ОБРАБОТАННЫЕ УЧАСТКИ НА ОБЕРТКЕ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СПОСОБНОСТИ К ВОСПЛАМЕНЕНИЮ КУРИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
TREATED WRAPPING SECTIONS TO REDUCE SMOKING PRODUCTS IGNITION CAPACITY CHARACTERISTICS

Настоящее описание основано и заявляет приоритет в соответствии с находящейся на рассмотрении заявкой США US №61/030, 740, поданной 22 февраля 2008 г.
Повседневное значение в табачной промышленности имеет производство сигарет, имеющих обертку, снижающую способность к воспламенению курительного изделия или склонность курительного изделия воспламенять поверхности, которые вступают в контакт с зажженным курительным изделием. Поступали отчеты о пожарах, причиной которых явилась горящая сигарета, вступившая в контакт с горючими материалами. В промышленности существует оправданный интерес снизить склонность сигарет или других курительных изделий к воспламенению поверхностей или материалов, используемых в мебели, постельных принадлежностях и подобных контактах.
Таким образом, предпочтительным свойством курительных изделий, в особенности сигарет, является их способность к самозатуханию, при падении или оставлении в состоянии свободного горения на горючих материалах.
В табачной промышленности давно признано, что обертка сигареты может иметь значительное влияние на характеристики тления сигареты. В связи с этим, в технике предпринимались различные попытки с целью изменить или модифицировать обертку сигарет для достижения желаемой способности сигареты к самозатуханию или, другими словами, к снижению характеристик способности к воспламенению у сигарет.
Предшествующий уровень техники предлагает нанесение формирующего пленку раствора на бумагу для сигарет с целью снижения проницаемости бумаги и контроля скорости горения. Было показано, что когда эти материалы нанесены в дискретных зонах по длине сигареты, сигарета показывает пониженную склонность воспламенять подложки и склонна к самозатуханию.
В Патенте США US №5878753 - автор Петерсон, Патенте США US №5820998 - авторы Хоталинг и др., Патенте США US №6779530 - автор Крекер и Патенте США US №6725867 - автор Петерсон, которые все включены сюда посредством ссылки, например, описана обертка курительного изделия, обработанная формирующим пленку раствором с целью снижения способности к воспламенению. Патент США US №5878754 - автор Петерсон, который включен сюда посредством ссылки, описывает обертку курительного изделия, обработанную не содержащим воду раствором растворимого в растворителе полимера, растворенного в не содержащем воду растворе с целью снижения способности к воспламенению.
Хотя в данной области было много усовершенствований, до сих пор существует необходимость в улучшенном способе производства курительных изделий с пониженными свойствами способности к воспламенению. Например, одной из задач, с которой сталкиваются производители, является возможность создания дискретных зон с однородными свойствами. В связи с этим, постоянно существует необходимость для процесса формирования обработанных участков на бумажной обертке, в которых обработанные участки на каждой обертке и обработанные участки от обертки к обертке не различаются существенно в своих свойствах и характеристиках. Процесс, способный контролировать свойства обработанных участков, приведет к созданию курительных изделий, имеющих более предсказуемые свойства горения.
Краткое описание
Данное описание, в общем, относится к бумажным оберткам курительных изделий с пониженной способностью к воспламенению и к способу изготовления оберток.
Например, в одном варианте выполнения бумажная обертка может быть выполнена из волокон целлюлозы и частиц наполнителя. Волокна целлюлозы, например, могут включать в себя льняное волокно, волокно хвойных пород, волокно лиственных пород и их смеси. Частицы наполнителя, с одной стороны, могут включать в себя любые подходящие частицы наполнителя, например, карбонат кальция или оксид металла, например, оксид магния и/или диоксид титана. Частицы наполнителя могут присутствовать в бумажной обертке в количестве от около 10 вес% до около 50 вес%, а также от около 20 вес% до около 40 вес%.
Бумажная обертка включает в себя первую поверхность и вторую и противоположную поверхность. В соответствии с данным описанием, бумажная обертка образована таким образом, чтобы частицы наполнителя формировали градиент концентрации, превышающий толщину бумажной обертки. Более конкретно, более высокая концентрация частиц наполнителя присутствует в первой поверхности по сравнению с концентрацией частиц наполнителя, присутствующей во второй поверхности. Например, в одном варианте выполнения вариант, более чем около 65 вес%, например, более чем около 75 вес%, например, более чем около 80 вес% частиц наполнителя содержится в обертке между серединой обертки и первой поверхностью. В этом случае, первая поверхность обычно более гладкая, чем вторая поверхность. Например, первая поверхность может иметь гладкость по Шеффилду менее чем около 600, например, менее чем около 550, например, менее чем около 500, например, менее чем около 450, например, менее чем около 400, например, менее чем около 350, например, менее чем около 300, например, менее чем около 250, например, менее чем около 200.
По меньшей мере один обработанный участок расположен на первой поверхности бумажной обертки. Обработанный участок включает в себя снижающую воспламенение композицию, которая снижает характеристики способности к воспламенению курительного изделия, включая бумажную обертку. Снижающая воспламенение композиция может содержать, например, формирующий пленку материал, такой как альгинат, гуаровую камедь, пектин, поливиниловый спирт, производные целлюлозы, крахмал, производные крахмала или их смеси.
