КУРИТЕЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ, ИМЕЮЩИЕ ПОНИЖЕННУЮ СПОСОБНОСТЬ К ПОДЖИГАНИЮ
SMOKING ARTICLES HAVING REDUCED IGNITION PROCLIVITY CHARACTERISTICS

Настоящая заявка основана на находящейся на рассмотрении патентной заявке США №60/958263, поданной 3 июля 2007 г., и имеет приоритет на ее основе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В табачной промышленности существует постоянная необходимость в производстве сигарет, имеющих обертки, которые снижают способность курительного изделия к поджиганию, или тенденцию курительного изделия поджигать поверхности, которые контактируют с горящим курительным изделием. Существует множество описаний пожаров, которые возникали из-за того, что горящая сигарета контактировала с горючими материалами. В данной области промышленности существует оправданный интерес к снижению способности сигарет, или других курительных изделий, воспламенять поверхности и материалы, применяемые в мебели, постельных принадлежностях и т.п. при контакте.
Таким образом, желательной характеристикой курительных изделий, особенно сигарет, является то, чтобы они сами гасли в случаях, если их роняют, или если их оставляют горящими на горючих материалах.
В табачной промышленности давно известно, что обертка сигареты оказывает значительное влияние на характеристики тления сигареты. В связи с этим, в данной области техники предпринимались различные попытки изменить или модифицировать обертки сигарет для достижения желаемой способности к самозатуханию, или другими словами, снизить способность сигарет к поджиганию.
В известном уровне техники описано применение пленкообразующих растворов на папиросной бумаге для снижения проницаемости бумаги и контроля скорости горения. Было показано, что когда эти материалы наносят на отдельные области по всей длине сигареты, сигарета демонстрирует пониженную склонность к поджиганию субстрата, стремится к самозатуханию и обеспечивает более высокое количество затяжек.
В патенте США №5878753 Peterson и патенте США №5820998 Hotaling, et al., которые включены сюда посредством ссылки, например, описана бумага для курительных изделий, обработанная пленкообразующим водным раствором для снижения проницаемости. В патенте США №5878754 Peterson, который также включен сюда посредством ссылки, описана бумага для курительного изделия, обработанная не водным раствором растворимого в растворителе полимера, растворенного в не водном растворе, для снижения проницаемости.
Настоящее изобретение направлено на дальнейшее улучшение в производстве оберток для курительного изделия с пониженными свойствами способности к поджиганию. Более конкретно, настоящее изобретение направлено на улучшенные композиции, которые могут быть нанесены на бумажную обертку.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение, в общем, направлено на бумажные обертки для курительных изделий со сниженной способностью к поджиганию, и на способ изготовления этих оберток. Например, в одном варианте выполнения бумажная обертка может быть выполнена из бумажного полотна. Например, бумажная обертка может содержать волокна льна, волокна мягких пород древесины, волокна твердых пород древесины и их смеси. Бумажная обертка также может содержать наполнитель, такой как карбонат кальция и/или оксид магния, в количестве от около 10 вес. % до около 40 вес. %.
Пленкообразующую композицию наносят на бумажную обертку в конкретных местах. Пленкообразующая композиция образует обработанные отдельные области на обертке. Эти отдельные область разделены необработанными областями. Обработанные отдельные области выполнены так, чтобы снизить способность к поджиганию курительного изделия, включающего эту обертку. Например, обработанные области могут снижать способность к поджиганию посредством снижения доступа кислорода к тлеющему содержимому (угольку) курительного изделия, когда уголек горит и продвигается в обработанные области.
В одном варианте выполнения настоящего изобретения пленкообразующая композиция содержит комбинацию пленкообразующего материала, который сам может быть полисахаридом, и полисахарида, такого как крахмал, который также может рассматриваться как пленкообразующий материал. Неожиданно было обнаружено, что комбинация пленкообразующего материала с крахмалом обеспечивает синергетические результаты. Более конкретно, было обнаружено, что пленкообразующая композиция, содержащая как пленкообразующий материал, так и крахмал, является более эффективной при снижении способности к поджиганию курительного изделия по сравнению с пленкообразующей композицией, содержащей один только пленкообразующий материал или с пленкообразующей композицией, содержащей один крахмал.
Пленкообразующий материал, объединенный с крахмалом в соответствии с настоящим изобретением, может меняться в зависимости от конкретного применения. Пленкообразующие материалы, которые можно использовать, включают, например, гуаровую смолу, пектин, поливиниловый спирт, поливинилацетат, целлюлозу, производные целлюлозы, такие как этилцеллюлоза, метилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза и т.п., альгинаты и их смеси. В одном конкретном варианте выполнения, например, крахмал может быть объединен с альгинатом при образовании композиции.
Относительные количества крахмала и пленкообразующего материала, такого как альгинат, в пленкообразующей композиции могут меняться в зависимости от конкретного применения. В одном варианте, например, пленкообразующий материал может присутствовать в пленкообразующей композиции после нанесения и сушки на бумажной обертке в количестве от около 1 вес. % до около 15 вес. % обработанных областей. Крахмал, с другой стороны, может присутствовать в обработанных областях в количестве от около 1 вес. % до около 20 вес. % обработанных областей.
В другом варианте выполнения настоящего изобретения пленкообразующая композиция содержит пленкообразующий материал, объединенный с конкретными частицами наполнителя. Частицы наполнителя могут содержать, например, оксид магния, слюду, каолиновую глину или их смеси. В прошлом специалисты в данной области предлагали объединять пленкообразующий материал с различными неорганическими наполнителями в виде частиц. Авторы настоящего изобретения обнаружили, однако, что вышеупомянутые наполнители неожиданно более эффективны при снижении свойств способности к поджиганию обработанной бумажной обертки по сравнению с неорганическими наполнителями в виде частиц, используемыми в прошлом.
