СПОСОБ ПЕЧАТАНИЯ ДЛЯ ОБЕРТОЧНОЙ БУМАГИ С РИСУНКОМ
PRINTING METHOD FOR WRAPPING PAPER WITH PATTERN

Область техники, к которой относится изобретение
Это изобретение относится в основном к способу изготовления сигаретной оберточной бумаги, имеющей нанесенный рисунок из материала добавки. Более конкретно, изобретение относится к способу изготовления сигаретной оберточной бумаги со специально приготовленным материалом окисленного крахмала.
Сущность изобретения
Сигаретная оберточная бумага может быть сформирована с рисунком из материала добавки для уменьшения характеристик риска возгорания курительного изделия, сформированного с использованием оберточной бумаги. Уменьшенные характеристики риска возгорания отражают пониженную способность курительного изделия к воспламенению подложки, когда тлеющее курительное изделие оставляется случайно без надзора на подложке.
Согласно этому изобретению заданный рисунок материала добавки, содержащей водный раствор крахмала, может быть нанесен на ленту основы оберточной бумаги. Заданный рисунок может содержать множество поперечных полос, множество продольных полос, двумерную матрицу обработанных участков или любой другой подходящий рисунок. Предпочтительно заданный рисунок может быть нанесен с использованием такого способа печатания, как глубокая печать, офсетная печать, струйная печать, распыление и матричная печать или что-то подобное. Наиболее предпочтительно может использоваться глубокая печать.
-2
Для повышения характеристик риска возгорания курительного изделия, сформированного из оберточной бумаги, рисунок предпочтительно наносится с помощью печатного раствора, содержащего окисленный крахмал. Предпочтительные характеристики печатания могут быть достигнуты при использовании водного раствора крахмала, имеющего вязкость при комнатной температуре не более примерно чем 50 мПа/сек (сантипуаз, сП) и приготовленного из частиц, имеющих размер в пределах примерно от 4 микрон примерно до 40 микрон в сухом состоянии, и примерно от 90% частиц, имеющих размеры в пределах примерно от 10 микрон примерно до 100 микрон в мокром состоянии. Кроме того, также желательно, чтобы раствор крахмала был слегка кислотным с pH в пределах примерно от 6 примерно до 6,5. Крахмал, применяемый для печатного раствора, предпочтительно может смешиваться с водой для формирования печатного раствора, имеющего концентрацию крахмала примерно от 20% примерно до 24% (массовых). Другими предпочтительными характеристиками печатного раствора является относительно высокое поверхностное натяжение, например порядка 6,5·10Н/м (65 дин/сантиметр) или более.
При желании печатный раствор может наноситься на ленту основы в два или более слоя. Эти слои могут совмещаться вертикально друг с другом, со сдвигом один по отношению к другому, имея части, расположенные друг от друга на некотором расстоянии, и тому подобное. Кроме того, при желании общепринятый наполнитель, такой как карбонат кальция, может добавляться в один или более слоев.
Краткое описание чертежей
Множество целей и преимуществ этого изобретения будут очевидными специалистам в данной области при прочтении этого описания вместе с прилагаемыми чертежами, где сходные ссылочные номера применяются к сходным элементам и где:
Фиг.1 представляет собой схематический вид глубокого способа печатания;
Фиг.2 представляет собой схематический вид оберточной бумаги, имеющей поперечно надпечатанные области;
Фиг.3 представляет собой схематический вид оберточной бумаги, имеющей продольно надпечатанные области;
Фиг.4 представляет собой схематический вид оберточной бумаги, имеющей двумерный рисунок;
Фиг.5 вид в разрезе многослойной печатной области; и
Фиг.6 представляет собой общий вид курительного изделия, имеющего табачный стержень, сконструированный с помощью оберточной бумаги, описанной здесь.
Подробное описание
Как правило, заданный рисунок материала добавки может наноситься на ленту основы оберточной бумаги для достижения повышенных характеристик риска возгорания ("IP"), а также для достижения повышенных характеристик самогашения ("SE"). Риск возгорания представляет собой стандартное испытание, проводимое согласно ASTM E 2187-04, "Standard Test Method for Measuring the Ignition Strength of Smoking Articles", который включается сюда во всей своей полноте в качестве ссылки. Риск возгорания измеряет вероятность того, что курительное изделие в случаях, когда оно располагается на подложке, будет производить достаточное количество тепла для поддержания постоянного горения табачного стержня. Являются желательными низкие значения IP, поскольку такие значения коррелируют с пониженной вероятностью того, что тлеющее курительное изделие вызовет горение в расположенной под ним подложке.
Кроме того, заданный рисунок материала добавки обычно наносится на ленту основы, имеющую проницаемость, находящуюся в пределах примерно от 20 примерно до 80 единиц CORESTA. В сухом состоянии материал добавки часто формирует пленку на ленте основы, которая является эффективной при локальном уменьшении проницаемости до значений, находящихся в пределах от 0 примерно до 10 единиц CORESTA. В некоторых применениях материал добавки наносится как водный раствор, содержащий крахмал.
