КУРИТЕЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ, ИМЕЮЩЕЕ СОДЕРЖАЩУЮ ЧАСТИЦЫ ОБЕРТКУ
SMOKING DEVICE THAT HAS A PARTICULAR CONTAINING WRAPPING

Данное изобретение относится к оберткам для курительных изделий, содержащим множество агрегированных частиц. Данное изобретение относится также к курительным изделиям, имеющим такую обертку.
Сгораемые курительные изделия, такие как сигареты, обычно содержат резаный табак (обычно в виде резаного наполнителя), окруженный бумажной оберткой, образующей табачный стержень. Для использования сигареты курильщик поджигает один конец сигареты и стержень резаного табака начинает гореть. Затем курильщик принимает вдыхаемый дым в свой рот, затягиваясь на противоположном конце или конце сигареты, подносимом ко рту, который обычно содержит фильтр. Резаный табак может быть табаком одного типа или смесью двух или более типов табака.
Курительные изделия могут содержать одну или более оберток, которые обычно изготовлены из бумаги. Примеры таких оберток включают в себя сигаретную бумагу, которая окружает табачный стержень, и ободковую бумагу, которая крепит фильтр к табачному стержню. Обычно эти обертки имеют белый цвет и видны потребителю. В связи с этим многие потребители привыкли ожидать, что курительные изделия или определенные части курительных изделий визуально сохраняют белый цвет.
В некоторых случаях может быть желательным добавление функционального материала к обертке для курительного изделия таким образом, чтобы этот функциональный материал мог взаимодействовать с дымом, образующимся в результате горения табачного стержня. В качестве примера, в курительные изделия могут быть добавлены частицы оксида железа для уменьшения уровней угарного газа в дыме, вдыхаемом курильщиком. Однако добавление такого функционального материала (который имеет натуральный темный цвет) к оберткам для курительных изделий способно привести к изменению цвета обертки. Это может быть нежелательным для тех потребителей, которые привыкли ожидать, что курительные изделия или определенные части курительных изделий визуально сохраняют белый цвет.
В некоторых случаях, для маскировки этого изменения цвета предлагалось включение второй обертки, которая не содержит никакого функционального материала, вокруг внешней поверхности обертки, содержащей функциональный материал. Однако использование такой дополнительной обертки может оказаться недостаточным для маскировки изменения цвета нижележащей обертки и может привести к новым проблемам, таким как усиленный запах бумаги в дыме курительного изделия с двойной оберткой по сравнению с ожидаемым запахом дыма курительного изделия с единственной оберткой.
Использование функционального материала, такого как частицы катализатора или окислителя, может привести и к другим проблемам, помимо возможного изменения цвета обертки. Например, во время курения труднолетучие или нелетучие продукты горения, такие как смола, могут оседать на частицах функционального материала и эффективно блокировать изначально задуманное взаимодействие частиц функционального материала с дымом.
Таким образом, желательно обеспечить обертку для курительного изделия, которая содержит функциональный материал, но не имеет ни одного из указанных недостатков, обычно присущих таким оберткам.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения обеспечено курительное изделие, имеющее табачный стержень и обертку, расположенную вокруг табачного стержня. Обертка содержит множество агрегированных частиц, каждая из которых содержит частицы функционального материала, отбеливатель и полимерное связующее. Каждая агрегированная частица имеет внутреннюю сердцевину, содержащую по меньшей мере некоторую часть частиц функционального материала. По меньшей мере некоторая часть отбеливателя распределена по внешней поверхности внутренней сердцевины, и полимерное связующее связывает между собой компоненты каждой агрегированной частицы.
Авторы настоящего изобретения показали, что путем обеспечения множества агрегированных частиц, каждая из которых имеет частицы функционального материала в своей внутренней сердцевине и отбеливатель, распределенный по внешней поверхности внутренней сердцевины, обеспечивается возможность по меньшей мере частичного скрытия частиц функционального материала от взгляда пользователя, без чрезмерного воздействия на способность функционального материала к взаимодействию с дымом, создаваемым курительным изделием. Таким образом обеспечивается возможность включения в обертку частиц функционального материала, таких как частицы, содержащие оксид железа, которые обычно имеют натуральный темный цвет, без чрезмерного воздействия на способность функционального материала к взаимодействию с дымом, создаваемым курительным изделием. Кроме того, таким образом может быть устранена необходимость в двойной обертке для курительного изделия и, благодаря этому, предотвращено нежелательное усиление запаха горящей бумаги во время курения и нежелательное усложнение процесса производства данного курительного изделия. Эти и другие преимущества будут очевидны специалистам в данной области после прочтения данного изобретения.