Вышеперечисленные частицы наполнителя могут содержаться в пленкообразующей композиции (при нанесении на обертку) в количестве от около 0,25 вес. % до около 15 вес. % композиции, как например, от около 0,5 вес. % до около 5 вес. % композиции. Частицы наполнителя могут иметь средний диаметр от около 0,0001 микрона до около 5 микрон, как например, от около 0,1 микрона до около 3 микрон.
Пленкообразующий материал, объединенный с частицами наполнителя, может быть любым подходящим пленкообразующим материалом, таким как альгинат. В альтернативном варианте выполнения частицы наполнителя могут быть объединены с крахмалом. В еще одном варианте выполнения частицы наполнителя могут быть объединены с пленкообразующей композицией, содержащей как альгинат, так и крахмал.
Другие пленкообразующие материалы, которые можно использовать сами по себе или в комбинации с частицами наполнителя, включают гуаровую смолу, пектин, поливиниловый спирт, поливинилацетат, целлюлозу и производные целлюлозы, такие как этилцеллюлоза, метилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза и т.п.
Пленкообразующая композиция, выполненная в соответствии с настоящим изобретением, может быть нанесена на бумажную обертку, в соответствии с различными способами. Например, композиция может быть нанесена печатью на бумагу с использованием, например, флексографии, непосредственной глубокой (гравюрной) печати и офсетной гравюрной печати.
В одном варианте выполнения отдельные области, образованные пленкообразующей композицией, выполнены в форме периферических полос, расположенных продольно вдоль курительного изделия. Полосы могут иметь ширину более чем около 3 мм, как например, от около 4 мм до около 10 мм. Полосы могут быть разнесены друг от друга на расстояние от около 5 мм до около 50 мм и, более конкретно, от около 10 мм до около 40 мм.
Количество пленкообразующей композиции, которую наносят на бумажную обертку, зависит от конкретного применения и различных факторов. Например, пленкообразующая композиция может быть нанесена на обертку в количестве от около 1% до около 30% сухого веса на основе веса обертки в обработанных областях и, более конкретно в количестве от около 2% до около 20% сухого веса.
При нанесении на бумажную обертку обработанные области могут иметь проницаемость менее чем около 40 единиц Кореста (Coresta), более конкретно, менее чем около 30 единиц Кореста (Coresta) и еще более конкретно от около 1 ед. Кореста до около 30 ед. Кореста. Исходная проницаемость бумажной обертки может составлять от около 20 единиц Кореста до около 150 единиц Кореста или выше. Например, в одном варианте выполнения исходная проницаемость бумажной обертки может быть выше, чем около 60 единиц Кореста или может быть выше чем около 60 единиц Кореста, такая как выше около 80 единиц Кореста. В альтернативном варианте выполнения исходная проницаемость бумажной обертки может быть ниже чем около 60 единиц Кореста, такой как от около 20 единиц Кореста до около 40 единиц Кореста.
Пленкообразующая композиция при нанесении на бумажную обертку может содержаться в водном растворе или может содержаться в неводном растворе. При содержании в неводном растворе, например, может присутствовать спирт.
2
2
Бумажная обертка может иметь любой подходящий вес основы в зависимости от конкретного применения. В одном конкретном варианте выполнения, например, бумажная обертка может иметь вес основы от около 18 г/м до около 60 г/м. Бумажная обертка также может быть обработана веществом, способствующим горению по существу на всей площади поверхности бумажной обертки. Например, вещество, способствующее горению, может быть нанесено на бумажную обертку перед или после образования обработанных областей. Вещество, способствующее горению, может быть нанесено на бумажную обертку в количестве от около 0,1% до около 8% сухого веса. Вещество, способствующее горению, может представлять собой, например, соль уксусной кислоты, соль лимонной кислоты, соль яблочной кислоты, соль молочной кислоты, соль винной кислоты, соль угольной кислоты, соль муравьиной кислоты, соль пропионовой кислоты, соль гликолевой кислоты, соль фумаровой кислоты, соль щавелевой кислоты, соль малоновой кислоты, соль янтарной кислоты, соль азотной кислоты, соль фосфорной кислоты или их смеси. В одном конкретном варианте выполнения вещество, способствующее горению, представляет собой цитрат, сукцинат или их смеси.
Другие признаки и объекты настоящего изобретения описаны более подробно ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Полное описание настоящего изобретения, включая лучший вариант его выполнения для специалиста в данной области, изложено более подробно в остальной части описания, включающей ссылку на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид в перспективе курительного изделия, выполненного в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.2 - покомпонентный вид курительного изделия по Фиг.1; и
Фиг.3-8 - графическое представление результатов, полученных в примерах, описанных ниже.
Повторное использование ссылочных позиций в настоящем описании и чертежах предназначено для обозначения одних и тех же или аналогичных элементов или признаков настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Ссылка теперь будет сделана более подробно на варианты выполнения изобретения, один или более примеров которого изложены ниже. Каждый пример обеспечен для пояснения изобретения, а не его ограничения. Действительно, специалисту в данной области будет понятно, что различные модификации и варианты могут быть выполнены в настоящем изобретении, без отхода от объема и сущности изобретения. Например, признаки, показные или описанные как часть одного варианта выполнения, можно использовать в другом варианте выполнения для получения еще одного варианта выполнения. Таким образом, подразумевается, что настоящее изобретение охватывает такие модификации и варианты.
Для целей пояснения изобретения варианты выполнения и принципы изобретения будут описаны по отношению к сигарете. Однако это сделано только для пояснения изобретения и не предназначено для ограничения изобретения только сигаретами. Любой тип курительного изделия находится в объеме и сущности настоящего изобретения.
