СИГАРЕТНАЯ БУМАГА С НИЗКОЙ СПОСОБНОСТЬЮ К ВОСПЛАМЕНЕНИЮ
CIGARETTE PAPER WITH LOW CAPACITY OF IGNITION

Область техники
Настоящее изобретение относится к сигаретной бумаге с низкой способностью к воспламенению.
Уровень техники
Предложена сигаретная бумага, покрытая пленкообразующим составом в виде пояска для уменьшения воздухопроницаемости покрытых составом частей, для сдерживания прорыва пламени из сигареты, даже если курильщик бросил сигарету, например, по неосторожности, на пол и т.п. (Японская PCT национальная публикация № 2004-512849). В качестве пленкообразующего состава использовали, например: альгинаты, пектин, силикаты, карбоксиметилцеллюлозу, другие производные целлюлозы, гуаровую смолу, крахмал, модифицированный крахмал, поливинилацетат и поливиниловые спирты.
Однако в Японской PCT национальной публикации № 2004-512849 не приведены сведения об измерении действительной способности к воспламенению сигаретной бумаги, покрытой пленкообразующим составом.
Раскрытие изобретения
Авторами настоящего изобретения изучались, среди ряда различных веществ, поливиниловые спирты на предмет их влияния на действительную способность к воспламенению сигаретной бумаги для определения количества вещества покрытия, требующегося для достижения одинакового уровня способности к воспламенению, изменяющегося в зависимости от степени полимеризации или вязкости поливиниловых спиртов.
Таким образом, целью настоящего изобретения является создание сигаретной бумаги, обладающей заметно более низкой способностью к воспламенению при относительно небольшом количестве вещества покрытия.
Для достижения указанной выше цели, согласно первому аспекту настоящего изобретения, предложена сигаретная бумага с низкой способностью к воспламенению, содержащая основную сигаретную бумагу и множество областей, обладающих способностью к подавлению горения, расположенных на расстоянии друг от друга, на одной поверхности основной сигаретой бумаги, отличающаяся тем, что области, обладающие способностью к подавлению горения, образованы посредством нанесения покрытия из поливинилового спирта, обладающего степенью полимеризации, составляющей 900 единиц или более.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложена сигаретная бумага с низкой способностью к воспламенению, содержащая основную сигаретную бумагу и множество областей, обладающих способностью к подавлению горения, расположенных на расстоянии друг от друга на одной поверхности основной сигаретой бумаги, отличающаяся тем, что области, обладающие способностью к подавлению горения, образованы посредством нанесения покрытия из поливинилового спирта, 3-процентный по массе водный раствор которого обладает вязкостью, составляющей от 5 мПа·с до 30 мПа·с при измерении при 20°C, а сигарета, изготовленная с использованием предложенной сигаретой бумаги, обладает значением процентной доли сгорания от полной длины сигареты (the persent of full length burns - PFLB), составляющим от 0% до 5%, при определении в соответствии со стандартом ASTM E-2187-04 (ASTM - Американское общество по испытанию материалов).
Краткое описание чертежей
На чертеже изображен (с частичным вырывом) схематический вид в перспективе сигареты, в которой использована сигаретная бумага согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Лучший вариант осуществления изобретения
Настоящее изобретение описано ниже более подробно.
Сигаретная бумага согласно настоящему изобретению является сигаретной бумагой, представляющей основу (основную сигаретную бумагу), на которой образовано множество областей, обладающих способностью к подавлению горения, расположенных на расстоянии друг от друга, посредством нанесения покрытия из вещества, подавляющего горение, состоящего из поливинилового спирта, обладающего заданной степенью полимеризации или вязкости.
2
2
2
2
2
2
2
Основная сигаретная бумага является обычной сигаретной бумагой, изготовленной с использованием обычной волокнистой массы, например льняной волокнистой массы. Такая основная сигаретная бумага может содержать обычно используемый наполнитель, например углекислую соль, например карбонат кальция или карбонат калия, или гидроксид, например гидроксид кальция или гидроксид магния, в количестве 2 г/м или более. Наполнитель может содержаться в основной сигаретной бумаге в количестве от 2 г/м до 8 г/м. Основная сигаретная бумага обычно имеет поверхностную плотность от 15 г/м до 30 г/м. Предпочтительно поверхностная плотность составляет от 20 г/м до 28 г/м. Присущая воздухопроницаемость основной сигаретной бумаги обычно составляет от 30 до 60 единиц CORESTA.