Используемый в данном изобретении термин «функциональный материал» обозначает материал, который улавливает или трансформирует компоненты дыма от курительного изделия или выпускает ароматические материалы в дым, создаваемый курительным изделием. В число таких функциональных материалов входят, например, сорбенты, катализаторы и ароматизаторы.
2
3
Предпочтительно, функциональный материал содержит катализатор или окислитель, который имеет возможность удаления или превращения компонентов вдыхаемого курильщиком дыма во время курения курительного изделия. Например, функциональный материал может содержать оксид металла, такой как оксид железа, оксид меди, диоксид титана или оксид церия. Особо предпочтительный функциональный материал представляет собой частицы, содержащие оксид железа, которые способствуют превращению угарного газа в диоксид углерода или под действием тепла превращаются частицы, которые могут способствовать трансформации угарного газа в диоксид углерода. Примерами таких частиц являются частицы оксида железа (FeO), частицы оксигидроксида железа (FeOOH), аналогичные частицы и комбинации этих частиц.
Предпочтительно, частицы функционального материала имеют средний размер от примерно 0,1 мкм до примерно 6 мкм. Более предпочтительно, частицы функционального материала имеют средний размер от примерно 0,1 мкм до примерно 2 мкм. В одном из предпочтительных вариантов частицы функционального материала имеют средний размер примерно 1 мкм.
3
2
4
Может использоваться любой подходящий отбеливатель согласно идеям, раскрытым в данном изобретении. Например, в число подходящих отбеливателей, которые могут быть связаны с частицами функционального материала посредством полимерного связующего, входят карбонат кальция (CaCO), диоксид титана (TiO), оксид цинка (ZnO), сульфат бария (BaSO), тальк, глина, другие аналогичные отбеливатели и комбинации этих отбеливателей. Тем не менее, предпочтительно, чтобы отбеливатель содержал карбонат кальция. Карбонат кальция хорошо известен и широко используется в производстве оберток для курительных изделий. Следовательно, карбонат кальция является особо предпочтительным отбеливателем для настоящего изобретения, поскольку он может обеспечить агрегированные частицы с такими же или сходными наружными свойствами, что и частицы, обычно используемые в производстве оберток для курительных изделий.
Предпочтительно, отбеливатель обеспечивается в форме наночастиц. Иначе говоря, предпочтительно, чтобы отбеливатель содержал частицы, имеющие средний размер примерно 950 нм или менее. Обычно наночастицы имеют средний размер примерно 1 нм или более. Предпочтительно, наночастицы имеют средний размер от примерно 20 нм до примерно 500 нм. Например, наночастицы могут иметь средний размер от примерно 40 нм до примерно 100 нм, в частности примерно 70 нм. Безотносительно к теории, есть основания полагать, что использование столь малых, наноразмерных частиц отбеливателя повышает вероятность того, что в агрегированных частицах большинство частиц функционального материала будет локализовано во внутренней сердцевине и большинство частиц отбеливателя будет локализовано на поверхности внутренней сердцевины каждой агрегированной частицы.
Предпочтительно, по меньшей мере некоторая часть отбеливателя образует пористое покрытие на внутренней сердцевине каждой агрегированной частицы, так что частицы функционального материала во внутренней сердцевине могут взаимодействовать с компонентами дыма, создаваемого курительным изделием. Примером пористого отбеливателя является карбонат кальция.
Отбеливатель может состоять из частиц отбеливателя, имеющих средний размер менее примерно 30% от среднего размера частиц функционального материала. Предпочтительно, частицы отбеливателя имеют средний размер менее примерно 15% от среднего размера частиц функционального материала, еще более предпочтительно - менее примерно 10% от среднего размера частиц функционального материала. В одном из предпочтительных вариантов частицы отбеливателя имеют средний размер примерно 7% от среднего размера частиц функционального материала. Безотносительно к теории есть основания предполагать, что использование частиц, имеющих подобные отношения размеров, повышает вероятность того, что в агрегированных частицах большинство частиц функционального материала будет локализовано во внутренней сердцевине и большинство частиц отбеливателя будет локализовано на поверхности внутренней сердцевины каждой агрегированной частицы.