Настоящее изобретение касается курительного изделия и обертки для курительного изделия, имеющей улучшенные свойства управления способность к поджиганию. «Способность к поджиганию» представляет собой величину стремления курительного изделия или сигареты воспламенять легковоспламеняющиеся субстраты, если горящая сигарета упала или иным образом осталась на легковоспламеняющемся субстрате. Испытание на способность к поджиганию сигареты было установлено NIST (Национальный институт стандартов и технологий) и, обычно называется «Тестирование модели поджигания". Тест включает помещение тлеющей сигареты на горючее полотно для тестирования и записывание стремления сигареты поджигать тестируемое полотно, сжигать тестируемое полотно за нормальной контрольной линией полотна, сгорать на полную длину не поджигая полотно или самозатухать до поджигания тестируемого полотна или сгорания на полную длину.
Другой тест способности к поджиганию называется "Тест затухания сигареты", который представляет собой ASTM Test No. E2187-04. В Тесте затухания сигареты зажженную сигарету помещают на один или более слоев фильтрующей бумаги. Если сигарета гаснет сама, сигарета проходит тест. Если сигарета прогорает всю длину до фильтра, то сигарета тест не проходит. Курительные изделия, полученные в соответствии с данным изобретением, могут быть получены так, чтобы пройти оба или более тестов.
В дополнение к указанным выше тестам, курительные изделия, обладающие пониженными характеристиками способности к поджиганию, обычно также тестируют на «самогашение на открытом воздухе» (FASE). Во время теста на самогашение на открытом воздухе, курительным изделиям позволяют сгорать на открытом воздухе без затягивания и без помещения на смежную поверхность. В некоторых применениях для курительного изделия желательно пройти тест модели поджигания или тест затухания сигареты, но не тест самогашения при горении на открытом воздухе. Таким образом, могут быть предпочтительны более низкие показатели FASE. Особенно предпочтительные курительные изделия, полученные в соответствии с принципами настоящего изобретения, могут быть выполнены для самогашения при размещении на смежную поверхность, но также иметь более низкие показатели FASE, чем многие изделия известного уровня техники, которые предположительно имеют характеристики пониженной способности к поджиганию.
В общем, курительные изделия, имеющие пониженную способность к поджиганию, выполнены в соответствии с настоящим изобретением путем нанесения пленкообразующей композиции в отдельных областях оберточной бумаги. В одном варианте выполнения пленкообразующая композиция содержит пленкообразующий материал, объединенный с полисахаридом. Пленкообразующий материал может содержать, например, альгинат, гуаровую смолу, пектин, поливиниловый спирт, поливинилацетат, целлюлозу, производные целлюлозы или их смеси. Полисахарид может содержать, например, крахмал. Крахмал может быть натуральным крахмалом или может быть модифицированным крахмалом. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что когда полисахарид и пленкообразующий материал объединены вместе, получают различные синергетические преимущества и достоинства.
В прошлом, авторами настоящей заявки были получены различные патенты, относящиеся к курительным изделиям с пониженными свойствами способности к поджиганию. Например, бумажные обертки, обработанные пленкообразующей композицией, которые образуют обработанные отдельные области на обертке, раскрыты в патентах США №5878753; 5878754; 6568403; 6779530 и 6725867, которые включены сюда посредством ссылки. Вышеупомянутые патенты описывают различные пленкообразующие материалы, которые можно использовать для формирования обработанных отдельных областей. Более конкретно, вышеупомянутые патенты описывают использование альгината и описывают использование крахмала. Авторы настоящего изобретения, однако, обнаружили, что различные неожиданные преимущества могут быть получены, когда крахмал и пленкообразующий материал, такой как альгинат, объединяют вместе.
Например, хотя реологии крахмала и альгината отличаются, было обнаружено, что реологии двух компонентов являются дополняющими. Когда крахмал и альгинат объединены, например, полученный в результате раствор имеет улучшенные печатные свойства.
Комбинация пленкообразующего материала, такого как альгинат и крахмал, также обеспечивает различные улучшения эффективности в отношении способности раствора образовывать обработанные области на бумажных обертках, которые снижают свойства способности к поджиганию курительного изделия, включающего обертку. Более конкретно, на основе веса, раствор альгината и крахмала, в общем, является более эффективным при снижении проницаемости и диффузионной способности бумажной обертки по сравнению с аналогичным раствором, содержащим только крахмал или только альгинат.
Хотя любой пленкообразующий материал можно использовать в композиции в соответствии с настоящим изобретением, в одном варианте выполнения пленкообразующий материал содержит альгинат. В общем, альгинат представляет собой производное кислого полисахарида или камеди, которое существует в виде нерастворимой смешанной кальциевой, натриевой, калиевой и магниевой соли в коричневых водорослях Phaeophyceae. Говоря в общем, эти производные включают кальциевые, натриевые, калиевые и/или магниевые соли полисахаридов с высокой молекулярной массой, состоящих из различных пропорций D-маннуроновой кислоты и L-глюкуроновой кислоты. Примеры солей или производных альгиновой кислоты включают альгинат аммония, альгинат калия, альгинат натрия, альгинат пропиленгликоля и/или их смеси.
Любой подходящий альгинат можно использовать в настоящем описании, включая любые подходящие производные. Альгинат, содержащийся в пленкообразующей композиции, например, может иметь относительно высокую молекулярную массу или может иметь относительно невысокую молекулярную массу. Например, в одном варианте выполнения альгинат может иметь вязкость менее около 500 сП при содержании в 3 вес. % водном растворе при 25°C.
В одном варианте выполнения, например, можно использовать альгинат KELGIN LB от компании ISP Corporation. Альгинат KELGIN LB представляет собой чистый альгинат натрия низкой вязкости.
Полисахарид, который объединяют с альгинатом в соответствии с настоящим изобретением, также может зависеть от конкретного применения.
При использовании крахмала, крахмал, например, может быть модифицированным или может быть немодифицированным и может быть получен из различных растений. В одном варианте выполнения, например, окисленный кукурузный крахмал может быть объединен с альгинатом. Один пример коммерчески доступного окисленного кукурузного крахмала представляет собой FLOKOTE 64, коммерчески доступного от компании National Starch and Chemical Company of Bridgewater, Нью-Джерси.