Неожиданно было обнаружено, что обычные характеристики материала крахмала формируют заданные рисунки, которые дают очень низкие значения риска возгорания, когда на курительных изделиях формируется бумажная основа, на которую наносится рисунок. Еще более неожиданным был тот факт, что в пределах стандартных спецификаций для некоторых хорошо известных материалов крахмала различия между различными загрузками могут влиять на риск возгорания для получаемых курительных изделий. В качестве примера, спецификации окисленного крахмала тапиоки, коммерчески предлагаемого National Starch & Chemical Co. как Flo-Max 8, показывают в 1% растворе значение pH, находящееся в пределах от 4,5 до 6,5, с частицами, имеющими молекулярные массы выше 10000. Неожиданно, когда заданный рисунок был нанесен на ленту основы с помощью загрузки Flo-Max 8, имеющей pH в пределах примерно от 6 примерно до 6,5, риск возгорания, как обнаружено, был намного выше по сравнению с другими загрузками Flo-Max 8, для которых pH был меньше примерно чем 6, но все еще в пределах спецификаций производителя.
Различные взаимные балансировки или компромиссы должны осуществляться при выборе параметров крахмала для использования в пленках для нанесения на оберточную бумагу. Например, поскольку большая молекулярная масса крахмала может вызывать понижение эффективной проницаемости, такие крахмалы с большой молекулярной массой должны использоваться при низких концентрациях, что приводит к получению раствора, имеющего очень высокое содержание влаги. Но пленки с высоким содержанием влаги намного сложнее эффективно сушить на пористой оберточной бумаге. Кроме того, было обнаружено, что поверхностное натяжение раствора крахмала порождает удерживание маленьких пузырьков воздуха - низкое поверхностное натяжение позволяет меньшим пузырькам оставаться в растворе, в то время как высокое поверхностное натяжение заставляет пузырьки скапливаться и отделяться от раствора, давая более однородный и стойкий материал для нанесения на оберточную бумагу.
Хотя это не является полностью понятным, предпочтительный диапазон pH окисленного крахмала, как предполагается, отражает меньшую - или менее законченную - степень окисления полимерных цепей крахмала, дающих более длинные полимерные цепи, чем более кислые (то есть имеющие меньшие pH) крахмалы. Кроме того, более длинные полимерные цепи приводят к получению раствора, имеющего более высокую вязкость. Более высокая вязкость раствора крахмала соответствует лучшему контролю при нанесении на оберточную бумагу в ходе способа печатания.
-2
На основе этих знаний было обнаружено, что заметное улучшение риска возгорания для оберточной бумаги с рисунком происходит для растворов крахмала, имеющих конкретные и улучшенные характеристики. Эти характеристики для водного раствора, содержащего окисленный крахмал, включают в себя pH в пределах примерно от 6 примерно до 6,5; поверхностное натяжение не менее примерно чем 6,5·10Н/м (65 дин/сантиметр); вязкость при комнатной температуре не более примерно чем 50 мПа/сек и распределение частиц по размерам в пределах от 4 микрон до 40 микрон для частиц в сухом состоянии, при этом размеры примерно 90% частиц также находятся в пределах примерно от 10 микрон примерно до 100 микрон во влажном состоянии. Кроме того, частицы предпочтительно имеют такую молекулярную массу, чтобы раствор мог иметь концентрации крахмала в пределах примерно от 20% примерно до 24%. Предпочтительно крахмал включает в себя окисленный крахмал тапиоки.
Водные растворы крахмалов, используемые для нанесения на ленту основы или на оберточную бумагу, обычно приготавливают посредством получения смеси крахмал/вода путем смешивания сначала желаемой массы порошка сухого крахмала с желаемой массой воды при комнатной температуре (то есть примерно от 15°C примерно до 25°C) для получения смеси крахмал/вода, имеющей предварительно заданную концентрацию. Например, для того чтобы приготовить раствор крахмал/вода с предварительно заданной концентрацией 20%, 20 частей массовых крахмала смешиваются с 80 частями массовыми воды. Затем раствор крахмал/вода подогревается до повышенной температуры, не доводя до кипения, в пределах примерно от 90°C примерно до 95°C - то есть ниже температуры кипения. Раствор крахмал/вода содержится при повышенной температуре в течение примерно от 20 примерно до 30 минут для термической пропитки. Затем раствор крахмал/вода остывает до комнатной температуры. Эта стадия охлаждения может происходить пассивно, например с помощью естественных способов передачи тепла; или стадия охлаждения может быть активной (или вынужденной), такой как погружение в охлаждающую ванну или использование традиционной механической охлаждающей системы. На стадии смешивания, стадии нагрева, стадии термической пропитки и стадии охлаждения смесь крахмал/вода перемешивается. Смешивание может быть продолжительным или по существу продолжительным. Если добавочные компоненты, такие как карбонат кальция, добавляются в раствор крахмал/вода, эти компоненты должны добавляться после того, как раствор крахмал/вода вернется к комнатной температуре после стадии термической пропитки.
