (Micronisé) % de Mag Chem 10/ % de b HT-60 % de carbonate de calcium % de Yi T-60 (Mitronisé) % de carbonate de calcium % de MHT-60 % de Mag Chem 10 Témoin 9,9 ,0 ,3 f, 4 ui r%) -L- -à -14 rla w Lji w CD o) 9,3 ,3 17,0 ,0 17,5 12,5 9,3 11,5 13,6 13,0 13.,3 18,7 F". 11 ' 2524772 Lorsqu'on l'utilise en association avec du Mag Chem 10, le MHT-60 micronisé, du fait de sa taille de particule inférieure, réduit plus efficacement le taux de goudrons dans les courants secondaires Cet effet n'apparaît pas dans le cas des mélanges avec le carbo- nate de calcium Ces charges conduisent effectivement à une diminution des courants secondaires très supérieure à celle qu'offre le témoin contenant du Mag Chem 10 Tou- tes les feuilles utilisées dans cet exemple donnent une cendre de couleur plus claire que le papier préparé avec de l'hydroxyde de magnésium ou avec un des hydroxy- des de magnésium de types réactifs en tant que charge unique. On prépare industriellement des enveloppes cel- lulosiques pour articles à fumer avec des charges d'hydro- xyde de magnésium finement divisé et d'oxyde de magné- sium non réactif En outre, d'autres charges inertes tel- les que du carbonate de calcium peuvent être utilisées dans une matière première de pâte à papier pour enveloppe. L'hydroxyde de magnésium et l'oxyde de magnésium non réactif peuvent être appliqués sur l'enveloppe améliorée en tant que revêtement, bien que ce procédé soit moins efficace Dans le cas du papier à cigarette, les produits sont ajoutés à une pâte à papier ordinaire telle que des pâtes de fibres de bois ou de'lin La matière première de pate de fibres, les charges d'hydroxyde de magnésium et d'oxyde de magnésium sont ensuite utilisées pour préparer une feuille de papier à l'aide de machines à papier classiques. 16 2524772 REVENDICATIONS 1 Enveloppe pour articles à fumer tels que des cigarettes, des cigares, etc, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une feuille cellulosique contenant une charge d'hydroxyde de magnésium finement divisée ayant une taille de particule inférieure à 10 microns et de l'oxyde de magnésium non réactif. 2 Enveloppe selon la revendication 1, carac- térisée en ce que la proportion d'hydroxyde de magnésium est comprise entre 5 % et 50 % du poids total de la feuille cellulosique. 3 Enveloppe selon les revendications 1 ou 2, -caractérisée en ce que la taille de particule de l'hvdro- xyde de magnésium ne dépasse pas 10 microns. 4 Enveloppe selon la revendication 1, caracté- risée en ce que la proportion d'hydroxyde de magnésium est comprise entre 5 % et 25 % du poids total de la feuille cellulosique contenant 50 % en poids de charge totale. Enveloppe selon la revendication 1, caracté- risée en ce que la taille de particule de l'hydroxyde de magnésium ne dépasse pas 2 microns. 6 Enveloppe selon la revendication 1, caracté- risée en ce que la proportion d'hydroxyde de magnésium suffit seulement à recouvrir les fibres constituant la feuille cellulosique. 7 Enveloppe selon les revendications 1, 2 ou 4, caractérisée en ce qu'elle est un papier à cigarette. 8 Enveloppe selon les revendications 1, 2 ou 4, caractérisée en ce qu'elle est une cape de cigare. 9 Article à fumer comprenant du tabac et une enveloppe pour enrober ce tabac, caractérisé en ce que cette enveloppe est constituée d'une feuille cellulosi- que contenant une charge d'hydroxyde de magnésium fine- ment divisée ayant une taille de particule moyenne infé- rieure à 10 microns et de l'oxyde de magnésium non réac- tif. 17 2524772 Article à fumer selon la revendication 9, caractérisé en ce que la proportion d'hydroxyde de magné- sium est comprise entre 5 % et 50 % du poids total de la feuille cellulosique. 11 Article à fumer selon les revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la taille de particule de l'hydroxyde de magnésium ne dépasse pas 10 microns. 12 Article à fumer selon la revendication 9, caractérisé en ce que la proportion d'hydroxyde de magné- sium est comprise entre 2,5 % et 25 % du poids total de la feuille cellulosique contenant 50 % en poids de charge totale. 13 Article à fumer selon la revendication 12, caractérisé en ce que la taille de particule de l'hydro- xyde de magnésium ne dépasse pas 2 microns. 14 Article à fumer selon la revendication 9, carac- térisé en ce qu'il est constitué d'un cigare. Article à fumer selon la revendication 9, carac- térisé en ce qu'il est constitué d'un cigare. 16 Procédé de diminution de la quantité de fumée secondaire visible dégagée par un article à fumer et pour solidifier la cendre, caractérisé en ce qu'il consiste à envelopper le tabac de l'article à fumer dans une feuille cellulosique combustible contenant une char- ge d'hydroxyde de magnésium finement divisée ayant une taille de particule en moyenne inférieure à 10 microns, et de l'oxyde de magnésium non réactif. 17 Procédé selon la revendication 16, carac- térisé en ce que la proportion d'hydroxyde de magnésium est comprise entre 5 % et 50 % du poids total de la feuille cellulosique. 18 Procédé selon les revendications 16 et 17, caractérisé en ce que la taille de particules de l'hydro- xyde de magnésium ne dépasse pas 10 microns. 18 2524772 19 Procédé selon la revendication 16, caracté- risé en ce que la proportion d'hydroxyde de magnésium est comprise entre 2,5 % et 25 % du poids total de la feuille cellulosique contenant jusqu'à 50 % en poids de charge totale. Procédé selon la revendication 19, caracté- risé en ce que la taille de particules de l'hydroxyde de magnésium ne dépasse pas 2 microns.