Предпочтительно, агрегированные частицы имеют средний размер частиц от примерно 0,5 мкм до примерно 10 мкм. В особо предпочтительных вариантах множество агрегированных частиц имеют средний размер от примерно 1 мкм до примерно 5 мкм, еще более предпочтительно - от примерно 1 мкм до примерно 3 мкм. В одном из предпочтительных вариантов множество агрегированных частиц имеют средний размер примерно 2 мкм. Подобные размеры сравнимы со средним размером частиц стандартного заполнителя, таких как частицы карбоната кальция, который обычно используется в качестве заполняющего материала в производстве оберток для курительных изделий. Таким образом обеспечивается возможность включения множества агрегированных частиц в обертку курительного изделия с использованием известных технологических процессов и оборудования. Следовательно, таким образом дополнительно обеспечивается возможность легкого замещения частиц стандартного заполнителя, таких как частицы карбоната кальция, или их части агрегированными частицами без существенного усложнения технологического процесса производства оберток.
Предпочтительно, агрегированные частицы составляют примерно 10%-40% массы обертки, более предпочтительно - примерно 30% массы обертки. Это соответствует количеству заполняющего материала, обычно используемому для оберток курительных изделий.
Агрегированные частицы могут иметь любое подходящее массовое отношение частиц функционального материала, отбеливателя и полимерного связующего. Если частицы функционального материала представляют собой катализатор или окислитель, массовое отношение частиц функционального материала, отбеливателя и полимерного связующего предпочтительно регулируется таким образом, чтобы обеспечить возможность достаточной функциональной активности частиц функционального материала. Предпочтительно, обеспечивается баланс массового отношения отбеливателя к частицам функционального материала для достижения желаемой белизны при сохранении функциональной активности.
Например, массовое отношение частиц функционального материала к отбеливателю составляет от примерно 1:2 до примерно 1:10. Такие массовые отношения могут быть эффективны, например, для сохранения активности частиц оксида железа. Предпочтительно, массовое отношение частиц функционального материала к отбеливателю составляет от примерно 1:3 до примерно 1:7. Как показано на приведенных ниже примерах, такие массовые отношения могут быть эффективны для сохранения приемлемой активности частиц оксида железа или иных функциональных возможностей иных функциональных материалов, при сохранении приемлемой белизны внешнего вида.
Агрегированные частицы могут иметь массовые отношения частиц функционального материала к полимерному связующему и отбеливателю от примерно 1:1:2 до примерно 1:1:10. Предпочтительно, агрегированные частицы могут иметь массовые отношения частиц функционального материала к полимерному связующему и отбеливателю от примерно 1:1:3 до примерно 1:1:7. Как показано на приведенных ниже примерах, такие массовые отношения могут быть эффективны для сохранения приемлемой активности частиц оксида железа или иных функциональных возможностей иных функциональных материалов, при сохранении приемлемой белизны внешнего вида.
Любое подходящее полимерное связующее может быть использовано для связывания частиц функционального материала и отбеливателя в множество агрегированных частиц. Если частицы функционального материала содержат катализатор или окислитель, например представляют собой частицы, содержащие оксид железа, полимерное связующее предпочтительно разлагается, испаряется или иным образом обнажает предварительно связанный катализатор в результате нагрева при температуре, достигаемой во время курения, но не при температуре, достигаемой во время хранения. Например, полимерное связующее может разлагаться, испаряться или иным образом обнажать предварительно связанный катализатор или окислитель под действием температуры примерно 100°С или выше, но не под действием температуры менее примерно 100°С. Предпочтительно, полимерное связующее разлагается, испаряется или иным образом обнажает предварительно связанный катализатор или окислитель под действием температуры примерно 200°С или выше, но не под действием температуры ниже 200°С. Более предпочтительно, полимерное связующее разлагается, испаряется или иным образом обнажает предварительно связанный катализатор или окислитель под действием температуры примерно 250°С или выше, но не под действием температуры ниже 250°С. Обычно полимерное связующее разлагается, испаряется или иным образом обнажает катализатор или окислитель под действием температуры примерно 500°С или ниже.
Предпочтительно, лишь в результате нагрева агрегированных частиц во время курения катализаторы или окислители оказываются открытыми к области горения курительного изделия. Таким образом ограничивается потенциальная заметность частиц функционального материала только для тех областей, в которых достигаются необходимые температуры во время курения.
