Brevet FR2604342A1 — publié le 19880401

"Enveloppe pour articles à fumer s'éteignant d'eux-mêmes et ayant une tendance réduite à l'inflammation". La présente invention est relative aux enveloppes pour les articles à fumer, tels que les cigarettes, et en particulier aux enveloppes qui diminuent la tendance des cigarettes, à provoquer l'inflammation des surfaces qui rentrent en contact avec la cigarette allumée. On a signalé des cas d'incendie attribués à des cigarettes en combustion venant en contact avec des matériaux combustibles. Ces incidents ont rendu intéressant le fait de réduire la tendance des cigarettes à enflammer par contact les surfaces et les matériaux du mobilier, de la literie et analogues. A cet égard, une propriété des cigarettes qui est évidemment souhaitable, consiste en ce qu'elles s'éteignent elles-mêmes si on les abandonne pendant un certain temps que ce soit dans un cendrier ou à l'air libre. Puisqu'il est reconnu par l'homme de l'art que la nature de l'enveloppe de la cigarette influence fortement le comportement de la cigarette au cours de la combustion spontanée, une modification de l'enveloppe pour obtenir ces résultats souhaités, serait très avantageuse. En particulier, une enveloppe qui parviendrait à cela sans effet nuisible important sur les propriétés et les caractéristiques de fumage souhaité, serait particulièrement avantageuse. La présente invention se rapporte à de telles enveloppes et à des articles à fumer perfectionnés utilisant ces 3C enveloppes. De plus, on a cherché à réduire la tendance des cigarettes à enflammer le tissu d'ameublement, la literie et analogues. Un effort considérable a été effectué pour apporter des modifications aux papiers à cigarette afin de réduire les risques d'incendie, en élaborant des enveloppes non combustibles, comme cela est décrit par exemple dans le brevet US-A-4.044.778 de Cohn du 30 août 1977. On sait également, comme par exemple dans le brevet US-A-4.231.377 de Cline du 4 novembre 1980, traiter des enveloppes classiques avec des adjuvants chimiques, tels que des citrates de métal alcalin pour maîtriser les propriétés de combustion. On sait en outre, comme cela est décrit dans la demande de brevet américain n'USSN 334 120 parallèle et cédée au même cessionnaire, déposée le 24 décembre 1981, que l'addition de quantités importantes d'additifs favorisant la combustion du papier à cigarette, conduit à une diminution de l'émission de fumée latérale. Les cigarettes fabriquées avec ces papiers ne possèdent toutefois normalement pas de propriétés d'auto-extinction. De plus, la demande de brevet américain n'USSN 627 711 parallèle et cédée au même cessionnaire déposée le 11 juillet 1984, décrit des enveloppes réalisées avec des types de papier particulièrement adaptés et sur lesquels on a appliqué selon un certain dessin, des compositions favorisant la combustion, ceci permet d'obtenir des cigarettes qui s'éteignent elles- mêmes en un temps prédéterminé si on ne les utilise pas. Ces cigarettes nécessitent toutefois des enveloppes de cigarette qui ne sont pas classiques ainsi que des additifs chimiques supplémentaires qui peuvent altérer le goût. Le brevet US-A-1 555 320 de Weil du 20 septembre 1925 décrit une cigarette comportant au moins une bande de feuille de tabac ou de papier traité pour provoquer l'extinction de la cigarette quand elle est jetée. Dans d'autres documents, on met en oeuvre des bandes de papier ou de carton suivant diverses dispositions comme cela est décrit dans les brevets US-A- 2.666.437 de Lattog du 19 janvier 1954, 2.335.432 de Millet du 30 novembre 1943 et 1.581.451 de Knapp du 20 avril 1926. En résumé, il reste souhaitable de préparer des enveloppes pour cigarettes et analogues qui permettent d'obtenir une cigarette ayant une tendance réduite à enflammer des substrats, ainsi qu'une cigarette qui s'éteint elle-même de manière fiable dans l'air après combustion pendant une période déterminée et ajustée. On souhaite en outre préparer de telles