При включении в пленкообразующую композицию и нанесении на бумажную обертку в соответствии с настоящим изобретением, пленкообразующий материал и полисахарид могут быть объединены с водой или с любым подходящим растворителем. Например, в одном варианте выполнения, пленкообразующая композиция может содержать водную дисперсию или водный раствор. Альтернативно, пленкообразующая композиция перед нанесением на бумажную обертку может содержать неводный раствор или дисперсию. Например, спирт может присутствовать и может быть объединен с пленкообразующим материалом и полисахаридом.
Количество пленкообразующего материала и полисахарида, присутствующего в пленкообразующей композиции, может зависеть от различных факторов. При изготовлении водного раствора или дисперсии, например, пленкообразующий материал, такой как альгинат, может присутствовать в пленкообразующей композиции в количестве от около 1 вес. % до около 15 вес. % раствора, как например от около 1 вес. % до около 10 вес. % раствора. Например, в одном варианте выполнения альгинат может присутствовать в количестве от около 1 вес. % до около 10 вес. % раствора. Крахмал, с другой стороны, может присутствовать в количестве от около 3 вес. % до около 25 вес. % раствора, как например, от около 3 вес. % до около 20 вес. % раствора. Например, в одном варианте выполнения, крахмал может присутствовать в пленкообразующей композиции в количестве от около 3 вес. % до около 15 вес. % раствора.
Следует понимать, что указанные выше процентные соотношения являются только примерными. При нанесении печатью на бумажную обертку пленкообразующей композиции, содержащей пленкообразующий материал и полисахарид, пленкообразующий материал и полисахарид могут содержаться в композиции в количествах, достаточных для того, чтобы композиция имела реологические свойства, которые делают композицию подходящей для процесса печати. Например, относительные количества пленкообразующего материала и полисахарида могут присутствовать в композиции так, что композиция имеет вязкость менее чем около 1500 сП.
Хотя это неизвестно, полагают, что когда пленкообразующий материал и полисахарид объединены вместе, оба компоненты образуют пленку на поверхности бумаги, которая хорошо подходит для гашения курительного изделия, если оно будет оставлено на смежной поверхности. Хотя это и неизвестно, полагают, что пленкообразующий материал лучше подходит для формирования пленки на обертке, в то время как полисахарид поддерживает низкую вязкость и улучшает свойства обработанных областей. При нанесении на бумажную обертку и сушке, обработанные области могут содержать, в одном варианте выполнения, большее количество полисахарида, чем пленкообразующий материал. В других вариантах выполнения, однако, полисахарид и пленкообразующий материал могут присутствовать в равных количествах или может присутствовать большее количество пленкообразующего материала. В общем, например, обработанные области могут содержать полисахарид от около 1% до около 20% сухого веса обработанных областей, при этом пленкообразующий материал содержится в количестве от около 1% до около 15% сухого веса обработанной области.
В альтернативном варианте выполнения настоящего изобретения пленкообразующая композиция, нанесенная на бумажную обертку, содержит пленкообразующий материал, объединенный с частицами наполнителя. Более конкретно, авторы настоящего изобретения обнаружили, что некоторые частицы наполнителя обеспечивают неожиданные преимущества при улучшении свойств способности к поджиганию обертки по сравнению с частицами наполнителя, которые предлагались в прошлом. Более конкретно, в этом варианте выполнения настоящего изобретения пленкообразующая композиция может содержать частицы оксида магния, частицы глины, частицы слюды или их смеси.
В предшествующем уровне техники, например, в патенте США №6725867, специалисты в данной области предлагали объединять частицы наполнителя в композиции, используемой для образования обработанных областей на сигаретной бумажной обертке. В патенте '867, например, описан наполнитель в виде частиц, такой как мел, глина, карбонат кальция или оксид титана. Авторы настоящего изобретения, однако, обнаружили, что вышеуказанные частицы, как показано в нижеприведенных примерах, демонстрируют неожиданно высокие результаты по сравнению с наполнителями, упомянутыми в патенте США '867.
Оксид магния, слюда или каолиновая глина могут присутствовать в пленкообразующей композиции, например, в количестве менее чем около 15 вес. %, как например, от около 0,25 вес. % до около 15 вес. %, и более конкретно, от около 0,5 вес. % до около 5 вес. %. Во многих применениях, например, частицы могут присутствовать в количестве от около 1 вес. % до около 3 вес. % композиции.
Размер частиц наполнителя может меняться в зависимости от конкретного материала в конкретном применении. В общем, частицы наполнителя имеют средний диаметр менее чем около 5 микрон. Например, средний размер частиц может быть от около 0,0001 микрон до около 5 микрон, как, например, от около 0,1 микрона до около 3 микрон. Форма частиц также может меняться. Например, в одном варианте выполнения, можно использовать частицы глины, которые имеют пластинообразную форму.
Как описано выше, в одном варианте выполнения, частицы наполнителя содержат частицы оксида магния. Хотя причина этого неизвестна, частицы оксида магния обеспечивают отличные результаты по сравнению со многими другими частицами наполнителя. Более конкретно, частицы оксида магния имеют способность эффективно снижать свойства способности к поджиганию курительного изделия, содержащего обработанную обертку.
3
3
В общем, любые подходящие частицы оксида магния можно использовать в пленкообразующей композиции. Частицы оксида магния, например, доступны из многих коммерческих источников. Например, в одном варианте выполнения, можно использовать частицы оксида магния, которые коммерчески доступны от компании Additek S.A.S., под названием Magnesium Oxide Super Leger Type 04. Частицы оксида магния хорошо подходят для использования в настоящем изобретении и также могут быть получены от компании Scora S.A. под названием Light Magnesium Oxide "I". Oxide "I". Частицы Light Magnesium Oxide "I", например, представляют собой более чем 98 вес. % оксида магния, имеют объемную плотность от около 0,15 г/см до около 0,2 г/см и имеют размер частиц, такой как около 98% частиц, проходящих через сито 325.