Когда полимерное связующее связывает частицы функционального материала, содержащего катализатор, окислитель или другие функциональные материалы, которые желательно подвергнуть действию дыма, полимерное связующее предпочтительно предотвращает или уменьшает осаждение компонентов дыма на частицах и таким образом предотвращает или уменьшает фактическую деактивацию этих частиц из-за осаждения компонентов дыма.
В некоторых вариантах полимерное связующее является проницаемым для дыма, вдыхаемого курильщиком. В этих вариантах нет необходимости в том, чтобы полимерное связующее разлагалось, испарялось или иным образом обнажало частицы функционального материала, в частности когда этот материал является катализатором, окислителем или иным функциональным материалом, при температурах, достигаемых во время курения.
В число примеров полимерных связующих, которые могут быть использованы для связывания частиц функционального материала и отбеливателя в множество агрегированных частиц, входят целлюлозы, крахмалы, полмеры на основе крахмала, воски, поливиниловые спирты, оксиды полиэтилена, полиэстеры, альгинаты, пектины и т.д. Предпочтительно, полимерное связующее представляет собой крахмал или полимеры на основе крахмала. Например, полимерное связующее может представлять собой натуральный картофельный крахмал.
Множество агрегированных частиц могут быть сформированы любым подходящим образом. Например, агрегированные частицы могут быть сформированы путем сушки, растворения или суспендирования частиц функционального материала, отбеливателя, полимерного связующего и любых других компонентов в растворителе или другой подходящей жидкости и последующей сушки для удаления растворителя или жидкости. В этих случаях растворитель или жидкость предпочтительно представляет собой водный растворитель или водную жидкость. Используемый здесь термин «водный» означает содержание воды примерно 50% или более, предпочтительно 75% или более, еще более предпочтительно - 90% или более. Разумеется, могут использоваться также и неводные растворители или жидкости. Например, могут использоваться растворители или жидкости на основе спирта, такие как растворители или жидкости на основе этанола.
Предпочтительно, сушка включает в себя распылительную сушку. Натуральные полимерные связующие, такие как материалы на основе целлюлозы и крахмала, предпочтительно используются в случае применения процессов распылительной сушки.
В предпочтительных вариантах, для формирования агрегированных частиц используется хлопьевидная консистенция исходной суспензии, содержащей частицы функционального материала, отбеливатель, полимерное связующее а также растворитель или жидкость. Можно полагать, что хлопьевидная исходная консистенция приводит к более высокой концентрации отбеливателя на поверхности, чем предварительно гомогенизированная исходная консистенция, что может привести к более высоким концентрациям частиц функционального материала на поверхности.
Агрегированные частицы могут быть нанесены на бумажный компонент курительного изделия любым подходящим образом. Используемый здесь термин «бумажный компонент курительного изделия» включает в себя исходные материалы бумажных компонентов для курительного изделия, такие как бумажные листы или полотнища, до того, как они будут разрезаны для включения в курительное изделие. Бумажные компоненты курительных изделий включают в себя, не ограничиваясь ими, сигаретную бумагу или исходные листы сигаретной бумаги, фицеллу или исходные листы для фицеллы и ободковую бумагу или исходные листы для ободковой бумаги.
В некоторых вариантах агрегированные частицы наносятся в виде покрытия на бумажный компонент курительного изделия. Агрегированные частицы могут быть растворены или суспендированы и затем нанесены в виде покрытия на бумажную основу, которая может представлять собой мокрое или сухое полотнище, путем печати, напыления, накатки или другой подходящей технологии нанесения. Покрытие может быть нанесено на внутреннюю поверхность бумажного компонента, внешнюю поверхность бумажного компонента или на обе этих поверхности бумажного компонента. Предпочтительно, покрытие наносится на внутреннюю поверхность бумажного компонента, в частности в случае, если частицы функционального материала, включенные в агрегированные частицы, представляют собой катализатор. Используемый здесь термин «внутренняя поверхность бумажного компонента» обозначает поверхность бумажного компонента, которая обращена к продольной оси курительного изделия, когда бумажный компонент включен в состав курительного изделия.
Покрытие из агрегированных частиц, нанесенное на бумажный компонент курительного изделия, может иметь любую подходящую толщину. Например, покрытие из агрегированных частиц может иметь толщину от примерно 0,05 мкм до примерно 2 мкм. Предпочтительно, покрытие из агрегированных частиц имеет толщину по меньшей мере примерно 1 мкм.