enveloppes atteignant ces buts en utilisant des matériaux classiques et sans engendrer d'effets nuisibles importants sur les propriétés de fumage requises. La présente invention se rapporte aux enveloppes pour les articles à fumer, tels que les cigarettes, qui réduisent la tendance à l'inflammation, ou qui si on le souhaite, peuvent être réalisées de telle façon qu'elles confèrent de manière fiable des propriétés d'autoextinction ajustées à ces cigarettes même lorsqu'elles brûlent librement dans l'air. Conformément à la présente invention, on obtient ce résultat avec une enveloppe d'article à fumer qui comprend une feuille à base de fibres de cellulose brûlant normalement, et au 1^ moins une bande périphérique de feuille à base de fibres de cellulose qui ne brûle normalement pas dans un article à fumer. Ces articles à fumer ont de manière inhérente une tendance réduite à enflammer des surfaces ou des articles avec lesquels ils viennent en contact, par exemple par chute accidentelle ou analogue. Les articles à fumer comportant les enveloppes de la présente invention apportent tous ces avantages sans accroître de manière notable le quantité de fumée fournie. Le choix de la largeur de la bande et de la porosité inhérente, permet d'obtenir un article à fumer s'éteignant de lui- même. Conformément à la présente invention, les enveloppes et les articles à fumer peuvent être blancs, opaques et posséder un aspect attrayant, ils sont bien adaptés aux machines à confectionner les cigarettes à vitesse élevée, et ils ne nécessitent aucun ingrédient nouveau ou non expérimenté. Conformément aux modes de réalisation préférés de la présente invention, le matériau de bande cellulosique correspond à un type défini par un "indice de mode de combustion" (BMI), qui est défini ci-dessous et qui est une mesure directe de l'aptitude du papier à cigarette à donner lieu à la combustion continue d'une cigarette disposée dans l'air. Les cigarettes réduisant la tendance à l'inflammation sont réalisées en entourant un boudin de tabac avec une enveloppe pour articles à fumer, caractérisée en ce qu'elle comprend une feuille de base en papier de fibres cellulosiques brûlant normalement et comportant au moins une bande d'une largeur d'environ 2 à mm, et de préférence plusieurs - bandes, ladite enveloppe ayant un BMI inhérent au niveau de la ou de chaque bande d'environ 0 à 4 cm-1. De préférence on utilisera une enveloppe dont le BMI inhérent est d'environ 0 à 2 cm-1 et dont la largeur de bande est d'environ 6 à 20 mm. 2b Lesdites bandes de papier de fibres cellulosiques peuvent contenir une quantité réduite de charge. La présente invention va être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 illustre l'appareil pour la détermination de l'indice de mode de combustion; La figure 2 illustre une feuille de papier à cigarettes munie de bandes conformément à un mode de réalisation de la présente invention; La figure 3 est une vue en coupe de la feuille de la figure 2, prise suivant la ligne 3-3; et La figure 4 illustre une cigarette fabriquée avec l'enveloppe de la présente invention, illustrant les zones représentatives à bande et sans bande. Bien que la présente invention va être décrite en se référant à des modes de réalisation préférés, on comprendra qu'elle ne se limite pas à ceux- ci. Au contraire, d'autres variantes et modifications sont envisageables sans pour cela sortir du cadre de la présente invention tel qu'elle est définie dans les revendications annexées. Dans la description qui suit, on a utilisé certains tests qui ont été effectués conformément aux procédés décrits ci-après. Le test du BMI est basé sur la découverte du fait que la résistance de l'enveloppe au passage d'un courant électrique quand le papier est immergé dans une solution non aqueuse d'un électrolyte et quand il est disposé entre deux électrodes, est en très bonne corrélation avec l'aptitude qu'a le papier à supporter la combustion d'une cigarette. Le rapport de la résistivité