Brevet FR2542581A1 — publié le 19840921

"Procédé et enveloppe d'un article de fumeur pour réduire le courant auxiliaire de fumée". La présente invention concerne des enveloppes pour des articles fumables tels que des cigarettes On prépare de façon classique les articles de ce genre en enroulant le ta- bac dans du papier qui est fabriqué en lin ou en une autre fi- bre cellulosique, çontenant une charge de carbonate de cal- cium Les papiers de cette composition sont normalisés dans les cigarettes modernes La cigarette en combustion dégage de la fumée que l'on peut classer en un courant auxiliaire lors- qu'elle est dégagée par l'extrémité allumée de la cigarette et un courant principal lorsqu'elle est aspirée à travers le bou- din de tabac par le fumeur La présente invention vise à four- nir un procédé perfectionné et une enveloppe permettant de réduire matériellement la quantité de la fumée du courant au- xiliaire. On a déjà fait diverses tentatives pour réduire le niveau du courant auxiliaire de fumée Cependant, aucune de ces tentatives n'a été suffisamment efficace pour en permettre une exploitation industrielle notable Par exemple, le brevet US 4 225 636 décrit l'utilisation de papiers à cigarettes en- duits de carbone de haute porosité que les auteurs présentent comme apportant des réductions notables aussi bien dans le cou- rant principal que dans le courant auxiliaire de fumée Le brevet US 3 744 496 décrit également une enveloppe avec char- ge de carbone, que l'on traite de préférence avec des composés tels que des hydroxydes, des bicarbonates et des carbonates de métaux alcalins On a également reconnu que certains articles de fumeurs enveloppés dans des feuilles de tabac dégagent une quantité plus petite de fumée auxiliaire, mais les enveloppes de ce genre ne sont pas pratiques pour utilisation sur des ci- garettes Ces produits, ainsi que ceux provenant d'autres tenta- tives de réduction du courant auxiliaire, sont entachés de certains inconvénients tels qu'un prix excessif ou des effets adverses concernant l'envoi de particules vers le courant -2- principal, l'aspiration, le goût ou d'autres facteurs tels que la vitesse de combustion Ainsi aucune des tentatives étudiées n'a apporté de solution pratique pour réduire le cou- rant auxiliaire de fumée à partir de cigarettes. De nombreux composés qui conviennent selon l'invention étaient déjà connus comme additifs aux enveloppes d'articles fumables, principalement comme agents de rehausse- ment de la combustion Par exemple, le brevet US 4 231 377 décrit une enveloppe qui contient ou moins 15 % en poids d'oxyde de magnésium ou de son hydrate plus au moins 0,5 % en poids d'un adjuvant chimique qui peut être choisi parmi les acétates, les carbonates, les citrates, les nitrates et les tartrates de mé- taux alcalins On donne des exemples dans lesquels on applique un maximum de 3,5 % de l'adjuvant chimique Parmi les autres références concernant l'emploi de telles compositions, on ci- tera le brevet US 3 861 401, le brevet US 3 797 504 et le brevet US 3 667 479, qui décrivent, chacun des perfectionne- ments des propriétés de combustion. Malqré de telles descriptions, le problème du courant auxiliaire de fumée demeure et la présente invention fournit une enveloppe cellulosique pratique et efficace pour articles fumables qui réduit le courant auxiliaire de fumée tout en évitant une détérioration notable des autres proprié- tés désirables. La présente invention a pour objet une enve- loppe pour un article fumable assurant une réduction importante du courant auxiliaire de fumée sans effet adverse sur les pro- priétés telles que les matières particulaires dans le courant principal et le nombre de bouffées; on obtient ces résultats en modifiant le papier à cigarette classique On traite le pa- pier avec une quantité "extraordinaire" d'un