Предпочтительно, агрегированные частицы включены в бумажный компонент курительного изделия в качестве заполнителя во время процесса производства бумаги. В некоторых вариантах агрегированные частицы замещают часть заполнителя в виде карбоната кальция, обычно используемого в качестве заполнителя в процессе производства бумаги. Размер агрегированных частиц примерно 10 мкм или менее обеспечивает возможность легкого замещения частиц карбоната кальция. Использование наноразмерного отбеливателя, такого как наночастицы карбоната кальция, может способствовать поддержанию среднего размера агрегированных частиц примерно 10 мкм или менее.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечен способ формирования обертки, содержащей множество агрегированных частиц. Этот способ включает в себя шаги, на которых: связывают частицы функционального материала и отбеливателя с помощью полимерного связующего для формирования множества агрегированных частиц, каждая из которых имеет внутреннюю сердцевину, содержащую по меньшей мере часть частиц функционального материала, при этом по меньшей мере некоторая часть отбеливателя распределена на внешней поверхности внутренней сердцевины; и обеспечивают контакт основы обертки курительного изделия с множеством агрегированных частиц.
Согласно третьему аспекту данного изобретения обеспечена обертка для курительного изделия, которая содержит множество агрегированных частиц, каждая из которых, в свою очередь, содержит частицы функционального материала, отбеливатель и полимерное связующее. Каждая агрегированная частица имеет внутреннюю сердцевину, содержащую по меньшей мере некоторую часть частиц функционального материала. По меньшей мере некоторая часть отбеливателя распределена по внешней поверхности внутренней сердцевины и полимерное связующее связывает друг с другом компоненты каждой агрегированной частицы.
Следует понимать, что любой из отличительных признаков, раскрытых выше в отношении первого аспекта данного изобретения, может быть в равной степени применен к вышеуказанным второму и третьему аспектам данного изобретения как по отдельности, так и в комбинации друг с другом.
Следует иметь ввиду, что в некоторых вариантах каждая агрегированная частица может содержать некоторую часть частиц функционального материала вне ее внутренней сердцевины. Тем не менее, каждая такая агрегированная частица содержит меньшее количество частиц функционального материала вне ее внутренней сердцевины, чем количество частиц функционального материала внутри ее внутренней сердцевины.
Следует иметь в виду, что качестве альтернативы или дополнительно, в некоторых вариантах каждая агрегированная частица может содержать некоторое количество отбеливателя внутри ее внутренней сердцевины. Тем не менее предпочтительно, чтобы каждая агрегированная частица содержала меньшее количество отбеливателя внутри ее внутренней сердцевины, чем количество отбеливателя вне ее внутренней сердцевины, например на поверхности ее внутренней сердцевины.
Предпочтительно, обертка, имеющая множество агрегированных частиц, представляет собой белую обертку. Для целей данного изобретения следует иметь ввиду, что термин «белая обертка» обозначает обертку с яркостью примерно 35% или более, определяемой способом по ISO 2470-1:2009: «Бумага, картон и пульпа -- Измерение коэффициента диффузного отражения в синей области спектра - Часть1: В помещении в условиях естественного освещения (яркость по ISO).» Предпочтительно, обертка имеет яркость по ISO примерно 40% или более. Более предпочтительно, обертка имеет яркость по ISO примерно 45% или более. Еще более предпочтительно, обертка имеет яркость по ISO примерно 50% или более. Обычно обертка имеет яркость по ISO порядка 90% или более.
Все научные и технические термины, используемые в данной заявке, имеют значения, обычно используемые в данной области техники, если не указано иное. Приводимые ниже определения предназначены для облегчения понимания некоторых терминов, часто используемых в данной заявке.
Используемые в данной заявке формы единственного числа включают варианты осуществления, имеющие ссылки на множественное число, если из содержания явно не следует иное.
Используемый в данной заявке союз «или» обычно используется в значении, включающем «и/или», если из содержания явно не следует иное. Термин «и/или» означает один или все из перечисленных элементов или комбинацию любых двух или нескольких перечисленных элементов.