intrinsèque de la solution d'électrolyte (ohm. cm) par j rapport au produit de la résistance électrique du papier (ohm) et de la surface du papier en contact avec chacune des électrodes (cm2), est défini comme étant l'indice de mode de combustion (BMI). Cette résistance électrique a été mesurée sous la forme d'une résistance en série avec un pont d'impédances de modèle 1658 fabriqué par GenRad Corporation, en utilisant une tension alternative à une fréquence de 1 kHz appliquée entre les électrodes. La cellule d'essai est illustrée sur la figure 1. Ainsi que cela est illustré, un récipient en verre 50 contient un électrolyte 52, par exemple une solution à 0,5 M de chlorure de tétraéthylammonium dans de la butyrolactone. 6 2604342 Une électrode inférieure 54 ayant un diamètre de par exemple 7,6 cm, supporte un échantillon de papier 56 sur lequel est disposée une électrode supérieure 57 ayant un diamètre de par exemple environ 1,4 cm, et entourée par un support non conducteur 59 par exemple en Teflon (polytétrafluoroéthylène). Les électrodes sont reliées par des conducteurs 58 par l'intermédiaire d'un pont d'impédance 60 procurant un courant alternatif d'une fréquence de 1 kHz. Les électrodes peuvent être par exemple des cylindres de laiton revêtus d'or. Le BMI est déterminé en divisant la résistivité intrinsèque de la solution par le produit de la résistance mesurée et de la surface du papier en contact avec les deux électrodes (dans le cas décrit, la surface est égale à 1,6 cm2). Les résultats de la mesure de la tendance à l'inflammation ont été obtenus en allumant une cigarette, en la laissant se consumer dans l'air jusqu'à ce que la braise se soit complètement formée et en la plaçant ensuite sur le pli délimité par deux coussins disposés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre. Les coussins étaient destines à simuler l'assise et le dossier d'un meuble, tel que des sofas et des chaises. Cet essai est analogue à celui utilisé par le "Upholstered Furniture Action Committee (UFAC). Chaque 2 coussin a été réalisé en enveloppant une pièce de flanelle de coton standard de classe II (UFAC) ayant un poids surfacique de 0,46 kg/m2 (13,5 oz/yd2), autour d'un coussin en mousse de polyuréthanne non chargée (sans traitement de retardement d'inflammation) avec une masse volumique de 16 kg/m3 (1 lb/ft3), une épaisseur de ,1 cm, une largeur de 12,7 cm et une longueur de ,3 cm. On a observé l'auto-extinction d'une cigarette ainsi que l'étendue de la carbonisation du tissu. Dans tous ces essais, on a testé une cigarette standard de D 25 mm de circonférence et de 70 mm de longueur pour le 7 2604342 boudin de tabac, réalisée à partir d'un mélange de tabacs américains classiques. On a déterminé le nombre de bouffées confoirmément aux procédés d'essai standards de cigarettes FTC. Les résultats de l'analyse du monoxyde de carbone ont été obtenus par analyse par chromatographie en phase gazeuse de la phase gazeuse de la fumée prélevée au cours d'une bouffée. La fabrication du papier pour envelopper les cigarettes est bien sûr bien connue. Le procédé classique met en oeuvre des étapes de fabrication classiques de couchage en milieu humide, comprenant la dispersion des fibres, la dilution, la disposition sur une toile comportant des perforations, l'extraction de l'eau, le tressage et le séchage. Le composant des fibres pour le papier à cigarette est de préférence du lin, mais d'autres fibres cellulosiques peuvent être utilisées à la place du lin ou en combinaison avec celui-ci. On peut ajouter des charges minérales, telles que du carbonate de calcium précipité, de la chaux broyée, de la kaolinite calcinée, du bioxyde de titane, de la terre de diatomées, du silicoaluminate de sodium, de la silice amorphe, du silicate de calcium et autres, afin d'obtenir par exemple l'aspect et l'opacité attendus. Comme cela est reconnu 2, par l'homme de l'art de la fabrication du papier, les substances minérales possédant différentes distributions