Вещество для регулирования горения, например лимонная кислота или ее соли (натриевая или калийная соль), может быть добавлено в основную сигаретную бумагу. Вещество для регулирования горения, если его добавляют, обычно используют в основной сигаретной бумаге в количестве 2 мас.% или менее.
На одной поверхности основной сигаретной бумаги образуют множество областей, обладающих способностью к подавлению горения, располагаемых на расстоянии друг от друга, где каждую область образуют посредством нанесения покрытия из вещества, подавляющего горение (поливинилового спирта). При использовании сигаретной бумаги для заворачивания в нее табачного стержня на сигаретной бумаге могут быть сформированы области, обладающие способностью к подавлению горения, в виде полосок, проходящих в продольном направлении табачного стержня и на расстоянии друг от друга в периферическом направлении табачного стержня. Альтернативно области, обладающие способностью к подавлению горения, можно формировать в виде круглых кольцевых поясков, проходящих в периферическом направлении табачного стержня и на расстоянии друг от друга в продольном направлении табачного стержня.
В настоящем изобретении в качестве вещества, подавляющего горение, используют поливиниловый спирт. В одном варианте осуществления настоящего изобретения используют поливиниловый спирт, обладающий степенью полимеризации (количеством мономеров), составляющей 900 единиц или более. Предпочтительно, чтобы степень полимеризации используемого поливинилового спирта составляла от 3000 до 4000. В другом варианте осуществления настоящего изобретения используют поливиниловый спирт, 3-процентный по массе водный раствор которого обладает вязкостью, составляющей от 5 мПа·с до 30 мПа·с при измерении при 20°C. Предпочтительно, чтобы вязкость поливинилового спирта составляла от 20 мПа·с до 30 мПа·с.
Степень полимеризации и вязкости поливинилового спирта соотносятся друг с другом в некоторой степени. Путем использования поливинилового спирта, обладающего такой высокой степенью полимеризации или вязкости, может быть достигнут одинаковый уровень низкой способности к воспламенению при использовании меньших количеств вещества покрытия в сравнении со случаем, когда используют другой поливиниловый спирт.
2
2
2
При использовании сигаретной бумаги согласно настоящему изобретению с указанным выше покрытием из поливинилового спирта можно получить сигарету (сигарету, состоящую из табачной начинки, завернутой в сигаретную бумагу), обладающую значением PFLB, составляющим от 0% до 5%, при определении в соответствии со стандартом ASTM E-2187-04. Обычно количество вещества покрытия (поверхностная плотность в сухом состоянии) - поливинилового спирта, вещества, подавляющего горение, - составляет предпочтительно менее 3 г/м площади покрытия. При использовании вещества покрытия в количестве от 0,2 г/м до 2,0 г/м можно обеспечить достаточно низкую способность к воспламенению.
Сигаретную бумагу с низкой способностью к воспламенению согласно настоящему изобретению используют для заворачивания табачного стержня, состоящего из табачной начинки, например резаного табачного листа. Обычно поверхность, покрытую веществом, подавляющим горение, вводят в контакт с табачным стержнем.
На чертеже показана сигарета, завернутая в сигаретную бумагу, покрытую веществом, подавляющим горение, в виде круглых кольцевых поясков.
Сигарета 10 (см. чертеж) содержит табачный стержень 11, состоящий из табачной начинки 13, завернутой в основную сигаретную бумагу 12, в виде палочки. Табачный стержень 11 обычно имеет периметр, составляющий от 17 мм до 26 мм, и длину, составляющую от 49 мм до 90 мм. Обычно фильтр 18 может быть прикреплен обычным способом к ближнему концу (т.е. к концу, расположенному ниже по потоку в направлении затяжки) 11b табачного стержня 11 с помощью бумаги 17 для приклеивания фильтра.