Посредством формирования обработанных участков на поверхности бумажной обертки, имеющих значительную концентрацию частиц наполнителя, могут быть достигнуты различные выгоды и преимущества. Например, присутствие частиц наполнителя может создать более гладкую поверхность, которая обеспечивает лучшую поверхность для нанесения снижающей воспламенение композиции, особенно в процессе печати. В конечном счете, обработанные участки формируются с наличием более однородных свойств. Например, обработанные участки могут иметь коэффициент пористости в вариантах менее чем около 27%, например, менее чем около 25%, например, менее чем около 23%, например, менее чем около 20%.
Обработанные участки могут также иметь относительно высокую среднюю пористость. Например, пористость в полосе может быть более чем около 16 единиц Кореста, например, более чем около 20 единиц Кореста, например, более чем около 24 единиц Кореста.
Неожиданно, было обнаружено, что в некоторых случаях, курительные изделия, включающие в себя бумажные обертки по изобретению, имеют пониженное поступление монооксида углерода. Например, в одном варианте выполнения курительные изделия по настоящему изобретению могут иметь поступление монооксида углерода менее чем около 15,5 мг, например, менее чем около 15 мг, например, менее чем около 14 мг.
-1
-1
Обработанные участки, формируемые на бумажной обертке, могут иметь Индекс Режима Горения менее чем около 5 см, а также, менее чем около 3 см. Курительные изделия, включающие в себя бумажную обертку могут иметь ASTM (Американское общество по испытанию материалов) тестовый номер Е2187-04 проходной предел, по меньшей мере, около 75%, а также, по меньшей мере, около 90%. Курительные изделия могут также иметь предел «самозатухания на открытом воздухе» (FASE) менее чем около 50%, а также, менее чем около 25%.
Данное описание также направлено на способ формирования бумажной обертки для курительного изделия. Способ предусматривает формирование бумажного полотна из водной суспензии целлюлозных волокон и частиц наполнителя. Водная суспензия осаждается на, по меньшей мере, одну перфорированную поверхность и высушивается таким образом, чтобы частицы наполнителя формировали градиент концентрации, превышающий толщину бумажного полотна. Например, бумажное полотно может включать в себя первую поверхность и вторую поверхность. Вторая поверхность во время формирования полотна может быть обращена к перфорированной поверхности. После высушивания, более высокая концентрация частиц наполнителя может присутствовать на первой поверхности по сравнению с концентрацией частиц наполнителя на второй поверхности. При необходимости, дренирование может происходить под воздействием всасывающей силы, которая может также содействовать в формировании градиента концентрации частиц наполнителя.
После того, как бумажное полотно сформировано, полотно может быть высушено и снижающая воспламенение композиция может быть нанесена в дискретных зонах на бумажную обертку. Полотно может быть высушено, например, путем пропускания его через один или более барабан с подогревом. Снижающая воспламенение композиция может быть нанесена на бумажную обертку с использованием любой подходящей технологии, например печатью или распылением. При печати на бумажной обертке, композиция может быть нанесена с использованием флексографического принтера или способом глубокой печати.
Другие признаки и аспекты данного описания рассмотрены более детально ниже.
Краткое описание чертежей
Полное описание данного изобретения, включая наилучший вариант его выполнения для специалиста в данной области изложено более подробно в оставшейся части описания, включая ссылку на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид в перспективе курительного изделия, выполненного в соответствии с данным описанием;
Фиг.2 - покомпонентный вид курительного изделия, показанного на Фиг.1;
Фиг.3 - вид сбоку одного варианта способа производства бумажного полотна в соответствии с данным описанием;
Фиг.4 - система обработки бумажной обертки в соответствии с данным описанием.
Повторное использование ссылочных позиций в данном описании и на чертежах предназначено для обозначения одних и тех же аналогичных признаков или элементов настоящего изобретения.
Описание изобретения
Теперь будут сделаны более подробные ссылки на варианты изобретения, один или более примеров, которых представлены ниже. Каждый пример представлен для объяснения изобретения, а не ограничения изобретения. Фактически, для специалиста будет очевидно, что могут быть выполнены различные модификации и варианты данного изобретения без отступления от области применения и сути изобретения. Например, элементы, показанные или описанные как часть одного варианта, могут быть использованы в другом варианте, чтобы обеспечить еще один вариант выполнения. Таким образом, подразумевается, что данное изобретение охватывает такие модификации и варианты.
С целью объяснения изобретения, варианты и принципы изобретения будут обсуждены касательно сигареты. Однако это делается только в целях объяснения изобретения и не означает ограничение изобретения только сигаретами. Любой вид курительных изделий находится в пределах области применения и сути изобретения.