Водные растворы крахмалов, имеющие указанные выше характеристики и приготовленные описанным выше способом, могут наноситься на ленту основы с использованием множества технологий печатания, включая, для примера и без ограничения, группу, содержащую глубокую печать, офсетную печать, струйную печать, распыление и матричную печать. Другие способы печатания также могут быть пригодными для использования и, как предполагается, находятся в пределах концепции настоящего описания. Предпочтительно, однако, для нанесения раствора крахмала на ленту основы для получения оберточной бумаги с рисунком может использоваться глубокая печать.
Например (см. Фиг.1), ленту основы оберточной бумаги 10 можно подавать из бобины 12 в систему глубокой печати 14, где заданный рисунок раствора крахмала, полученный в соответствии с указанным выше описанием, наносится на ленту основы 10. Лента основы 10 с только что нанесенным заданным рисунком собирается на сборочной бобине 16. На других обычных стадиях бобина 16 оберточной бумаги с рисунком может использоваться для формирования табачных стержней для использования при изготовлении курительных изделий, таких как сигареты.
Система глубокой печати 14 может включать в себя одну, две, три или более операций печатания 14a, 14b, 14c. Так как эти операции по существу одинаковы, будет достаточно описать подробности одной из них, понимая, что и остальные имеют соответствующие детали. Раствор крахмала, описанный выше, может подаваться в резервуар 20, из которого он закачивается или каким-либо другим способом подается на валец глубокой печати 22, имеющий поверхность с рисунком. Этот валец 22 вращается в ванне с раствором крахмала. При вращении вальца глубокой печати 22 раствор крахмала снимается ровным слоем с поверхности вальца с помощью узла лезвия дозирования 23 таким образом, чтобы валец глубокой печати 22 вступал в контакт с лентой основы 10 в зоне контакта между вальцом глубокой печати 22 и упруго установленным напротив опорным валиком 24, раствор крахмала переводится на ленту основы с помощью структуры с рисунком на поверхности вальца глубокой печати 22.
После необходимой сушки ленту основы 10 можно подавать на одну или более операций печатания 14b, 14c, где один или более дополнительных слоев материала крахмала с одним и тем же или с разными заданными рисунками могут наноситься на ленту основы 10. При желании материал крахмала при последующих операциях печатания может содержать другие компоненты, например карбонат кальция. Кроме того, при необходимости раствор крахмала, содержащий карбонат кальция, мог бы наноситься при первой печатной операции 14a, хотя раствор крахмала без карбоната кальция может наноситься при второй или при последующих операциях печатания 14b, 14c. Лента основы 10 (см. Фиг.2) обычно имеет поперечное, или уточное, направление (показано стрелкой 30), а также продольное направление (показано стрелкой 32). Заданный рисунок материала добавки может содержать множество поперечно ориентированных, в основном параллельных, областей или полос 34. Эти полосы могут быть расположены одинаково по длине основной ленты 10 или могут располагаться в виде повторяющихся рисунков, разделенных некоторым пространством, соотносящимся с длинной табачного стержня и с получением законченной сигареты.
Альтернативно, лента основы 10 может содержать заданный рисунок, такой как одна или несколько продольно простирающихся областей или полос 36 (см. Фиг.3) материала добавки. Если необходимо, заданный рисунок может также содержать двумерную группу участков 38 (см. Фиг.4) материала добавки, расположенных вдоль и/или поперек ленты основы 10.
Кроме того, как указывалось выше, материал добавки может наноситься на два или более слоев 40, 42 (см. Фиг.5). Если это необходимо, слои могут полностью совмещаться и совпадать друг с другом. Альтернативно, верхний слой 42 может быть разделен или разрезан на две части 42a, 42b, каждая из которых накладывается на первый, или нижний, слой 40 так, что существует некоторое пространство между двумя частями 42a, 42b. Это пространство может простираться вдоль или поперек ленты основы 10. В качестве дополнительной альтернативы, внешний слой 42 может накладываться на нижний слой 40, но не совпадать с ним полностью.
Курительное изделие (см. Фиг.6) содержит табачный стержень 205 и фильтр 207, которые соединяются друг с другом ободковой бумагой 209. Табачный стержень 205 содержит оберточную бумагу 210, которая сконструирована согласно настоящей концепции.
Когда слово “примерно” используется в данной спецификации по отношению к численному значению, подразумевается, что соответствующее численное значение содержит допуск ±10% около указанного численного значения. Кроме того, когда в данной спецификации упоминаются проценты, подразумевается, что эти проценты являются массовыми, то есть представляют собой массовые проценты.
Будет очевидным, что в настоящем описании новый, улучшенный и неочевидный способ изготовления оберточной бумаги с рисунком описывается достаточно подробно для его понимания специалистами в данной области. Кроме того, специалистам в данной области понятно, что имеются многочисленные модификации, варианты, замены и эквиваленты признаков настоящего изобретения, которые не отклоняются существенно от духа и рамок настоящего изобретения. Соответственно, предполагается в явном виде, что все такие модификации, варианты, замены и эквиваленты, которые соответствуют духу изобретения и попадают в его рамки, как определяется прилагаемой формулой изобретения, должны охватываться прилагаемой формулой изобретения.