Используемые в данной заявке термины «иметь», «имеющий», «включать», «включающий», «содержать», «содержащий» или тому подобное используются в своем широком смысле и в целом означают «включая, но не ограничиваясь». Следует понимать, что термины «состоящий по существу из», «состоящий из» и т.п. относятся к категории «содержащий» и т.п.
Используемый в данной заявке термин «размер частиц» относится к наибольшему размеру поперечного сечения отдельной частицы в составе зернистого материала. Термин «средний размер частиц» относится к среднему арифметическому размеру частиц. Фактическое распределение частиц по размеру в образце зернистого материала может быть определено с использованием известного гранулометрического (ситового) анализа.
Слова «предпочтительный» и «предпочтительно» относятся к вариантам осуществления изобретения, которые могут дать определенные преимущества при определенных обстоятельствах. Тем не менее, другие варианты осуществления могут также быть предпочтительными при тех же или других обстоятельствах. Кроме того, перечисление одного или нескольких предпочтительных вариантов осуществления не подразумевает, что другие варианты осуществления не являются пригодными, и не предназначено для исключения других вариантов осуществления из объема изобретения, включая формулу изобретения.
Любая композиция или частица, описанная в данной заявке, содержит любой гидрат, сольват или полиморф этой композиции или частицы. Например, используемый в данной заявке термин «оксигидроксид железа» содержит гидратированную и негидратированную формы оксигидроксида железа.
На фиг. 1 приведен схематический вид в перспективе варианта осуществления курительного изделия, содержащего маркировку. Курительное изделие, изображенное на фиг. 1, иллюстрирует вариант осуществления курительного изделия или компонентов курительного изделия, описанных выше. На фиг. 2 приведен схематический чертеж агрегированной частицы, описанной выше. Графические материалы не обязательно выполнены в масштабе и представлены для целей иллюстрации, а не ограничения. На графических материалах изображены различные аспекты, описанные в данном изобретении. Тем не менее, следует понимать, что другие аспекты, не изображенные на графических материалах, попадают в рамки объема и сущности настоящего изобретения.
На фиг. 1 изображено частично развернутое курительное изделие 10, в данном случае сигарета. Курительное изделие 10 содержит табачный стержень 20 и фильтр 30 на конце, подносимом ко рту. Изображенное курительное изделие 10 содержит обертки в качестве бумажных компонентов, в число которых входят фицелла 60, сигаретная бумага 40 и ободковая бумага 50, на которую могут быть нанесены агрегированные частицы, описанные выше. В изображенном варианте фицелла 60 окружает по меньшей мере часть фильтра 30. Сигаретная бумага 40 окружает по меньшей мере часть стержня 20. Ободковая бумага 50 или другая подходящая обертка окружает фицеллу 60 и сигаретную бумагу 40, что в целом известно в данной области техники. Предпочтительно, агрегированные частицы, описанные выше, нанесены на сигаретную бумагу 40, которая обычно является белой.
Фиг. 2 иллюстрирует агрегированную частицу согласно настоящему изобретению. Как можно видеть на фиг. 2, агрегированная частица 70 содержит частицы функционального материала, в данном случае - частицы оксигидроксида железа, 75 во внутренней сердцевине агрегированной частицы 70, и частицы отбеливателя, в данном случае - частицы карбоната кальция 78 на поверхности внутренней сердцевины агрегированной частицы. Хотя это не показано, но полимерное связующее связывает частицы 78 карбоната кальция и частицы 75 оксигидроксида железа в агрегированные частицы.
Неограничительные примеры, иллюстрирующие агрегированные частицы, которые содержат частицы функционального материала и отбеливателя, связанные с помощью полимерного связующего, а также иллюстрирующие включение агрегированных частиц в обертку, такую как сигаретная бумага, в курительном изделии, описаны ниже.
Примеры
3
В приведенных ниже примерах агрегированные частицы содержат частицы оксигидроксида железа (FeOOH) в качестве частиц функционального материала, частицы карбоната кальция (CaCO) в качестве частиц отбеливателя и натуральный картофельный крахмал в качестве полимерного связующего. Специалистам в данной области техники будет понятно, что концепция, показанная в приведенных ниже примерах, может быть легко применена и к другим частицам функционального материала, другим отбеливателям и другим полимерным связующим.