Данное описание относится к курительным изделиям и обертке для курительных изделий, имеющей улучшенные характеристики контроля способности к воспламенению. «Способностью к воспламенению» является степень склонности курительного изделия или сигареты вызывать воспламенение горючего вещества, в случае если сигарета уронена или оставлена на поверхности горючего вещества. Тест на способность к воспламенению сигареты разработан Национальным Институтом Стандартов и Технологии и обычно относится к «Макетному тесту на воспламенение». Тест включает в себя расположение тлеющей сигареты на горючей тестируемой ткани и запись склонности сигареты как воспламенять тестируемую ткань, сжигать тестируемую ткань за пределами нормальной линии обугливания ткани, сжигать ее по всей длине не воспламеняя ткань, так и самостоятельно затухать до воспламенения тестируемой ткани или сгорания ее по всей длине.
Другой тест на способность к воспламенению относится к «Тесту на затухание сигареты». Тест на затухание сигареты является ASTM тестом №Е2187-04 с использованием десяти слоев фильтровальной бумаги. При Тесте на затухание сигареты, зажженная сигарета располагается на десяти слоях фильтровальной бумаги. Если сигарета затухает сама, эта сигарета проходит тест. Однако если сигарета сгорает до фильтра, эта сигарета не проходит теста. Курительные изделия, изготовленные в соответствии с данным изобретением, могут быть изготовлены с возможностью пройти один или оба этих теста.
В дополнение к вышеуказанным тестам, курительные изделия, имеющие пониженную способность к воспламенению сигарет, также обычно тестируются на «самозатухание на открытом воздухе» (FASE). Во время теста на самозатухание на открытом воздухе, курительным изделиям предоставляется возможность гореть на открытом воздухе (внутри вытяжного шкафа, будучи закрепленными шпилькой) без вдыхания через них и без расположения их на смежной поверхности. В большинстве случаев, для курительного изделия желательно пройти макетный тест на воспламенение или тест на затухание, а не на самозатухание, при оставлении горящим на открытом воздухе. Таким образом, более низкие пределы самозатухания (FASE) предпочтительны. Особым преимуществом курительных изделий, выполненных в соответствии с принципами данного изобретения может быть форма со способностью к самозатуханию при расположении на смежной поверхности, но однако, имеющая относительно низкие FASE пределы.
В прошлом, правопреемник данной заявки получил различные патенты, относящиеся к курительным изделиям с пониженными характеристиками способности к воспламенению. Например, бумажные обертки, обработанные формирующей пленку композицией, которая формирует обработанные дискретные зоны на обертке описаны в Патентах США US №6779530 и 6725867, оба из которых включены сюда посредством ссылки.
И в " 530 патенте, и в "867 патенте, формирующая пленку композиция описана в одном варианте, как нанесенная кольцевыми поперечными полосами. Полосы разнесены друг от друга на обертке сигареты по длине сигареты. Оба патента описывают нанесение формирующей пленку композиции на внешнюю поверхность бумажной обертки или на внутреннюю поверхность бумажной обертки таким образом, чтобы обработанные участки располагались смежно табачному наполнителю.
Однако в большинстве промышленных применений, обработанные участки располагаются на внутренней поверхности бумажной обертки. Полосы наносятся на внутреннюю поверхность с целью уменьшения их видимости. Однако авторы настоящего изобретения выяснили, что различные выгоды и преимущества могут быть получены, если обработанные участки нанесены на стороне бумажной обертки, которая формирует внешнюю поверхность курительного изделия, как будет описано более детально ниже.
Настоящее описание также относится к структуре бумажной обертки, которая особенно хорошо подходит для нанесения снижающей воспламенение композиции, например, формирующей пленку композиции. В частности, бумажные обертки содержат целлюлозное волокно в комбинации с одним или более наполнителем. В соответствии с данным описанием, наполнители включаются в бумажную обертку таким образом, что частицы наполнителя создают градиент концентрации по всей толщине обертки. Таким образом, бумажная обертка формируется обладающей более высокой концентрацией частиц наполнителя на первой поверхности, в противоположность концентрации частиц наполнителя на противоположной поверхности. Имея относительно высокую концентрацию частиц наполнителя на первой поверхности, первая поверхность обычно более гладкая, чем противоположная поверхность и таким образом, более подходящая для нанесения снижающей воспламенение композиции для формирования обработанных участков на обертке.
Например, авторы настоящего изобретения выяснили, что в результате нанесения снижающей воспламенение композиции на поверхность бумажной обертки имеющей относительно высокую концентрацию частиц наполнителя, характеристики и свойства обработанных участков на обертке могут лучше контролироваться. Далее, более единообразные свойства могут быть получены в пределах каждого обработанного участка и более единообразные свойства могут быть получены от обработанного участка к обработанному участку. При улучшении единообразия обработанных участков курительного изделия, включающего бумажные обертки, обеспечивают более предсказуемые результаты при тестировании на снижение способности к воспламенению и самозатухания на открытом воздухе.
Например, обработанные участки выполненные, в соответствии с данным описанием показали улучшенный коэффициент пористости вариативно. В частности, обработанные участки выполненные, в соответствии с данным описанием могут иметь коэффициент пористости от менее чем около 30%, а также, менее чем около 27%, а также, менее чем около 25%, а также, менее чем около 23% и, один вариант, даже менее чем около 21%.