granulométriques, formes et masses volumiques peuvent nécessiter la modification de la composition des fibres ou un traitement, tel qu'un raffinage ou un raffinage en 3.0 pile pour obtenir un papier ayant les propriétés requises. Conformément à la présente invention, il est toutefois nécessaire que la réalisation de l'enveloppe à bande soit maintenue dans des limites soigneusement définies de telle façon que les cigarettes 8 2604342 la comportant aient les propriétés de combustion requises dans la ou chaque zone à bande. Afin d'obtenir un degré requis de réduction de la tendance à l'inflammation de l'article & fumer, les matériaux de bande de la présente invention ont un BMI d'environ O à environ 4 cm-1 et de préférence d'environ O à environ 2 cm-1. Par "BMI inhérent", on sous- entend que les résultats d'essai ont été obtenus sans avoir besoin de procéder à un traitement chimique, et ils sont fonction de la composition et/ou de la structure de la feuille. A titre de comparaison, on a obtenu des valeurs d'essai de BMI effectué sur des enveloppes classiques, supérieures à 10 cm-1, et elles sont habituellement supérieures à 15 cm-1. La largeur de bande est d'environ 2 à 20 mm. Afin que l'article à fumer possède des propriétés d'auto-extinction, les matériaux de bande de la présente invention, ont un BMI d'environ O cm-1 à environ 2 cm-1. La largeur de bande est dans ces cas généralement supérieure à environ 6 mm. Puisque l'article à fumer brûle à une vitesse normale entre les bandes, la longueur de l'enveloppe entre les zones à bande varie en fonction de la période de combustion libre requise. Chaque article à 2b fumer comprend cependant au moins une bande. Bien que le papier à cigarette de base peut être classique, il peut contenir de faibles quantités d'un agent de traitement des cendres, tel que du citrate de potassium. En revanche, la quantité de 3-0 l'agent de traitement des cendres doit être inférieure à celle qui permet aux enveloppes de supporter la combustion d'une cigarette malgré la présence des bandes. La fixation des bandes sur l'enveloppe peut être, comme cela a été mentionnée ci-dessus, effectuée sur l'une ou l'autre des surfaces, mais on préfère qu'elles soient disposées sur la face intérieure en regard de la charge de tabac de telle façon que l'aspect de la cigarette soit normal. Les bandes peuvent être fixées à l'enveloppe par des moyens divers, mais la fixation est de préférence obtenue par collage ou par des liaisons hydrogène. On peut utiliser des matériaux adhésifs tels que ceux qui sont classiquement employés pour fixer le papier à cigarette tel que par exemple de l'acétate de polyvinyle. On se référera aux figures 2 et 3 sur lesquelles on a illustré un mode de réalisation du papier d'enveloppe selon la présente invention. Comme cela est illustré, une enveloppe 10 comprend une feuille de base 12 et des parties de bande 14 fixées suivant des intervalles 16. Les cigarettes utilisant l'enveloppe précitée, ont une vitesse et une continuité de combustion libre dans l'air satisfaisantes dans la zone sans bande. Cette combinaison de propriétés exceptionnelles, démontre les résultats inattendus et notablement améliorés qui sont obtenus avec la présente invention. Au contraire, les cigarettes antérieures équipées de bandes avec des zones traitées avec des produits chimiques destinés à rendre les cigarettes incombustibles, ne parviennent pas de manière reproductible à atteindre un équilibre souhaitable de ces propriétés et en outre, les additifs nécessaires altèrent le goût et les caractéristiques. Les avantages de la présente invention comprennent également des quantités normales de goudron fournies et des nombres normaux de bouffées tout en réduisant simultanément la tendance à l'inflammation de substrats combustibles avec les cigarettes. Ceci est remarquable en particulier par comparaison avec les procédés de l'art antérieur, consistant à traiter l'enveloppe brûlant normalement en faisant subir à certaines zones des traitements d'inhibition de la combustion. 