В других вариантах выполнения частицы наполнителя, содержащиеся в пленкообразующей композиции, могут содержать слюду. Слюда содержит группу минералов, состоящую из гидросиликата алюминия или калия, которые, в общем, представляют собой вулканические или метаморфические породы. Слюду обычно находят в группах минералов с пластинчатой структурой, имеющих очень высокий основной кливаж. Таким образом, частицы слюды при включении в пленкообразующую композицию обычно имеют пластинчатую форму. Слюда имеет высокую диэлектрическую прочность и поэтому устойчива к теплу.
Частицы слюды являются коммерчески доступными из множества источников. Например, частицы слюды, которые хорошо подходят для использования в настоящем изобретении, могут быть получены от компании Kaolin de Ploemeur под торговым обозначением MICA MU M2/1. MICA MU M2/1, например, имеют такой размер частиц, который более чем на около 50% больше частиц, имеющих размер менее около 5 микрон.
В другом варианте выполнения настоящего изобретения, пленкообразующая композиция может содержать частицы глины. Каолиновая глина, в общем, представляет собой минеральный гидросиликат алюминия, обнаруженный в отложениях, земле, гидротермических отложениях и осадочных горных породах. Частицы каолиновой глины могут иметь пластинчатую форму, обычно обнаруживаемую в виде слоистого силикатного минерала. Частицы глины обычно содержат двуокись кремния и оксид алюминия.
Частицы каолиновой глины доступны от множества коммерческих источников. Например, частицы каолиновой глины могут быть получены от Kaolin de Ploemeur под торговым обозначением 7ASP20. Каолиновая глина 7ASP20, например, имеет такой размер частиц, который более чем на 89% больше частиц, имеющих размер менее 5 микрон и более чем на около 64% больше частиц, имеющих размер частиц менее около 1 микрона.
Частицы наполнителя, как описано выше, при содержании в пленкообразующей композиции, могут быть объединены с любым подходящим пленкообразующим материалом. Например, в одном варианте выполнения, частицы наполнителя могут быть объединены с альгинатом и крахмалом, как описано выше. В других вариантах выполнения, однако, частицы наполнителя могут быть объединены только с альгинатом или только с крахмалом.
Другие пленкообразующие материалы, которые могут быть объединены с частицами наполнителя, включают гуаровую смолу, пектин, поливиниловый спирт, поливинилацетат, целлюлозу, производные целлюлозы, такие как этилцеллюлоза, метилцеллюлоза и карбоксиметилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, их смеси и т.п.
Перед нанесением на обертку, пленкообразующая композиция, содержащая частицы наполнителя, может быть на водной основе. Альтернативно, пленкообразующая композиция может содержать неводный раствор, такой как спирт.
Пленкообразующие композиции, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, включающие пленкообразующие композиции, содержащие альгинат и крахмал и/или пленкообразующие композиции, содержащие частицы наполнителя, могут быть нанесены на бумажные обертки в отдельных областях с образованием обработанных областей на обертке.
Способ, которым композицию наносят на бумажную обертку, может меняться. Например, композиция может быть распылена, нанесена щеткой или нанесена печатью на обертку. Для формирования обработанной области композиция может быть нанесена посредством операции в один проход или в несколько проходов. Например, композиция может быть нанесена на оберточную бумагу с помощью последовательных стадий, с образованием областей на бумаге, имеющих пониженную способность к поджиганию. В общем, в процессе многократного прохождения, обработанные области могут быть образованы путем нанесения композиции в процессе от около 2 до около 8 проходов.
Чтобы облегчить описание и объяснение настоящего изобретения один вариант выполнения показан, в общем, на Фиг.1 и 2. Курительное изделие (сигарета), в общем, обозначенная позицией 10, имеющая улучшенные свойства способности к поджиганию, включает табачный стержень 12 внутри обертки 14. Изделие 10 может включать фильтр 26. Обертка 14 может включать любой вид коммерчески доступной сигаретной обертки.
В общем, оберточная бумага может быть выполнена из целлюлозных волокон, полученных, например, из льна, мягких или твердых пород древесины. Чтобы изменить свойства бумаги, как описано, можно использовать различные смеси целлюлозных волокон. Степень, до которой волокна очищают, также может меняться.
Для большинства применений бумажная обертка будет содержать наполнитель. Наполнитель может быть, например, карбонатом кальция, оксидом магния или любым другим подходящим материалом. Общая загрузка наполнителя, добавляемого к бумажной обертке, может составлять между около 10 вес. % до около 40 вес. %.
Проницаемость бумажной обертки для курительных изделий, выполненных в соответствии с настоящим изобретением, может, в общем, составлять от около 10 единиц Кореста до около 200 единиц Кореста. В некоторых применениях проницаемость может составлять между около 15 единиц Кореста и около 55 единиц Кореста. В одном варианте выполнения настоящего изобретения, однако, исходная проницаемость бумажной обертки является относительно высокой. Например, в одном варианте выполнения проницаемость бумажной обертки может составлять от около 60 единиц Кореста до около 110 единиц Кореста. В различных вариантах выполнения, например, исходная проницаемость бумажной обертки может быть выше около 70 единиц Кореста, выше около 80 единиц Кореста, выше около 90 единиц Кореста или выше около 100 единиц Кореста.
В других вариантах выполнения исходная проницаемость бумажной обертки может составлять менее около 60 единиц Кореста, как например, менее около 50 единиц Кореста, как например, от около 20 единиц Кореста до около 40 единиц Кореста.
2
2
2
2
Вес основы сигаретной оберточной бумаги обычно составляет между около 18 г/м и около 60 г/м и более конкретно между около 15 г/м и около 40 г/м. Оберточные бумаги в соответствии с настоящим изобретением могут быть выполнены в любом из этих диапазонов.