В одном из примеров агрегированные частицы были сформированы путем смешения частиц оксигидроксида железа, частиц карбоната кальция (MULTIFEX –MM, Ultrafine/Nano Uncoated Precipitated Calcium Carbonate (не имеющий покрытия наноразмерный осажденный карбонат кальция от компании Specialty Minerals)) и картофельного крахмала в воде и последующего нанесения путем распыления. Частицы карбоната кальция имели средний размер примерно 70 нм. С целью получения частиц с целевым размером 1-2 мкм, пригодных для включения в агрегированные частицы, осуществлялось измельчение гранулированных и технических сортов частиц оксигидроксида кальция. С этой целью использовались частицы оксигидроксида железа с исходным размерном гранул 30-50 меш. Для очистки гранул FeOOH использовалось сухое и мокрое измельчение, однако предпочтительной является процедура мокрого измельчения. Через 15 минут мокрой измельчающей обработки был получен диаметр d90, равный 1,16 мкм.
Частицы оксигидроксида железа, частицы карбоната кальция и картофельный крахмал были смешаны в различных соотношениях и подвергнуты сушке. Изображения полученных агрегированных частиц показаны на фиг.3; показанные здесь агрегированные частицы получены в результате смешения частиц FeOOH, крахмала и частиц карбоната кальция в массовых отношениях 1:1:1, 1:1:3, 1:1:5 и 1:1:7. Частицы карбоната кальция имели средний размер примерно 70 нм. Частицы FeOOH представляли собой частицы, подвергнутые сухому измельчению и имеющие средний диаметр примерно 1 мкм. Были получены агрегированные частицы с использованием хлопьевидного и гомогенизированного процессов.
Как показано на фиг. 3, повышение количества карбоната кальция привело к повышению белизны частиц. Разумеется, количество карбоната кальция или другого отбеливателя, которое может быть добавлено в смесь, предпочтительно является как можно более низким, чтобы сохранять количественное отношение оксигидроксида железа (или другого функционального материала) к карбонату кальция (или другому отбеливателю) достаточно высоким для сохранения приемлемой функциональной или каталитической активности после того, как будут сформированы агрегированные частицы.
Кроме того, как показано на фиг. 3, процесс перемешивании суспензии или создаваемая при этом механическая нагрузка может повлиять на белизну готовых агрегированных частиц таким образом, что хлопьевидные частицы будут выглядеть более белыми, чем гомогенизированные частицы. Безотносительно к теории можно предположить, что это обусловлено, по меньшей мере частично, тем фактом, что хлопьевидный исходный материал светлее, чем гомогенизированный. Без предварительной гомогенизации суспензии перед началом процесса распылительной сушки частицы карбоната кальция будут образовывать хлопья на поверхности частиц катализатора, в то время как полимерное связующее будет связывать их с карбонатом кальция, но не покрывать. Вследствие этого порошок из агрегированных частиц будет более светлым. Гомогенизированный исходный материал обеспечивает большее относительное количество частиц оксигидроксида на поверхности агрегата, чем изначально хлопьевидный исходный материал, и порошок из агрегированных частиц будет выглядеть более темным. Хлопьевидные частицы выглядят более белыми, чем гомогенизированные частицы, и поэтому использование хлопьевидных исходных материалов может быть более предпочтительным, поскольку в этом случае может быть обеспечено более высокое количественное отношение функционального материала к отбеливателю и, как следствие, более высокая функциональная активность при сохранении белизны.
Методы электронной микроскопии и термогравиметрический анализ показали, что частицы оксигидроксида железа были локализованы внутри внутренней сердцевины агрегированной частицы, а наноразмерные частицы карбоната кальция были локализованы на внешней поверхности внутренней сердцевины агрегированной частицы (данные не показаны).
Были проведены эксперименты для проверки каталитической активности частиц оксигидроксида железа, связанных посредством связующего с частицами карбоната кальция в множество агрегированных частиц, в сравнении с подвергнутым сухому измельчению порошком FeOOH.
Вкратце, порошкообразный образец частиц FeOOH (образец А) и доведенный до такой же крупности порошкообразный образец из агрегированных частиц, состоящий из частиц карбоната кальция со средним размером примерно 70 нм, частиц FeOOH со средним размером примерно 1 мкм и натурального картофельного крахмала в отношении 5:1:1 (образец В), были по отдельности проверены в трубе из кварцевого стекла. Образцы были размещены между слоями кварцевой ваты внутри трубы. Труба имела внутренний диаметр 9 мм, внешний диаметр 12,5 мм и длину 500 мм. Центральная часть трубы длиной 300 мм была размещена внутри электрической печи.