2604342 En se référant à la figure 4, on a illustré un article à fumer 18 sous la forme d'une cigarette comprenant un boudin de tabac 20, une enveloppe 22 et des bandes intérieures 24 espacées suivant des intervalles 26. Ainsi, l'enveloppe et l'article à fumer de la présente invention comprenant une enveloppe de base classique sur laquelle sont fixées des bandes de papier au niveau de zones choisies qui ne résistent pas à une combustion, permet une liberté de variation maximum et la maîtrise des caractéristiques de combustion de la cigarette. Il n'y a pas d'augmentation notable de la quantité de fumée fournie ou du nombre de bouffées. L'enveloppe favorise la combustion normale de la cigarette dans l'air etdans des cendriers à l'intérieur de la zone sans bande et une autoextinction fiable, ou au moins une diminution de la tendance à l'inflammation dans la zone à bande. Exemple 1 On a fabriqué un matériau d'enveloppe de cigarette à l'aide d'une machine à papier Fourdrinier classique en utilisant des techniques connues et classiques de raffinage et de formation pour fabriquer des papiers légers. La matière première utilisée était de 2D la pulpe de lin blanchie et cuite de kraft et on a ajouté % de craie. Ce papier avait les caractéristiques suivantes: une perméabilité de 30 cm/mn à 1013 Pa (comme cela est mesuré selon le procédé CORESTA), un grammage de g/m2 et un BMI de 14 cm -1. On a ajouté dans le papier une faible quantité de citrate de potassium, 8 mg de 3-0 citrate de potassium anhydre par gramme de papier de base très sec pour faire office d'agent de traitement des cendres. On a ensuite préparé des bandes de papier ayant un BMI de 0 cm-1 par des techniques analogues à celles du procédé de fabrication de papier classique mentionné ci- dessus, mais sans craie, et on les a collées sur la il 2604342 surface intérieure du papier de base classique. Ces bandes formaient un motif répétitif consistant en bandes d'une longueur de 7 mm et en zones de 15 mm de long du papier de base. En utilisant des techniques de fabrication classiques de cigarettes de taille standard, on a fabriqué des cigarettes sans filtre (25 mm de circonférence, longueur du boudin: 70 mm) avec cette enveloppe et un mélange de tabacs américains standard 3 ayant une masse volumique de 0,265 g/cm3. On a allumé ces cigarettes et on les a laissées brûler librement en étant suspendu dans l'air. Toutes ont brûlé de manière continue dans les zones sans bande, mais elles se sont éteintes d'elles-mêmes au moment o la première bande de papier a été atteinte. Les résultats relatifs au fumage obtenus en fumant une longueur de 43 mm de chaque cigarette, sont illustrés dans le tableau 1. Tableau 1: Quantités de goudron, CO, et C02 fournies par des cigarettes s'éteignant d'elles-mêmes. Témoin Exemple 1 Largeur des zones - 15(base) 7(bande) Perméabilité CORESTA (cm/min) 30 30(base) 0(bande) 2D BMI (cm-) 14 14(base) 0(bande) Masse volumique du mélange de tabac (g/cm) 0,265 0,265 Nombre de bouffées 8,0 8,9 Monoxyde de carbode par cigarette (cm) 11,1 13,6 Bioxyde de carbone par cigarette (cm) 27,2 30,7 Matière particulaire totale par cigarette (mg) 23,6 27,5 Exemple 2 3; On a répété l'exemple 1 avec des bandes d'une largeur différente. La longueur du papier de base entre les bandes a été maintenue constante à 15 mm. Le BMI de la bande était également constant à 0 cm-1. Les résultats sont récapitulés ci-dessous. La diminution de la carbonisation représente la réduction approximative de la surface de tissu carbonisé lorsque la braise se trouve dans la zone & bande. La référence est la surface carbonisée lorsque la braise se trouve dans la zone du papier de base. Si une cigarette s'éteint d'elle-même dans l'essai de simulation sur tissu d'ameublement, il n'y a ensuite aucune carbonisation du tissu et la réduction de la quantité de tissu carbonisé est donc de %. Largeur Auto-extinction Réduction de la de bande(mm) dans l'air(%) carbonisation dans la zone de