В одном варианте выполнения оберточная бумага может быть обработана веществом, способствующим горению. Вещество, способствующее горению, например, может быть нанесено по существу на всю площадь поверхности оберточной бумаги, особенно на площадь поверхности оберточной бумаги, где расположены обработанные области, включая необработанные области, разнесенные между обработанными областями. Вещество, способствующее горению, может содержать любое подходящее вещество, которое повышает скорость горения. Примеры веществ, способствующих горению, включают соли щелочных металлов, соли щелочноземельных металлов и их смеси. В одном варианте выполнения вещество, способствующее горению, может содержать соль карбоксильной кислоты. В конкретных примерах, например, вещество, способствующее горению, может содержать соль уксусной кислоты, соль лимонной кислоты, соль яблочной кислоты, соль молочной кислоты, соль винной кислоты, соль угольной кислоты, соль муравьиной кислоты, соль пропионовой кислоты, соль гликолевой кислоты, соль фумаровой кислоты, соль щавелевой кислоты, соль малоновой кислоты, соль янтарной кислоты, соль азотной кислоты, соль фосфорной кислоты или их смеси. В одном конкретном варианте выполнения, например, вещество, способствующее горению, может содержать цитрат калия, цитрат натрия, сукцинат калия, сукцинат натрия или их смеси.
Вещество, способствующее горению, может быть нанесено относительно равномерно на площадь поверхности бумажной обертки в количестве от около 0,3 до более 8% сухого веса, как например, от около 0,3% до около 2,5% сухого веса. Вещество, способствующее горению, может быть нанесено на обертку перед или после формирования обработанных областей на обертке при использовании пленкообразующей композиции.
Вещество, способствующее горению, может быть нанесено на обертку по разным причинам. Например, вещество, способствующее горению, может быть нанесено так, чтобы дополнительно управлять свойствами горения обертки, особенно в необработанных областях на обертке. Вещество, способствующее горению, может также служить в качестве средства улучшения пепла.
Бумажная обертка 14 образует наружную периферическую поверхность 16 при оборачивании вокруг табачного стержня 12. Отдельные области 18 наружной периферической поверхности 16 обработаны пленкообразующей композицией, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, в которой альгинатная композиция, смешана с веществом, способствующим горению. Также следует понимать, что обработанные области 18 также могут быть расположены на внутренней поверхности обертки 14. Другими словами, обертка 14 может быть обернута вокруг табачного стержня 12, так что обработанные области 18 смежны табаку.
В варианте выполнения, показанном на Фиг.1 и 2, обработанные области 18 образованы в виде периферических полос 24 в поперечном направлении. Полосы 24 разнесены друг от друга продольно вдоль длины сигареты 10. Полосы 24 показаны пунктирными линиями на Фиг.2. Однако следует понимать, что обработанные области являются по существу невидимыми в сформированной сигарете, как показано на Фиг.1 Другими словами, курильщик может не отличить снаружи, что обертка 14 была обработана в отдельных областях 18. В этом отношении, обработанные области 18 имеют ровную и плоскую текстуру, по существу такую же, как необработанные области 28.
Ширина полос 24 и расстояние между ними зависят от множества переменных, таких как исходная проницаемость обертки 14, плотность табачного стержня 12 и т.д. Полосы 24 предпочтительно имеют некоторую ширину, такую, что доступ кислорода к горящему содержимому ограничен на значительной длине или в течение периода времени для гашения сигареты. Другими словами, если полоса 24 была слишком узкой, горящее содержимое будет прогорать через полосу 24 перед самогашением. Для большинства применений предпочтительно минимальная ширина полосы 24 составляет 3 мм. Например, ширина полосы может быть от около 4 мм до около 10 мм.
Расстояние между полосами 24 также зависит от множества применений. Расстояние должно быть не таким большим, чтобы сигарета горела в течение значительного промежутка времени для воспламенения субстрата перед тем, как содержимое сигареты прогорит в обработанную область 18. Расстояние между полосами 24 также влияет на тепловую инерцию горящего содержимого или на возможность содержимого прогорать через обработанные полосы 24 без самогашения. В протестированных сигаретах, как было обнаружено заявителем, подходящим является расстояние между полосами, составляющее между 5 и 50 мм и, более конкретно, между около 10 мм и 40 мм. Однако следует понимать, что расстояние между полосами может быть любой подходящей шириной, как определено любым количеством переменных. Для большинства применений курительное изделие может содержать от 1 до около 3 полос, при использовании вышеупомянутого разнесения.
2
2
2
Обработанные области 18 имеют проницаемость в диапазоне, который известен для обеспечения улучшенных свойств способности к поджиганию для изготовления сигареты 10. Когда содержимое сигареты 10 прогорает в обработанные области 18, кислород, доступный для горения, по существу снижается вследствие пониженной проницаемости обертки 14 в обработанных областях. Снижение содержания кислорода предпочтительно вызывает самогашение сигареты в обработанных областях 18 при контакте с субстратом. Проницаемость, например, может быть меньше чем 40 мл/мин/см (Кореста), более конкретно менее чем 30 мл/мин/см и, в общем, в диапазоне от 5 до 25 мл/мин/см.
Другое свойство бумажной обертки, которое можно использовать для обозначения пониженной способности к поджиганию, представляет собой диффузионную способность. В общем, обработанные области 18 в соответствии с настоящим изобретением, могут иметь диффузионную способность менее чем около 0,5 см/с, такую как около 0,4 см/с. Например, диффузионная способность может составлять от около 0 см/с до около 0,3 см/с. Диффузионная способность бумажной обертки, например, может быть измерена при использовании, например, устройства для испытания диффузионной способности диоксида углерода, который продается компанией SODIM Instrumentation Company.
Диапазоны вышеуказанной диффузионной способности в частности применимы для различения обработанных областей, выполненных из комбинации пленкообразующего материала и полисахарида. В других вариантах выполнения настоящего изобретения, в котором пленкообразующий материал объединен с частицами наполнителя, причем диффузионная способность могут быть выше, чем описано выше. Более конкретно, частицы наполнителя по настоящему изобретению, которые содержатся в пленкообразующей композиции, могут снижать свойства способности к горению бумаги, поскольку частицы представляют собой ингибитор огня. Таким образом, в некоторых вариантах выполнения обработанные области могут иметь диффузионную способность более 0,5 см/с.