Обработанные участки, заявленные в данном описании могут быть нанесены на внутреннюю поверхность бумажной обертки, таким образом, чтобы обработанные участки были обращены в сторону табачного наполнителя, содержащегося в курительном изделии. Альтернативно, обработанные участки могут быть сформированы на бумажной обертке так, чтобы они располагались на внешней поверхности курительного изделия. Фактически, как отмечено выше, различные выгоды и преимущества могут быть получены, если обработанные участки нанесены на внешнюю поверхность.
Например, многие снижающие воспламенение композиции, такие как формирующие пленку материалы, включающие в себя альгинаты, термически разрушаются при высоких температурах. Однако, если обработанные участки располагаются на внешней поверхности курительного изделия, обработанные участки подвергаются воздействию более низких температур, чем при позиционировании обработанных участков на внутренней поверхности курительного изделия. Будучи подвергнутой высоким температурам, снижающая воспламенение композиция может иметь тенденцию к более быстрому термическому разрушению и снижению эффективности. Однако при позиционировании обработанных участков на внешней поверхности курительного изделия, обработанные участки могут подвергаться воздействию более низких температур и таким образом иметь более высокую эффективность для самозатухания курительного изделия, в случае, если курительное изделие оставлено на смежной поверхности. Например, считается, что разница температур между внутренней поверхностью бумажной обертки и внешней поверхностью бумажной обертки может превышать 150(по Фаренгейту в процессе горения курительного изделия.
Данные изобретатели также неожиданно обнаружили, что позиционирование обработанных участков на внешней поверхности бумажной обертки на самом деле приводит к более низкому уровню содержания монооксида углерода в основном дыме. Хотя неизвестно, считается, что температуропроводность газов через бумажную обертку повышается, если обработанные участки наносятся на внешнюю поверхность обертки в отличие от нанесения на внутреннюю поверхность обертки. Имея более высокую температуропроводность большее количество монооксида углерода может выделиться через обертку вместо вдыхания, в процессе курения курительного изделия.
Например, сигареты, изготовленные в соответствии с данным описанием могут содержать количество монооксида углерода в основном дыме менее чем около 15, 5 мг, а также менее чем около 15 мг, а также менее чем около 14, 5 мг, а также менее чем около 14 мг. Другими словами, в результате нанесения снижающей воспламенение композиции на внешнюю сторону бумажной обертки, поступление монооксида углерода может быть снижено более чем на около 5%, а также более чем на около 10% по сравнению с нанесением снижающей воспламенение композиции на внутреннюю поверхность бумажной обертки.
Обычно, бумажные обертки, изготовленные в соответствии с данным описанием, содержат целлюлозное волокно в комбинации с частицами наполнителя. Целлюлозное волокно может быть представлено, например, льняным волокном, волокном хвойных пород, волокном твердых пород или их смесями. С целью вариативности свойств бумажного полотна по необходимости, могут использоваться различные смеси целлюлозных волокон, и степень очистки волокон может также быть различной.
Частицы наполнителя включенные в бумажное полотно могут варьироваться в зависимости от конкретного применения. В общем, может быть использован любой приемлемый наполнитель. Например, в качестве наполнителя могут быть использованы частицы карбоната кальция или частицы оксида металла. Приемлемые частицы оксида металла включают частицы оксида магния или частицы диоксида титана. Общий объем наполнителя добавляемого к бумажному полотну может составлять от около 10% веса до около 50% веса, а также от около 20% веса до около 40% веса.
С целью создания градиента концентрации частиц наполнителя, превышающего толщину бумажной обертки, может быть использована любая приемлемая технология или процесс. Например, вариант, по которому бумажная обертка может быть изготовлена с применением «влажной» технологии производства бумаги. В процессе изготовления бумажной обертки, обертка может быть подвергнута различному воздействию с целью, достижения необходимого градиента концентрации частиц наполнителя.
Например, ссылаясь на Фиг.3, показан один примерный вариант системы производства бумаги, которая может быть использована в соответствии с данным описанием. Как показано, система производства бумаги включает в себя верхнюю камеру (headbox) 30, имеющую конфигурацию пригодную для заполнения разбавленной водной суспензией целлюлозного волокна и частиц наполнителя. Верхняя камера 30 имеет конфигурацию пригодную для подачи водной суспензии в пространство между первой перфорированной поверхностью 32 и второй перфорированной поверхностью 34. Как показано, первая перфорированная поверхность 32 и вторая перфорированная поверхность 34 могут включать в себя бесконечные движущиеся конвейеры. Конвейеры могут включать в себя ткани, нетканые материалы или их смеси.
Перфорированная поверхность 26 поддерживается и движется при помощи множества роликов 36. С другой стороны, перфорированная поверхность 34, поддерживается и движется при помощи множества роликов 38. Скорость, с которой перфорированная поверхность 32 движется по отношению к перфорированной поверхности 34, может зависеть от конкретного применения. Например, вариант, по которому скорость движения первой перфорированной поверхности 32 может быть примерно такой же, как скорость движения второй перфорированной поверхности 34.
Как описано выше, перфорированные поверхности 32 и 34 могут быть выполнены из любого приемлемого пористого материала, например, тканого и/или нетканого. При выполнении конструкции из тканого материала, тканый материал может включать в себя металлическую проволоку или полимерные нити. С другой стороны, нетканые материалы обычно включают в себя нетканые базовые слои. Например, вариант, где перфорированная поверхность 34 может включать в себя нетканый материал для создания относительно гладкой поверхности для формирования бумажной обертки.