На основной сигаретной бумаге 12 образовано множество круглых кольцевых областей 14 в виде полосок, покрытых веществом (поливиниловым спиртом), подавляющим горение, которыми определены области, обладающие способностью к подавлению горения. Эти круглые кольцевые области в виде полосок, обладающие способностью к подавлению горения, расположены на расстоянии друг от друга в продольном направлении табачного стержня.
Обычные горючие области 15, не покрытые веществом для регулирования горения, определены между смежными круглыми кольцевыми областями 14 в виде поясков, обладающих способностью к подавлению горения. Так как эти области 15 являются частями основной сигаретной бумаги 12, то они горят так же, как и основная сигаретная бумага 12 при обычных условиях курения. В соответствии с этим области 15 служат обычными горючими областями. Например, могут быть образованы две или три круглые кольцевые области 14 в виде поясков, обладающие способностью к подавлению горения. Круглые кольцевые области 14 в виде поясков, обладающие способностью к подавлению горения, могут иметь ширину в продольном направлении, составляющую от 4 мм до 7 мм, а их толщина может обычно составлять от 0,1 мкм до 5 мкм. Расстояние между смежными областями 14, обладающими способностью к подавлению горения, предпочтительно составляет от 18 мм до 25 мм.
В сигарете, показанной на чертеже, область 16, проходящая от ее конца на расстояние d, не покрыта веществом, подавляющим горение. Кончик, не покрытый веществом, подавляющим горение, также составляет обычную горючую область 16, которая может соответствовать области обычной сигареты, сгорающей за одну или две затяжки. Расстояние d может составлять от 10 мм до 25 мм от кончика 11a табачного стержня. Нет необходимости в формировании области 14, обладающей способностью к подавлению горения, на внутренней поверхности сигаретной бумаги, которая соответствует той области сигаретной бумаги 12, которая покрыта бумагой 17 для приклеивания фильтра.
Когда поджигают кончик 11a табачного стержня 11 сигареты 10 и затягивают воздух для обеспечения горения сигареты, обычные горючие области 15 горят таким же образом, как обычные сигареты, и при этом можно ощущать вкус сигареты. Однако если горящую сигарету 10 кладут на воспламеняющийся материал, например на ковер, татами-мат, древесный продукт, ткань или текстильный материал, то область 14, обладающая способностью к подавлению горения, присутствующая в направлении, в котором продолжается горение, взаимодействует с поглощением тепла горючим материалом, гася сигарету 10, посредством чего предотвращается прорыв пламени от воспламеняющегося материала.
Примеры осуществления настоящего изобретения описаны ниже, но настоящее изобретение не ограничено этими примерами.
Примеры 1-4 и сравнительные примеры 1-4
В таблице 1 показана степень полимеризации, вязкости и степень омыления поливиниловых спиртов, использовавшихся в примерах и сравнительных примерах. Все использовавшиеся поливиниловые спирты были изготовлены компанией Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
Вязкость, показанная в таблице 1, определена в результате измерений, в которых 200 г 3-процентного по массе водного раствора поливинилового спирта заливали в химический стакан емкостью 200 мл или 300 мл; этот химический стакан помещали в ванну с постоянной температурой и водный раствор умеренно перемешивали в течение около одной минуты стеклянной палочкой таким образом, чтобы не дать возможность образоваться воздушным пузырькам в растворе, при этом поддерживая температуру водного раствора на уровне 20°C±0,5°C. После этого раствору предоставляли возможность выстаивания в течение 10 минут и измеряли вязкость с использованием вискозиметра типа B.