Количество композиции, которую добавляют к бумаге, будет зависеть от различных факторов, включая тип композиции, которую используют, и желаемый результат. Для большинства применений пленкообразующая композиция может быть добавлена к бумаге в количестве от около 1% до около 30% сухого веса бумаги в области полос, и более конкретно от около 2% до около 20% сухого веса бумаги в области полос, после того, как полосы были сформированы и высушены. Хотя и не всегда, в общем, количество композиции, нанесенной на бумагу, в общем, будет повышаться по мере повышения проницаемости бумаги. Например, для оберточной бумаги, имеющей проницаемость менее чем около 30 единиц Кореста, композиция может быть нанесена на бумагу в количестве от около 1 вес. % до около 20 вес. %. Для оберточной бумаги, имеющей проницаемость выше, чем около 60 единиц Кореста, с другой стороны, композиция может быть нанесена на бумагу в количестве от около 3 вес. % до около 30 вес. %.
Как описано выше, композиция может быть нанесена распылением, щетками или нанесена печатью на обертку. В общем, любой подходящий процесс печати можно использовать в настоящем изобретении. Заявители обнаружили, что подходящие печатные технологии включают глубокую (гравюрную) печать или флексографию.
Настоящее изобретение может быть более понятно со ссылкой на следующие примеры.
ПРИМЕР 1
2
Были изготовлены различные бумажные обертки, содержащие волокна целлюлозы в комбинации с наполнителем. В этом примере наполнитель состоит из карбоната кальция, имеющего средний размер частиц 2 микрона. Частицы карбоната кальция были представлены в бумажной обертке в количестве 30 вес. %. Обертки имели вес основы 27 г/м и проницаемость основы 53 Кореста.
Различные пленкообразующие композиции были выполнены и нанесены печатью на бумажную обертку. Более конкретно, следующие пленкообразующие композиции были образованы.
1. Водная композиция, содержащая 1,5 вес. % альгината.
2. Водная композиция, содержащая 10 вес. % крахмала.
3. Водная композиция, содержащая 11,5 вес. % крахмала.
4. Водная композиция, содержащая 8 вес. % альгината.
5. Водная композиция, содержащая 11,5 вес. % альгината.
6. Водная композиция, содержащая 1,5 вес. % альгината и 10 вес. % крахмала.
В этом примере используемый альгинат представлял собой KELGIN LB, полученный от International Specialty Products. Используемый крахмал представлял собой окисленный крахмал, продаваемый под торговым наименованием FLOKOTE 64, полученный от National Starch and Chemical Company.
После нанесения вышеописанных композиций на бумажную обертку и сушки, проницаемость в обработанных областях измеряли и сравнивали с необработанной бумажной оберткой. Результаты показаны на Фиг.3. Как показано, комбинация альгината и крахмала была более эффективна при снижении проницаемости бумажной обертки по сравнению с другими композициями. В каждом случае наносили одно и то же количество композиции на бумажную обертку.
ПРИМЕР 2
В этом примере были изготовлены пленкообразующие композиции, содержащие как альгинат натрия, так и окисленный крахмал. Более конкретно, использовали тот же альгинат и крахмал, которые описаны в Примере 1.
В одной серии испытаний, пленкообразующие композиции наносили на бумажную обертку, как описано в Примере 1, имеющую проницаемость 53 единицы Кореста. Во второй серии испытаний пленкообразующие композиции наносили на бумажную обертку, имеющую проницаемость основы 80 Кореста.
Более конкретно, были изготовлены следующие пленкообразующие композиции:
Образец №
Вес. % альгината натрия (%)
Вес. % окисленного крахмала (%)
Вязкость (сП)
1
3,2
15
180
2
4,75
11,3
210
3
6,3
7,5
270
Вышеописанные пленкообразующие композиции наносили на бумажную обертку с использованием того же процесса, что описан в Примере 1. Были получены следующие результаты:
РЕЗУЛЬТАТЫ НА БУМАЖНОЙ ОБЕРТКЕ, ИМЕЮЩЕЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬ ОСНОВЫ 53 КОРЕСТА
Образец №
Проницаемость в обработанных областях (Кореста)
1
13
2
13
3
15
РЕЗУЛЬТАТЫ НА БУМАЖНОЙ ОБЕРТКЕ, ИМЕЮЩЕЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬ ОСНОВЫ 80 КОРЕСТА
Образец №
Проницаемость в обработанных областях (Кореста)
1
22
2
22
3
26
Бумагу основы 53 Кореста, содержащую образец №3 и бумагу основы 80 Кореста, содержащую образец №1 затем оборачивали вокруг стержня с табачным наполнителем. Полученные в результате курительные изделия испытывали в соответствии с ASTM-тестом №Е2187-04 и в соответствии с FASE Test. Были получены следующие результаты:
Проницаемость основы (Кореста)
Образец композиции №
Самогашение по FASE (%)
Самогашение по ASTM (%)
53
3
10
100
80
1
10
95
Как показано выше, оба курительных изделия были очень эффективны при самогашении при размещении на смежной поверхности. Особенно предпочтительно, оба курительных изделия также имели низкую скорость самогашения на открытом воздухе, указывающую, что курительные изделия имеют пониженное стремление к самогашению, когда остаются в свободно горящем состоянии.
ПРИМЕР 3
В этом примере различные частицы наполнителя добавляли к пленкообразующей композиции с альгинатом натрия и наносили на бумажную обертку. Более конкретно, были выполнены пленкообразующие композиции, содержащие частицы каолиновой глины и частицы оксида магния. Эти составы затем сравнивали с пленкообразующими композициями, не содержащими частиц и пленкообразующими композициями, содержащими частицы карбоната кальция и частицы талька.