Как показано на Фиг.3, после того как водная суспензия, состоящая из волокон и частиц наполнителя, подается в пространство между первой перфорированной поверхностью 32 и второй перфорированной поверхностью 34, водная суспензия движется по длине окружности прокатного валка 40. Прокатный валок 40 является дополнительным, но при наличии его, включает в себя дренажный валок, который позволяет воде дренироваться из водной суспензии. По одному варианту, прокатный валок 40 может включать в себя вакуумный валок, который прикладывает всасывающую силу к водной суспензии для формирования бумажного полотна 14.
После прохождения прокатного валка 40, первая перфорированная поверхность 32 разделяется и расходится со второй перфорированной поверхностью 34. Бумажное полотно 14 далее транспортируется исключительно на перфорированной поверхности 34. Как показано на Фиг.3, при движении на перфорированной поверхности 34, бумажное полотно 14 располагается в непосредственной близости к одному или более вакуумным устройствам 42. Например, как показано на Фиг.3, система производства бумаги включает в себя три вакуумных устройства. Однако, следует учитывать, что может быть использовано больше или меньше вакуумных устройств.
Вакуумные устройства 42 прикладывают всасывающую силу к бумажному полотну 14 и далее осушают полотно на перфорированной поверхности 34. В соответствии с данным описанием, вакуумные устройства 42 совместно с прокатным валком 40 вынуждают частицы наполнителя формировать градиент концентрации в бумажном полотне 14. В частности, при дополнении воды, сторона бумажного полотна 14, обращенная к перфорированной поверхности 34 становится лишенной частиц наполнения и утончается. Таким образом, меньшее количество частиц наполнителя присутствует на поверхности бумажного полотна 14, обращенного к перфорированной поверхности 34. С другой стороны, более высокая концентрация частиц наполнителя присутствует на поверхности бумажного полотна 14, которая обращена в противоположную сторону от перфорированной поверхности 34.
После того, как бумажное полотно 14 освобождается от воды, бумажное полотно далее транспортируется и высушивается. По желанию, в процесс может быть включена еще одна или более перемещающая тканая или нетканая структура 44. В конечном счете, бумажное полотно 14 взаимодействует с высушивающим тканым материалом 46 и высушивается. Бумажное полотно может быть высушено в соответствии с любым приемлемым процессом. Например, в варианте, представленном на Фиг.3 бумажное полотно взаимодействует с одним или более нагревательным барабаном 48. Например, на Фиг.3, показаны три последовательно расположенных нагревательных барабана 48. Однако, следует учитывать, что может быть использовано большее или меньшее количество нагревательных барабанов. Барабаны могут нагреваться с использованием любого источника энергии. Например, барабаны могут нагреваться посредством электрического сопротивления или циркуляции горячего флюида, например, пара, внутри барабана. Один или более нагревательных барабанов 48 в значительно степени высушивают бумажное полотно 14.
Как описано выше, посредством процесса, показанного на Фиг.3, градиент концентрации частиц наполнителя формируется превышающим толщину бумажного полотна. Например, в одном варианте, более чем около 65% веса частиц наполнителя содержится в бумажной обертке между серединой обертки и поверхностью обертки, обращенной от перфорированной поверхности 34. В других вариантах, более чем около 70%, так же, более чем около 75% веса частиц наполнителя содержится в обертке между серединой обертки и поверхностью не контактирующей с перфорированной поверхностью 34. После формирования бумажного полотна, в соответствии с данным описанием, снижающая воспламенение композиция затем наносится на поверхность бумажной обертки содержащей более высокое количество частиц наполнителя.
Особое преимущество, поверхность бумажной обертки, содержащая большее количество частиц наполнителя, обычно, более гладкая, чем противоположная поверхность. Например, поверхность содержащая частицы наполнителя в более высокой концентрации может иметь гладкость по Шеффилду, которая составляет по меньшей мере на около 2% более гладкая., так же по меньшей мере на около 4% более гладкая, так же по меньшей мере на около 6% более гладкая, так же по меньшей мере на около 10% более гладкая, чем противоположная поверхность. Более гладкая поверхность лучше адаптирована для нанесения снижающей воспламенение композиции, особенно когда эта композиция наносится на бумагу печатанием. В общем, результатом более гладкой поверхности являются более единообразные свойства обработанных участков.
Бумажные обертки, выполненные в соответствии с данным описанием могут иметь любую приемлемую проницаемость и вес по необходимости, основываясь на подробном описании. Например, проницаемость бумажной обертки может в целом составлять от около 10 единиц по Кореста до около 200 единиц по Кореста. В некоторых случаях, проницаемость может находиться в пределах между у около 15 единиц по Кореста до около 55 единиц по Кореста. Однако в одном варианте данного изобретения, начальная проницаемость бумажной обертки относительно высокая. Например, в одном варианте, проницаемость бумажной обертки может составлять от около 60 единиц по Кореста до около 110 единиц по Кореста. Например, в различных вариантах, начальная проницаемость бумажной обертки может быть выше, чем около 70 единиц по Кореста, выше, чем около 80 единиц по Кореста, выше, чем около 90 единиц по Кореста или выше, чем около 100 единиц по Кореста.