sel de métal al- calin qui est de loin supérieure aux proportions précédemment employées pour rehausser les propriétés de combustion Parmi les sels de métaux alcalins, on peut mentionner les sels de sodium et de potassium de certains acides tels que les acides 3 2542581 carbonique, formique, acétique, propionique, malique, lactique, glycolique, citrique, tartrique, fumarique, oxalique, malonique, succinique, nitrique et phosphorique Une proportion égale à au moins 6 % en poids environ est indispensable pour béné- ficier des avantages de l'invention Jusqu'à maintenant, on pensait que des proportions de tels additifs de plus de 3,0 % environ ne donneraient aucun avantage supplémentaire De fa- çon surprenante, l'application de ces sels de métaux alcalins au papier en des proportions non usuelles, comme stipulé dans la présente invention, assure des réductions très importantes du courant auxiliaire de fumée tout en n'influant que d'une façon minime sur d'autres propriétés de combustion Selon les modes de réalisation préférés, on applique du citrate de potas- sium à un papier de cigarette ayant une perméabilité qui ne dépasse pas 10 cm/mn et une masse volumique d'au moins 1,3 cm 3,'g environ Dans le présent mémoire, on définit la masse volumique comme étant le volume superficiel en centimètres cubes par gram- me de papier, qu'on calcule à partir du grammage du papier avant le traitement, et de son épaisseur après le traitement. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés sur lesquels la fig 1 est un graphique montrant, conformé ment b l'invention, le pourcentage de réduction du courant au- xiliaire de fumée en fonction de la quantité de citrate de po- tassium appliquée au papier, exprimé en pour cent; la fig 2 représente, conformément à l'inven- tion, les effets correspondants de la vitesse de combustion, exprimée en mm/mn après l'application du citrate de potassium au papier, dont le pourcentage est représenté en abscisses Les fig 3 et 4 correspondent aux fig 1 et 2 mais avec utilisation de citrate de sodium, et la fig 5 est un graphique qui-montre l'amé- lioration de l'effet du citrate de potassium par des réductions de la porosité du papier, le pourcentage en citrate de potassium étant représenté enabscisses et le pourcentage de réduction du courant auxiliaire (TPM) en ordonnées. -4 2542581 Bien que l'invention soit décrite ci-après à propos des modes de réalisation préférés, il reste entendu qu'on ne désire nullement limiter l'invention à ces seuls mo- des de réalisation Au contraire, on envisage de couvrir tou- tes les variantes, toutes les modifications et tous les équi- valents éventuellement englobés par la portée générale de l'in- vention sans sortir de son cadre. Quand on fume une cigarette, une fraction importante du total de fumée provenant de la combustion du ta- bac est dégagée par le bout allumé de la cigarette sous forme de fumée auxiliaire Les proportions relatives du courant prin- cipal et du courant auxiliaire dans un cas donné dépendent de la façon dont la cigarette est fumée Si l'on pose la cigarette sur un cendrier pendant des intervalles de temps prolongés en- tre les bouffées, le courant auxiliaire devient une fraction importante du total de fumée produite Que la cigarette soit tenue par le fumeur ou qu'elle repose dans un cendrier au cours des intervalles entre les bouffées, le courant auxiliaire monte sous forme d'un filet de fumée concentré et très visible De plus, ce filet concentré continue à émaner du bout allumé de la cigarette même lorsqu'on aspire l'air pendant l'inhalation de sorte que le courant auxiliaire de fumée est constamment dégagé en grosses quantités pendant toute la période de la consom- mation de la cigarette indépendamment du fait que cette consom- mation soit principalement par carbonisation ou principalement par