Угарный газ (моноксид углерода) пропускался по трубе с расходом 1000 мл/мин и с помощью Фурье-ИК-газоанализатора Gasmet проводился поточный газовый анализ с целью определения количества образующегося диоксида углерода. Результаты газового анализа образца А показаны на фиг. 4, а результаты газового анализа образца В - на фиг. 5.
Эксперименты показали, что каталитическая активность частиц оксигидроскида железа в агрегированных частицах образца В была сравнима с (и в некоторых случаях лучше, чем) каталитической активностью стандартных частиц оксигидроксида железа образца А.
Результаты проверки каталитической активности представлены в таблице 1 ниже, в которой цифры 1:1:5 и 1:1:3 показывают массовое отношение оксигидроксида железа, крахмала и карбоната кальция.
Таблица 1
Каталитическая активность различных порошковых композиций
Общее количество образца в реакторной трубе (мг)
Количество активного катализатора (мг)
Впускной СО (об.%)
Выпускной СО (об.%)
Выпускной СО<sub>2</sub>(об.%)
Уменьшение, %
ОКК (осажденный карбонат кальция)
155
0
3,4
3,2
0,3
6
Крахмал
50
0
3,4
0,02
0
FeOOH
53
50
2,75
1,2
20
FeOOH 1:1:5
350
50
2,50
1,4
26
FeOOH 1:1:3
250
50
2,80
0,9
18
Агрегированные частицы, описанные выше, были включены в сигаретную обертку во время известного процесса производства бумаги. Агрегированные частицы заместили карбонат кальция в качестве заполнителя в процессе производства бумаги. Карбонат кальция, обычно включаемый в сигаретную бумагу в качестве заполнителя, занимает 30% от массы бумаги и обычно имеет средний диаметр части примерно 2 мкм (1,9 мкм в данном примере). Соответственно, в данном примере агрегированные частицы были включены в качестве заполнителя в количестве, составляющем 30% от массы бумаги. Были использованы агрегированные частицы, сформированные с массовым отношением оксигидроксида, крахмала и карбоната кальция, равным 1:1:3 и 1:1:5 (как было описано выше). Белизна такой бумаги была сравнена со стандартной сигаретной бумагой, которая содержит 30% частиц карбоната кальция (частиц размером 1,9 мкм), а также с бумагой, в которой агрегированные частицы, содержащие оксигидроксид железа (измельченные, как было описано выше), заместили часть заполнителя в виде частиц карбоната кальция (15 масс.% карбоната кальция, 15 масс.% оксигидроксида железа в одном случае и 24 масс.% карбоната кальция и 6 масс.% оксигидроксида железа в другом случае).
Изображения готовой бумаги показаны на фиг. 6, на котором изображены, слева направо: (i) известная сигаретная бумага (30 масс.% карбоната кальция); (ii) сигаретная бумага, содержащая 15 масс.% карбоната кальция и 15 масс.% стандартного оксигидроксида железа; (iii) сигаретная бумага, содержащая 24 масс.% карбоната кальция и 6 масс.% стандартного оксигидроксида железа; (iv) сигаретная бумага, содержащая 30 масс.% агрегированных частиц (1:1:3); и (v) сигаретная бумага, содержащая 30 масс.% агрегированных частиц (1:1:5). Как показано на фиг. 6, включение даже небольших количеств (4 масс.%) стандартных частиц оксигидроксида железа привело к значительному изменению цвета бумаги, в то время как включение агрегированных частиц, содержащих частицы оксигидроксида железа, обеспечило более белый внешний вид.
Согласно проверке яркости по ISO известная сигаретная бумага имела яркость примерно 88%. Включение стандартных частиц оксигидроксида железа снизило яркость по ISO до 20%. Если сигаретная бумага содержала агрегированные частицы, то яркость по ISO была примерно на 50% выше.
Из вышеизложенного следует, что агрегированные частицы функционального материала могут быть включены в сигаретную обертку во время известного процесса производства бумаги при обеспечении надежного маскирования цвета частиц функционального материала и без чрезмерного влияния на способность функционального материала к взаимодействию с дымом, создаваемым курительным изделием. Также было выяснено, что агрегированные частицы могут замещать все или часть частиц, таких как частицы карбоната кальция, которые обычно используются в известной сигаретной бумаге-основе в качестве заполняющих композиций.