Базовый вес папиросной бумаги обычно находится в пределах между около 18 г/см до около 60 г/см, а в отдельных случаях, между около 15 г/см до около 40 г/см. Оберточная бумага, в соответствии с данным изобретением, может быть изготовлена в любом из этих диапазонов.
После того как бумажное полотно 14, как показано на Фиг.3, сформировано, снижающая воспламенение композиция может быть нанесена на одну сторону полотна. Например, в одном варианте, снижающая воспламенение композиция может быть нанесена на дискретные зоны полотна, которые снижают характеристики способности к воспламенению курительных изделий, при соединении с полотном.
В общем, любая приемлемая снижающая воспламенение композиция может быть нанесена на бумажное полотно 14. Например, в одном варианте, снижающая воспламенение композиция содержит формирующий пленку материал. Например, формирующие пленку материалы, которые могут быть использованы в соответствии с данным изобретением, включают в себя альгинаты, гуаровую камедь, пектин, поливинил алкоголь, поливинил ацетат, производные целлюлозы, такие как этиловая целлюлоза, метиловая целлюлоза и карбоксиметиловая целлюлоза, крахмал, производные крахмала и т.п.
В конкретном варианте выполнения формирующий пленку материал может включать в себя альгинат. В целом, альгинат является производным кислотного полисахарида или камедью, которая встречается в виде нерастворимой смеси кальция, натрия, поташа и соли магния в коричневых водорослях Phaeophyceae. В целом, этими производными являются кальций, натрий, поташ и/или соли магния полисахаридов с высоким молекулярным весом входящие в различных пропорциях в D-маннуроновую кислоту и L-гулуроновую кислоту. Примерно, соли или производные альгиновой кислоты включают в себя альгинат аммония, альгинат поташа, альгинат натрия, пропилен гликоль альгинат и/или их смеси.
В одном варианте выполнения может быть использован альгинат с относительно низким молекулярным весом. Например, альгинаты могут иметь коэффициент вязкости менее, чем около 500 сР, когда их содержание составляет 3% от веса водного раствора при температуре 25°C. Более индивидуально, альгинаты могут иметь коэффициент вязкости менее чем 250 сР при вышеуказанных условиях, индивидуально, менее чем 100 сР, и в одном варианте, при коэффициенте вязкости около 20-60 сР. При данном использовании, коэффициент вязкости определяется при помощи LVF вискозиметра Брукфилда. Коммерчески доступные альгинаты, которые могут быть использованы, включают в себя KELGIN RL, MANUCOL LD и MANUCOL LB, которые все коммерчески доступны от Корпорации LSP, являющейся частью Корпорации FMC.
При сверх низких значениях коэффициента вязкости, альгинатные композиции могут формироваться при более высоком содержании твердых частиц, но в то же время, при достаточно низком коэффициенте вязкости раствора, позволять нанесение композиции на бумажную обертку с использованием обычных методов. Например, содержание твердых частиц в растворе альгината, изготовленного в соответствии с данным изобретением может быть более чем около 6%, индивидуально, более чем около 10% и более индивидуально, от около 10% до около 20% веса.
При более высоких уровнях содержания твердых частиц, альгинатные композиции, используемые в соответствии с данным изобретением, могут иметь коэффициент вязкости раствора от более чем около 250 сР, индивидуально, более чем около 500 сР, более индивидуально, более чем около 800 сР и в одном варианте, при коэффициенте вязкости более чем около 1 ООО сР при температуре 25°C. В общем, коэффициент вязкости раствора формирующей пленку композиции альгината может быть скорректирован, в зависимости от способа, которым данная композиция наносится на бумагу. Например, коэффициент вязкости композиции может быть скорректирован в зависимости от того, будет или не будет композиция нанесена на бумагу распылением или печатанием.
В других вариантах, следует также учитывать, что в зависимости от способа нанесения, может быть использован альгинат с высоким молекулярным весом. Например, альгинат может иметь коэффициент вязкости выше, чем около 500 сР при содержании в количестве 3% от веса водного раствора при температуре 25°C.
Дополнительно к одному или более формирующим пленку материалам, снижающая воспламенение композиция может также содержать, при необходимости, поддерживающий горение агент. Примеры поддерживающих горение агентов включают в себя соли щелочных металлов, соли щелочно-земельных металлов и их смеси. В одном варианте, поддерживающий горение агент может включать в себя соль карбоновой кислоты. Например, в индивидуальных примерах, поддерживающий горение агент может состоять из соли уксусной кислоты, соли лимонной кислоты, соли яблочной кислоты, соли молочной кислоты, соли винной кислоты, соли угольной кислоты, соли муравьиной кислоты, соли пропионовой кислоты, соли фумаровой кислоты, соли малоновой кислоты, соли янтарной кислоты, соли азотной кислоты, соли ортофосфорной (фосфорной) кислоты и их смесей. Например, в одном индивидуальном применении, поддерживающий горение агент может состоять из цитрата калия, цитрата натрия, сукцината калия, сукцината натрия или их смесей.