inhalation Parfois, le filet du courant auxiliaire de fumée est entraîné par des courants d'air vers deautres personnes qui peuvent en éprouver de -la gêne En conséquence, il est haute- ment désirable de réaliser des cigarettes qui donnent nettement moins de courant auxiliaire de fumée. Selon la présente invention, les matières parti- culaires du courant auxiliaire de fumée sont fortement réduites par des modifications du papier qu'on utilise pour envelopper - le boudin de tabac -Des tentatives antérieures pour réduire les courants auxiliaires de fumée par des changements d'enveloppes _ 5 2542581 ont amené à utiliser des papiers qui étaient impossibles à employer soit sur le plan technique, soit pour des raisons éco- nomiques, et aussi d'un aspect esthétiquement inacceptable, ou encore provoquant une très forte augmentation du dégageement de la fumée du courant principal et du nombre de bouffées Au contraire, les modifications selon l'invention ne provoquent pas de retard de la combustion ou de dégagement élevé des gou- drons dans le courant principal; elles n'influent pas fâcheu- sement sur l'aspect de la cigarette ou de la cendre, et elles ne nécessitent pas l'emploi de matières sophistiqués ou de pro- cédés spéciaux de fabrication Par exemple, les cigarettes préparées avec les enveloppes selon l'invention assurent la même satisfaction au fumeur mais diminuent les risques de fumée pou- vant être gênante pour des voisins. Selon la présente invention, on obtient ces ef- fets bénéfiques et hautement désirables en traitant les enve- -loppes d'articles fumables par des quantités"non usuelles" de sels de métaux alcalins Les enveloppes sont des papiers à ci- garettes classiques préparés à partir du lin et/ou d'autres fibres cellulosiques renfermant une charge minérale, le plus souvent du carbonate de calcium D'autres charges minérales appropriées seront évidentes aux spécialistes de la question. Ces charqes sont utilisables en des proportions très variables entre environ 10 et 50 % en poids selon l'invention. Alors que l'emploi de tels sels a déjà été effectué depuis des années à titre d'additifs aux papiers à cigarettes afin d'améliorer les caractéristiques des cendres et accélérer la combustion, lors d'une utilisation classique, on les ajoute en petites proportions d'environ 1 à 3 % du poids du papier de base Selon l'invention, ces sels de métaux alcalins, qui sont normalement des accélérateurs de combustion, sont ajoutés à l'enveloppe en des proportions très au-delà de celles qu'on utilisait antérieurement et on a découvert que leur effet sur la vitesse de combustion des cigarettes est inversé; de nou- velles augmentations de l'addition des sels provoquent, au -6 2542581 contraire, un abaissement de la vitesse de combustion En fait avec des papiers de faible porosité et/ou contenant des fai- bles proportions de carbonate de calcium à titre de charge, l'addition d'un excès de sels de métaux alcalins, par exemple de plus de 20 % environ, de citrate de potassium par rapport au grammage du papier, a en général pour effet une perte de la continuité de combustion; les cigarettes confectionnées avec de tels papiers s'éteignent d'elles-mêmes. De façon plus importante, on a constaté qu'aus- si bien dans le cas d'un rapport mécano-statique que dans celui de simples phénomènes de coïncidences, si le niveau des sels de métaux alcalins présents est dans l'intervalle des concentra- tions dans lequel on observe une inversion de la vitesse de combustion, alors la quantité de fumée particulaire du courant auxiliaire est sensiblement réduite Les effets du débit total du courant auxiliaire particulaire (SS-TPM) et la vitesse de combustion en raison de l'addition de quantités croissantes de citrate de potassium à un papier à cigarette normalisé couram- ment utilisé, apparaissent sur les fig 1 