Более конкретно, следующие частицы наполнителя были добавлены к водному раствору, содержащему 9,5 вес. % альгината натрия. Альгинат натрия, используемый в этом примере представлял собой KELGIN LB альгинат натрия, полученный от International Speciality Products.
Образец №
Частицы наполнителя
Вес раствора (%)
1
-
-
2
тальк
15
3
Карбонат кальция (2 микрона)
15
4
Карбонат кальция (1 микрон)
15
5
Оксид магния
15
6
Каолиновая глина
15
Вышеуказанные пленкообразующие композиции наносили на одинаковые бумажные обертки, описанные в Примере 2 выше. Более конкретно, пленкообразующие композиции были нанесены печатью на бумажную обертку, имеющую проницаемость основы 53 Кореста и бумажную обертку, имеющую проницаемость основы 80 Кореста. Проницаемость в обработанных областях затем измеряли, после того, как пленкообразующая композиция была высушена на бумаге. Результаты показаны на Фиг.4.
Как показано на Фиг.4, частицы каолиновой глины и частицы оксида магния неожиданно уменьшали проницаемость оберток до более высокой степени, чем пленкообразующая композиция, не содержащая частиц наполнителя и по сравнению с пленкообразующими композициями, содержащими тальк или карбонат кальция.
ПРИМЕР 4
В этом примере различные количества одних и тех же частиц наполнителя добавляли к альгинату натрия и тестировали.
Более конкретно частицы каолиновой глины и оксида магния добавляли к 9,5 вес. % композиции альгината натрия. Используемый альгинат натрия представлял собой KELGIN LB альгинат натрия, полученный от компании Specialty Products. Следующие пленкообразующие композиции были изготовлены:
Образец №
Наполнитель
Вес (%)
1
Нет
0
2
Каолиновая глина
4
3
Каолиновая глина
8
4
Каолиновая глина
13
5
Оксид магния
10
6
Оксид магния
5
7
Оксид магния
4
8
Оксид магния
3
9
Оксид магния
2
10
Оксид магния
1
Вышеописанные пленкообразующие композиции затем наносили на бумажную обертку 80 Кореста, описанную в предыдущих примерах. Различные испытания затем были проведены на композициях и на бумажных обертках. Кроме того, из некоторых из бумажных оберток были выполнены курительные изделия и протестированы. Результаты показаны на Фиг.5-8.
На Фиг.5, например, показана проницаемость в обработанных областях для Образца №1-4, содержащего частицы каолиновой глины. Вязкость пленкообразующих композиций также была протестирована и показана на графике. Как показано, проницаемость обработанных областей снижается по мере повышения количества частиц каолиновой глины.
Ссылаясь на Фиг.6, показано влияние количества оксида магния в пленкообразующей композиции на проницаемость в обработанных областях. Как показано, когда количество оксида магния возрастает, проницаемость обработанных областей снижается. На Фиг.6 количества оксида магния в пленкообразующей композиции меняется от 0 до 4%.
Бумажные обертки, содержащие различные количества оксида магния, затем использовали для изготовления сигарет, которые тестировали в соответствии с испытанием ASTM № E2187-04 и соответствии с испытанием FASE (самогашение на открытом воздухе). Испытание ASTM измеряет способность обработанных областей самогасить сигарету, когда она остается на смежной поверхности. В общем, предпочтительно более высокое количество. Испытание FASE, с другой стороны, устанавливает, гаснет или нет сигарета самостоятельно, когда остается свободно горящей. В общем, более низкий результат FASE является предпочтительным, но не необходимым или критическим. Для многих применений, например результаты испытания ASTM могут быть более важны, чем результаты FASE.
Результаты этих испытаний показаны на Фиг.7. Как показано, присутствие оксида магния в пленкообразующей композиции улучшает упорядочивание ASTM. Увеличение количества оксида магния в пленкообразующей композиции, однако, стремится повышать FASE упорядочивание. Как показано, когда частицы оксида магния присутствуют в пленкообразующей композиции, содержащей 9,5 вес. % альгината, достигаются лучшие результаты FASE, когда оксид магния присутствует в количестве, меньшем, чем около 3 вес. %.
Ссылаясь на Фиг.8, дополнительные результаты FASE и ASTM показаны для альгинатной композиции, не содержащей частиц наполнителя, для альгинатной композиции, содержащей 5 вес. % частиц оксида магния и для альгинатной композиции, содержащей 10 вес. % оксида магния. Как показано, контрольный состав, содержащий 9,5 вес. % альгината не проходит испытание ASTM. Полагают, что проницаемость обработанных областей была слишком высокой.
ПРИМЕР 5
В этом примере частицы оксида магния добавляли к раствору окисленного крахмала и наносили на бумажную обертку с проницаемостью основания 60 Кореста.
Более конкретно, 3 вес. % частиц оксида магния добавляли к 22 вес. % композиции крахмала. Используемый крахмал представлял собой окисленный крахмал, продаваемый под торговым наименованием FLOKOTE 64, полученным от National Starch and Chemical Company.
Раствор затем наносили на бумажное полотно полосами, сушили и испытывали на проницаемость. Проницаемость полученных в результате полос составляла 6 Кореста.
Обработанную бумагу затем оборачивали вокруг стержня из табачного наполнителя. Полученное в результате курительное изделие испытывали в соответствии с испытанием ASTM № E2187-04 и в соответствии с испытанием FASE. Были получены следующие результаты:
Проницаемость основы
Самогашение по ASTM (%)
FASE SE (%)
60
98
42
Как показано выше, курительное изделие было очень эффективным при самогашении при размещении на смежной поверхности.
Хотя изобретение было описано более подробно в отношении конкретных вариантов его выполнения, понятно, что специалистам в данной области, при достижении понимания описанного выше, легко смогут получить модификации, изменения и эквиваленты указанных вариантов выполнения. Соответственно, объем настоящего изобретения должен быть ограничен прилагаемой формулой изобретения и любыми ее эквивалентами.