la bande (%) 2 0 25 3 0 50 50 75 7 100 100 Exemple 3 On a répété l'exemple 1 à l'exception du fait que la largeur de la zone à bande était de 7 et de mm et que le BMI des zones à bande était de 3 cm-1. Aucune des cigarettes ne s'est éteinte d'elle- même. La quantité de tissu carbonisé dans l'essai de simulation sur tissu d'ameublement lorsque la braise se trouvait dans la zone à bande, a été réduite d'environ %. Les articles à fumer comportant les enveloppes de la présente invention apportent tous ces avantages sans accroître de manière notable le quantité de fumée fournie. Le choix de la largeur de la bande et de la porosité inhérente, permet d'obtenir un article à fumer s'éteignant de lui-même. Conformément à la présente invention, les enveloppes et les articles à fumer peuvent 13 2604342 être blancs, opaques et posséder un aspect attrayant, ils sont bien adaptés aux machines à confectionner les cigarettes à vitesse élevée, et ils ne nécessitent aucun ingrédient nouveau ou non expérimenté. Les enveloppes améliorées et l'article à fumer de la présente invention, peuvent être préparés en utilisant des techniques de fabrication de papier et d'impression ou d'enrobage existantes, comme cela apparaîtra à l'homme de l'art. On peut obtenir les caractéristiques de la feuille qui sont nécessaires pour obtenir les valeurs de BMI prescrites pour les modes de réalisation préférés en choisissant les conditions de raffinage des fibres et en ajustant les quantités et les morphologies des charges minérales incorporées dans le papier. La présente invention fournit donc une enveloppe pour articles à fumer et des articles à fumer qui satisfont entièrement les buts et les avantages mentionnés ci-dessus. Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des modes de réalisation particuliers de celle-ci, il est évident que l'on peut apporter des modifications et des variantes sans pour cela sortir du cadre de la présente invention tel qu'il est défini dans les revendications annexées. 2z 14 2604342 REVENDICATIONS 1. Enveloppe (10, 22) pour article à fumer (18), caractérisée en ce qu'elle comprend une feuille de base (12) en papier de fibres cellulosiques brûlant normalement et comportant au moins une bande (14, 24) d'une largeur d'environ 2 à 20 mm, ladite enveloppe ayant un BMI inhérent au niveau de la ou de chaque bande d'environ 0 à environ 4 cm-1. 2. Enveloppe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le BMI inhérent est d'environ 0 à environ 2 cm-1. - 3. Enveloppe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le BMI inhérent est d'environ 2 à environ 4 cm-1. 4. Enveloppe suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la largeur de bande (14, 24) est d'environ 6 à 20 mm. 5. Enveloppe suivant la revendication 1, caractérisee en ce que la largeur de bande (14, 24) est d'environ 2 à environ 6 mnm. 6. Enveloppe suivant la revendication 1 ou 4, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs desdites bandes. 7. Enveloppe suivant la revendication 1 ou 4, caractérisée en ce que lesdites bandes (14, 24) comprennent un papier de fibres cellulosiques contenant une quantité réduite de charges. 8. Article à fumer (18), caractérisé en ce qu'il comprend un boudin (20) de tabac et une enveloppe (10, 22) comprenant une feuille de base (12) de papier de fibres cellulosiques brûlant normalement et comportant au moins une bande (14, 24) d'une largeur d'environ 2 à mm, ladite enveloppe ayant un BMI inhérent au niveau de la ou chaque bande d'environ 0 à environ 4 cm-1. 2604342 9. Article suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le BMI inhérent est d'environ 0 à environ 2 cm-1, et en ce que la largeur de bande est d'environ 6 à environ 20 mm. 10. Article à fumer suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est prévu plusieurs bandes d'un papier contenant une quantité réduite de charges. 11. Article suivant l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la largeur de bande est d'environ 2 à environ 6 mm. 2b