et 2 Pour ces exem- ples, on a utilisé un papier à cigarette dont le grammage est de 25 g/m 2, la perméabilité de 25 cm/mn (CORESTA), la masse volumique de 1,47 cm 3/g et la teneur en carbonate de calcium à titre de charge de 30 % Un tel papier à cigarette est faci- lement disponible dans le commerce Comme on le voit, le chan- gement de l'accélération de la vitesse de combustion en réponse à une addition croissante de sel a lieu progressivement sur l'intervalle entre environ 6 % et 16 % de citrate de potassium. En même temps, la réduction du courant auxiliaire de fumée, qui est d'environ 25 % avec une addition de sel de 6 %, atteint envi- ron 35 % avec 16 % de sel et commence à baisser à environ 20 % d'addition Ces niveaux de citrate de potassium correspondent à un intervalle d'environ 23 à 77 mg de métal alcalin par gram- me du papier de base. D'une façon générale, des sels de ce genre sont efficaces en une proportion au-dessus d'environ 23 mg de métal 7 - alcalin mais l'intervalle préféré est d'au moins 46 mg environ de métal alcalin par gramme de papier de base Pour la plupart des utilisations, des proportions supérieures à environ 100 mg de métal alcalin par gramme de papier de base ne seraient pas économiques. Alors que les exemples sont présentés avec uti- lisation de citrate de potassium, on pourrait utiliser d'autres composés ayant des effets équivalents, et notamment les sels de métaux alcalins des acides suivants carbonique, formique, acétique, propionique, malique, lactique, glycolique, tartrique, fumarique, oxalique, malonique, succinique, nitrique et phospho- rique Les spécialistes comprendront aisément que les courbes sur les fig 1 et 2 varient quelque peu avec des sels différents, comme on peut le voir par exemple sur les fig 3 et 4 à propos du citrate de sodium Cependant, les courbes sont caractéris- tiques et les effets décrits de la réduction du courant auxi- liaire et de la vitesse de combustion ont lieu dans chaque cas avec des additions supérieures à environ 6 % en poids On a éga- lement trouvé que d'autres sels de métaux alcalins tels que les sels de sodium sont efficaces On admet aussi qu'on peut utiliser de tels sels en combinaison Si l'on emploie d'autres sels, les proportions ajoutées au papier sont réglées de manière à fournir la même quantité de métal alcalin qu'on aurait obtenue avec la quantité requise de citrate de potassium. Le traitement d'un papier à cigarette classique par des proportions "non usuelles" de sels de métaux alcalins, comme on vient de le décrire, a pour effet une diminution du courant auxiliaire de fumée Cependant, on peut porter au ma- ximum l'effet de ce traitement en utilisant un papier de fai- ble porosité et en maintenant la masse volumique de la feuille à une valeur élevée compatible avec la faible porosité Ainsi la fig 5 fait ressortir le perfectionnement qui découle de l'em- ploi d'une plus faible porosité pour abaisser la fumée du courant auxiliaire à un niveau donné du traitement chimique Les cour- bes A, B et C ont été obtenues avec des papiers ayant des poro- sités différentes, respectivement 25; 6 et 1 cm/mn Commeó on le -8 2542581 voit, pour un niveau donné de traitement chimique, la plus fai- ble porosité provoque d'autres diminutions du courant auxiliaire de fumée Les porosités sont exprimées par la perméabilité CORESTA (vitesse superficielle en cm/mn de l'air qui traverse un papier poreux avec une 'différence de pression de 1 cm) La fig 5 démontre qu'une porosité audessous d'environ 10 cm/mn est préférée pour la réduction du courant auxiliaire. Les exemples suivants servent à illustrer l'in- vention sans aucunement en limiter la portée. On effectue ces exemples en utilisant du papier à cigarette en lin que l'on présente dans les tableaux I et II. On applique le citrate de potassium en saturant ce papier à