Дополнительно к формирующему пленку материалу и поддерживающему горение агенту, формирующая пленку композиция наносимая на бумажную обертку может содержать в себе различные другие ингредиенты.
Например, вариант, когда наполнитель может содержаться в составе композиции. Например, наполнителем может являться карбонат кальция, хлорид кальция, лактат кальция, глюконат кальция и т.п. Дополнительно к кальцийсодержащим комплексам могут быть использованы различные другие частицы, включая магнийсодержащий комплексы, например, оксид магния, частицы глины и т.п.
Еще один вариант, когда в снижающей воспламенение композиции может также присутствовать замедлитель горения. Например, приемлемый замедлитель горения может содержать фосфат аммония, например, диаммоний фосфат. Другие замедлители горения описаны в Патенте США US №6837248, который включен сюда по ссылке.
Вариант, по которому снижающая воспламенение композиция может быть на основе воды. В общем, снижающая воспламенение композиция может содержать водную дисперсию или водный раствор. Альтернативно, снижающая воспламенение композиция до нанесения на бумажную обертку может содержать неводный раствор или дисперсию.
Например, в этом варианте, для нанесения композиции на обертку может присутствовать спирт.
После разработки рецептуры снижающей воспламенение композиции, композиция может быть нанесена на бумажную обертку в дискретных зонах. Способы, которыми композиция наносится на бумажную обертку могут быть различными. Например, композиция может наноситься на обертку набрызгом, кистью или печатным способом. Для формирования обработанного участка, композиция может быть нанесена посредством одно- или многопроходной операции. Например, композиция может быть нанесена на оберточную бумагу последовательными этапами с целью формирования на бумаге участков, имеющих пониженную способность к воспламенению. В целом, во время многопроходного процесса, обработанные участки могут быть сформированы нанесением композиции за от около 2 до около 8 проходов.
Дополнительно к снижающей воспламенение композиции, бумажная обертка может также быть обработана различными другими агентами. Например, в одном варианте, поддерживающий горение агент, как описано выше, может быть нанесен, по существу, на всю поверхность оберточной бумаги. Поддерживающий горение агент может быть нанесен до или после нанесения на бумажную обертку снижающей воспламенение композиции. Например, поддерживающий горение агент может быть нанесен равномерно на поверхность бумажной обертки в количестве от около 0,3% до около 5% веса, так же, от около 0,3% до около 2,5% веса.
С целью оказания помощи при описании и объяснении данного изобретения, вариант курительного изделия в соответствии с данным описанием в целом показан на Фиг.1и 2. В целом, курительное изделие (сигарета) 10, имеющее улучшенные характеристики снижения способности к воспламенению включает в себя табачный стержень 12, находящийся внутри обертки 14. Изделие 10 может включать в себя фильтр 26.
Бумажное полотно 14 определяет внешнюю круговую поверхность 16 будучи обернутым вокруг табачного стержня 12. Дискретные зоны 18 внешней круговой поверхности 16 обработаны снижающей воспламенение композицией. Следует учитывать, что обработанные участки 18 могут также быть расположены на внутренней поверхности обертки 14. Другими словами, обертка 14 может быть обвернута вокруг табачного стержня 12 таким образом, чтобы обработанные участки 18 соприкасались с табаком.
Однако, как описано выше, различные выгоды и преимущества могут быть получены, если обработанные участки располагаются на внутренней поверхности курительного изделия. Например, было обнаружено, что нанесение обработанных участков на внешнюю поверхность курительного изделия позволяет снизить долю монооксида углерода в основном дыме. Далее, в зависимости от снижающей воспламенение композиции, нанесение композиции на внешнюю поверхность позволяет лучше сохранять эффективность композиции для снижения характеристик способности к воспламенению курительного изделия. Например, данные изобретатели обнаружили, что обработанные участки подвергаются воздействию более низких температур в процессе горения курительного изделия, если обработанные участки находятся на внешней поверхности бумажной обертки. Воздействие более низких температур на обработанные участки может продлить процесс термического разрушения снижающей воспламенение композиции.
Например, известно, что альгинат разрушается при температуре, которая на около 70°F ниже температуры, при которой горит целлюлоза. В процессе горения курительного изделия, горячий уголь приближается к обработанным участкам и альгинат начинает термически разрушаться, что снижает эффективность обработанных участков. С другой стороны, расположение снижающей воспламенение композиции на внешней поверхности курительного изделия может подвергать обработанные участки воздействию пониженных температур, позволяя обработанным участкам сохранять эффективность на более длительный период времени и таким образом обеспечивать лучшие характеристики снижения способности к воспламенению.
В варианте, показанном на Фиг.1 и 2, обработанные участки 18 определены как круговые перкрестно-направленные полосы 24. Полосы 24 отделены друг от друга продольно по длине сигареты 10. Полосы 24 показаны прозрачными на Фиг.2. Однако, следует учитывать, что обработанные участки могут быть по существу невидимыми в сформированной сигарете, как показано на Фиг.1. Другими словами, курильщик может не разглядеть снаружи, что обертка 14 обработана в дискретных зонах 18. В связи с этим, обработанные участки 18 могут иметь гладкую и плоскую текстуру, по существу не отличающуюся от необработанных участков 28.