Таблица 1
Обозначение поливинилового спирта
Степень полимеризации поливинилового спирта (количество мономеров)
Вязкость (мПа·с)
Степень омыления (мол.%)
P500
400-600
3,9
86,0-90,0
P1000
900-1100
5,3
86,0-90,0
P3500
3100-3900
28,4
86,0-90,0
Затем 3-процентный по массе водный раствор вещества, подавляющего горение (поливинилового спирта), наносили (способом печатания), используя процесс прямой глубокой печати, на основную сигаретную бумагу (ширина - 27 мм; длина - 1500 мм; наполнитель - карбонат кальция; вещество для регулирования горения - дигидрат цитрата натрия), обладавшую характеристиками, представленными в таблице 2, в виде полосок постоянной ширины, составлявшей 7 мм, расположенных на постоянном расстоянии, составлявшем 20 мм, друг от друга в продольном направлении, составивших таким образом 56 областей, покрытых веществом, подавляющим горение. Определяли общее количество вещества покрытия - поливинилового спирта в сигаретной бумаге, полученной таким образом, используя следующую методику. Результаты измерений также представлены в таблице 2.
Методика определения общего количества вещества покрытия -поливинилового спирта
Это измерение основано на том факте, что поливиниловый спирт образует коллоидное соединение с борной кислотой, и это коллоидное соединение борной кислоты и поливинилового спирта принимает синий цвет.
Сигаретную бумагу, покрытую веществом, подавляющим горение (шириной 27 мм, длиной 1500 мм) (массой около 1,0 г), разрезали на квадратные отрезки с размером стороны 1 мм; к разрезанной бумаге добавляли 100 мл дистиллированной воды и производили экстрагирование при, по существу, постоянной температуре ванны 70°C. К 5 мл жидкости экстракта добавляли 15 мл заранее подготовленного 4-процентного по массе водного раствора борной кислоты и смесь взбалтывали. Затем добавляли 3 мл йодистого водного раствора и добавляли воду в смешенный раствор, доводя объем до 50 мл, таким образом получая испытательный раствор. Испытательный раствор проверяли на поглощение волн длиной 690 нм, используя абсорбциометр ультрафиолетового оптического спектра с пиковой длиной волны, установленной на 690 нм. Поглощение, измеренное таким образом, преобразовывали в значение концентрации, используя ранее подготовленную калибровочную кривую «поглощение-концентрация», по которой определяли общее количество вещества покрытия в сигаретной бумаге.
Таблица 2
Пример
Основная сигаретная бумага
Вещество, подавляющее горение
Количество вещества, подавляющего горение (г/м<sup>2</sup>)
Количество наполнителя (г/м<sup>2</sup>)
Поверхностная плотность (г/м<sup>2</sup>)
Количество вещества покрытия (мас.%)
Воздухопро-ницаемость (условн. ед.)
Сравнительный пример 1
7,7
25,0
0,6
30,0
Отсутствует
0
Сравнительный пример 2
5,2
21,2
0,1
71,9
Отсутствует
0
Сравнительный пример 3
7,7
25,0
0,6
30,0
P500
2,7
Сравнительный пример 4
5,2
21,2
0,1
71,9
P500
1,7
Пример 1
7,7
25,0
0,6
30,0
P1000
2,7
Пример 2
5,2
21,2
0,1
71,9
P1000
1,6
Пример 3
7,7
25,5
0,6
30,0
P3500
1,4
Пример 4
5,2
21,2
0,1
71,9
P3500
1,0
.
Как показано в таблице 2, в сигаретной бумаге, в примерах 1-4, количество вещества покрытия, подавляющего горение (поливинилового спирта), на квадратный метр площади, покрытой веществом, подавляющим горение, составляло 1,0-2,7 г. Для пересчета количества вещества покрытия, подавляющего горение, в величину, приходящуюся на единицу площади сигаретной бумаги, приведенную выше величину умножали на 7/27.
Табачный стержень, состоявший из Американского смешанного резаного табака (содержание смолы без фильтра: от 19 мг до 20 мг), был завернут в сигаретную бумагу, полученную описанным выше способом, а стержень был разрезан таким образом, что первая область покрытия была расположена на расстоянии 5 мм от горючего кончика сигареты. Длина одной сигареты составляла 59 мм, а количество областей с покрытием из вещества, подавляющего горение, составляло две.
Сигарету, полученную таким образом, подвергали испытаниям на способность к воспламенению в соответствии со стандартом ASTM E-2187-04 и определяли значение PFLB. Кроме того, образцы этих сигарет испытывали на содержание CO в основном потоке дыма, определяли количество затяжек и количество смолы в образце сигареты в соответствии с методиками, описанными ниже. В дополнение к этому вычисляли отношение количество CO/количество смолы (CO/смол.), используя полученные значения измеренных количеств CO и смолы. Результаты приведены в таблице 3.