cigarette sur un mode sensiblement uniforme par une solution aqueuse de ce sel On confectionne des cigarettes sans filtre ayant 70 mm de longueur et 25 mm de circonférence en utilisant le papier traité et un mélange de tabacs selon Standard American Blend of Tobacco. On utilise le procédé de la Federal Trade Com- mission pour déterminer la quantité particulaire totale (TM) pour les analyses de la fumée du courant principal La fumée du courant auxiliaire pendant la combustion statique de 40 mm de la longueur de chaque cigarette est recueillie sur un tampon filtrant de Cambridge; les quantités recueillies sont exprimées en matière particuliaire totale du courant auxiliaire (SS-TPM). Le tableau I décrit les exemples 1 à 7 et mon- tre les effets de la masse volumique de la feuille sur la ré- duction du courant auxiliaire aussi bien sans qu'avec traite- ment chimique de trois papiers différents On calcule normale- ment la masse volumique d'une feuille à partir du grammage du -30 papier et de son épaisseur qu'on mesure par le procédé TAP Pl T-411; cependant, dans le présent contexte, on calcule les valeurs des masses volumiques à partir du poids du papier de base (à l'exclusion du poids des matières chimiques ajoutées) et de l'épaisseur du produit final après l'addition des agents chimiques Le papier ayant la plus faible masse volumique est 9 - évidemment inférieur même si sa faible porosité aurait dû améliorer la réduction du courant auxiliaire L'importance de la masse volumique est encore démontrée par une comparai- son entre les exemples 5 et 6 montrant que, malgré l'épaisseur accrue, le poids plus élevé et la perméabilité plus faible, la matière de l'exemple 5 libère plus de matières particulaires du courant latéral que la matière de l'exemple 6. Le tableau II décrit les exemples 8 à 15 et compare les débits du courant principal de fumée (matière par- 1 U ticulaire sèche) (DPM TPM eau) et aussi le nombre de bouf- fées de plusieurs papiers à cigarette d'un type normalisé ayant les débits DPM et les nombres de bouffées des mêmes papiers après application du traitement selon l'invention Comme on le voit, l'invention réduit le courant auxiliaire de fumée sans augmenter les goudrons et la nicotine du courant principal. Il va de soi que l'invention fournit une matière en feuille-pouvant servir d'enveloppe pour des articles de fu- meurs donnant entièrement satisfaction pour répondre aux objec- tifs et avantages mentionnés. Il va également de soi que l'on peut apporter diverses modifications aux modes de réalisation qui ont été décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Exemples 1 % citrate de potassium O Perméabilité (cm/mn) 9 Grammage du papier de base (g/m 2) 36 Epaisseur (mi- crons) 53 Masse volumique (cm 3/g) 1,49 Carbonate de calcium (%) 33 SS-TPM (mg/ci- garette) 24 Durée de combus- tion (mn/4 Omm) 11,2 0,99 11,8 - T A B L E A U I 1,45 13,5 ,3 1,55 12,7 8,4 ,3 1,09 16,1 ,2 ,3 1,44 ,5 9,2 ,5 1,37 113, 12, 8 r.> Ln 4- ru Ln co 11 - Exemples PROPRIETES DU PAPIER Perméabilité (cm/mn) Grammage du papier de base (g/m 2) Epaisseur (microns) Masse volumique (cm 3/g) Carbonate de calcium (%) Produit chimique Citrate de potas- sium (%) Carbonate de potas- sium (%) Métal alcalin (mg par g du papier de base) COURANT PRINCIPAL Nombre de bouffées DPM mg/Cigarette ,8 1,45 1,0 3,8 9,2 29,7 TABLEAU II 11 36,0 1,44 ,3 58,1 7,3 26,9 36,8 1 47 1,0 3,8 8,7 24,0 ,0 1,60 ,3 58,1 6,9 19,8 42,6 1, 70 ,3 1,61 1,0 O 53,8 1,49 1,51 ,3 0,68 ,4 3,8 8,3 18,9 58,1 7,6 18,0 58,1 ra Ln Ln oo * I __ Exemples COURA Ni T AUXILIAIRE Vitesse de combustion (MM/Mn) SS-TPM (mg/ Ciga- rette) 3,3 22, O 12 - T A B LEAU Il:(uie il 4,4 , 5 3, 8 22, 5 , 2 17, 5 4, 3 23, O , 3 17, 5 4, O 24, O 4, 4 12, 6 -41 13 - REVENDICATIONS 1 ) Matière destinée à servir comme envelop- pe pour articles de fumeurs, comprenant une feuille de base cellulosique qui contient environ 10 à 50 % en poids d'une char- ge minérale, caractérisée en ce qu'elle contient un sel de métal alcalin équivalent à au moins 23 mg environ de métal alcalin par gramme de la feuille de base. ) Matière selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le sel est choisi dans le groupe comprenant les sels de sodium et de potassium des acides carbonique, formi- quelacétique, propionique, malique, lactique, glycolique, citri- que,tartrique, fumarique, oxalique, malonique, nitrique et-phos- phorique. 