Измерение количества CO и количества затяжек
Для измерения количества CO собирали табачный дым, используя восьмиканальную линейную курительную машину (модели SM342), изготовленную компанией FILTRONA. Образец сигареты поджигали, соблюдая стандарты ISO (ISO - Международная организация по стандартизации); сигарету «курили» со скоростью 35 мл за 2 секунды с интервалами в 60 секунд, а дым, пропущенный через фильтр из стекловолокна, собирали в газовый мешок. «Курение» прекращали при достижении эталонной точки выкуривания сигареты (51 мм от зажигаемого кончика сигареты; 8 мм от границы между сигаретной бумагой и бумагой для приклеивания фильтра со стороны бумаги для приклеивания фильтра). Количество произведенных затяжек записывали до этого момента. После сжигания, для сбора газа, оставшегося в образце сигареты, горящий кончик отрезали и затем производили три затяжки, используя образец сигареты в негорящем состоянии. При этом газ из образца сигареты собирали в газовый мешок и собирали общее количество твердых частиц (КТЧ) в фильтре из стекловолокна.
Используя наполненный газовый мешок, измеряли количество CO в образце сигареты, используя аппарат для измерения количества CO, изготовленный компанией Filtrona.
Измерение количества смолы
После определения количества сырой смолы из фильтра из стекловолокна, в котором собрали компоненты в виде частиц во время измерения количества CO, описанного выше, фильтр клали в сывороточный сосуд и энергично встряхивали в течение 20 минут вместе с 10 мл 2-пропанола (сорта GC, изготовленного компанией Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Экстрагированную жидкость фильтровали и заливали в пробирку. Пробирку помещали в газовый хроматограф и измеряли количества воды и никотина. Оценку производили, используя внутреннюю эталонную методику. Количества воды и никотина вычитали из количества сырой смолы, а разницу записывали как содержание смолы.
Таблица 3
Значение PFLB (%)
Количество затяжек
Количество смолы (мг)
Количество СО (мг)
Отношение количества СО к количеству смолы
Сравнительный пример 1
100
6,8
19,9
13,8
0,69
Сравнительный пример 2
81-95
7,2
20,0
12,7
0,64
Сравнительный пример 3
40-60
6,8
20,7
15,2
0,73
Сравнительный пример 4
40-60
7,4
22,2
14,2
0,64
Пример 1
0-5
7,2
21,3
15,4
0,72
Пример 2
0-5
7,6
23,6
14,6
0,62
Пример 3
0-5
6,9
22,7
15,9
0,70
Пример 4
0-5
7,4
22,7
14,7
0,65
2
Как показано в таблице 3 (см. результаты сравнительных примеров 3 и 4), при использовании поливинилового спирта P500 значение PFLB уменьшается в сравнении со сравнительными примерами 1 и 2, но не достигается значение PFLB, составляющее от 0% до 5%, даже тогда, когда количество вещества покрытия увеличено до 2,7 г/м. С другой стороны, в каждом из примеров 1-4, в которых использовали поливиниловые спирты P1000 и P3500, могло быть достигнуто значение PFLB, составлявшее от 0% до 5%. Кроме того, как показано в таблице 3 (см. результаты сравнительного примера 3 и примера 1, и сравнительного примера 4 и примера 2), значения PFLB в первых двух примерах составляли от 40% до 60%, тогда как значения PFLB в последних двух примерах составляли от 0% до 5%, при таком же количестве вещества покрытия, что указывает на то, что согласно настоящему изобретению требуется меньшее количество вещества покрытия для достижения значения PFLB, составляющего от 0% до 5%. Кроме того, как показано в таблице 3 (см. результаты примеров 1-4), при использовании поливинилового спирта P3500 требуется меньшее количество вещества покрытия, чем при использовании поливинилового спирта P1000, для достижения значения PFLB, составляющего от 0% до 5%.