3 ) Matière selon la revendication 2, carac- térisée en ce que le sel est choisi dans le groupe comprenant le citrate de sodium et le citrate de potassium. 4 ) Matière selon la revendication 3, carac- térisée en ce que le sel de métal alcalin est présent en une quantité équivalente à au moins 46 mg environ de métal alcalin par gramme de térisée en ce bres de lin. térisée en ce cium. térisée pouvant en ce aller térisée en ce la feuille de base. 0) Matière selon la revendication 3, carac- que la feuille de base est confectionnée en fi- 6 ) Matière selon la revendication 5, carac- que la charge minérale est le carbonate de cal- 7 ) Matière selon la revendication 1, carac- que la feuille de base présente une perméabilité jusqu'à 10 cm/minute. 8 ) Matière selon la revendication 1, carac- que la feuille de base présente une masse volumi- que d'au moins 1,3 cm 3/g environ. 9 ) Matière selon l'ensemble des revendica- tions 1,5,6,7 et 8, caractérisée en ce qu'elle contient un sel métallique de sodium et de potassium équivalent à une quantité d'au moins 46 mg environ de métal alcalin par gramme de la feuil le de base. 14 - ) Matière selon la revendication 4, carac- térisée en ce que le sel de métal alcalin est contenu à raison d'environ 61 mg de métal alcalin par gramme de la feuille de base. 11 ) Procédé de production d'une matière des- tinée à servir d'enveloppe pour articles de fumeurs par trai- tement d'une feuille de base cellulosique qui contient environ à 50 % en poids d'une charge minérale, caractérisé en ce que ledit traitement ajoute à la feuille de base une quantité de sel de métal alcalin équivalente à au moins 23 mg de métal alcalin par gramme de la feuille de base environ. ) Procédé selon la revendication 11, carac- térisé en ce que le sel est choisi parmi les sels de sodium et de potassium des acides carbonique, formique, acétique, propio- nique, malique, lactique, glycolique, citrique, tartrique, fuma- rique, oxalique, malonique, nitrique et phosphorique. ) Procédé selon larevendication 12, carac- térisé en ce que le sel est le citrate de sodium ou le citrate de potassium. 140) Procédé selon la revendication 13, carac- térisé en ce que le sel est contenu dans la matière résultante en une quantité équivalente à au moins 46 mg environ de métal alcalin par gramme de la feuille de base. ) Procédé selon la revendication 13, carac- -térisé en ce que la feuille de base est en fibres de lin. ) Procédé selon la revendication 15, carac- térisé en ce que la charge minérale est le carbonate de cal- cium. ) Procédé selon la revendication 11, carac- térisé en ce que la feuille de base présente une perméabilité jusqu'à 10 cm/minute environ. ) Procédé selon la revendication 11, carac- térisé en ce que la feuille de base présente une masse volumique d'au moins 1,3 cm 3/g environ. 2542581 -15 - ) Procédé selon l'ensemble des revendica- tions 11 et 16 à 18, caractérisé en ce que le traitement ajoute à la feuille de base un sel métallique de sodium ou de potassium en une quantité équivalente à au moins 46 mg environ de métal alcalin par gramme de la feuille de base. ) Procédé selon la revendication 14, carac- térisé en ce que le sel de métal alcalin est contenu à raison d'environ 61 mg de métal alcalin par gramme de la feuille de base.