Ширина и расстояние между полосами 24 зависят от ряда параметров, таких как первоначальная проницаемость обертки 14, плотность табачного стержня 12 и т.д. Полосы 24 преимущественно имеют такую ширину, чтобы поступление кислорода к горящему углю было ограничено достаточной длиной или периодом времени для затухания угля. Другими словами, если полоса 24 была бы слишком узкая, горящий уголь мог бы прожечь полосу 24 до самозатухания. В большинстве случаев, желаемая минимальная ширина полосы составляет 3 мм. Например, ширина полосы может составлять от около 4 мм до около 10 мм.
Расстояние между полосами 24 также является фактором, относящимся к ряду параметров. Расстояние не должно быть настольно велико, чтобы сигарета горела на протяжении достаточной длины такое время, чтобы поджечь подложку до того как уголь только загорится на обработанном участке 18. Расстояние между полосами 24 также влияет на тепловую инерцию горящего угля или на способность угля прожигать обработанные участки 24 без самозатухания. В процессе тестирования сигарет, заявители обнаружили, что диапазон интервалов между полосам составляющий от 5 до 50 мм является подходящим, а в особенности, от около 10 мм до 40 мм. Однако, следует учитывать, что расстояние между полосами может быть любой приемлемой ширины как определенное любым рядом параметров. В большинстве случаев, курительное изделие может содержать от 1 до 3 полос с использованием вышеуказанного интервала.
Проницаемость обработанных участков 18 может варьироваться в зависимости от различных факторов, включая базовую проницаемость бумажной обертки и вид снижающей воспламенение композиции, которая используется. В некоторых случаях, может быть желательно иметь проницаемость обработанных участков настолько высокую, насколько это возможно, для того, чтобы курящий не почувствовал разницу во вкусе или других характеристиках при выкуривании курительного изделия и продвигающийся уголь прожигал обработанные участки. Особым преимуществом является то, что, поскольку свойства обработанных участков могут тщательно контролироваться в соответствии с данным процессом, проницаемость обработанных участков может быть относительно высокой в то же время обеспечивая курительное изделие достаточными свойствами снижения способности к воспламенению. Например, обработанные участки могут иметь проницаемость выше чем около 15 по Кореста, а также, выше чем около 18 по Кореста, а также, выше чем около 20 по Кореста, а также, даже выше чем около 24 по Кореста.
Одним измерением, которое может быть использовано для определения свойств снижения способности к воспламенению является Индекс режима горения. Фактически, Индекс режима горения бумажной обертки может быть более точным при определении характеристик горения бумаги в противоположность к простому измерению проницаемости бумаги. Тест на определение Индекса режима горения объяснен в Патенте США US №4 739 775, выданном Хамплу, который включен сюда по ссылке.
-1
-1
-1
-1
Для того чтобы показать пониженные свойства к воспламенению, индекс режима горения (BMI) обработанных участков 18 может быть, в общем, менее чем около 8 см, и в частности, менее чем около 5 см. Например, в одном варианте, индекс режима горения обработанных участков 18 может составлять от около 1 см до около 3 см. Количество композиции, которая добавляется к бумаге будет зависеть от различных факторов, включая, вид используемой композиции и желаемый результат. В большинстве случаев, снижающая воспламенение композиция может быть добавлена к бумаге в количестве от около 1% до около 305 веса бумаги в области нанесения полос, а в частности, от около 2% до около 20% веса бумаги в области нанесения полос, после того, как полосы были нанесены и высушены. Хотя это не всегда так, обычно количество наносимой на бумагу композиции будет возрастать с возрастанием проницаемости бумаги. Например, оберточные бумаги имеют проницаемость менее чем около 30 единиц по Кореста, композиция может быть нанесена на бумагу в количестве от около 1% до около 15% веса. С другой стороны, для оберточных бумаг имеющих проницаемость выше чем около 60 единиц по Кореста, композиция может быть нанесена на бумагу в количестве от около 8% до около 30% веса.
Как описано выше, композиция может быть нанесена распылением, кистью или печатью на обертку. В основном, в данном описании может быть использован любой приемлемый процесс печати. Заявители обнаружили, что приемлемые печатные технологии включают в себя глубокую печать или флексографию. В одном варианте, как показано на Фиг.4, бумажная обертка 14 разматывается с подающего валка 50 и движется в направлении, показанном соответствующей стрелкой. Альтернативно, бумажная обертка 14 может быть изготовлена при помощи того или иного процесса изготовления бумаги и поступать непосредственно в процесс без первоначального накопления на подающем валке.
Как показано на Фиг.4, бумажная обертка 14 проходит через зону контакта(захватывающие ролики) S-образного валкового приспособления 52 в обратном S-образном направлении. С S-образного валкового приспособления 52 бумажное полотно 14 проходит на приспособление глубокой печати 54. Процесс глубокой печати может представлять собой прямой процесс печати или непрямой процесс печати, например, путем использования офсетчика. На Фиг.4 изображен непрямой процесс печати.
Приспособление глубокой печати состоит из резервуара 56 для композиции и ракеля (ракельного ножа) 58, который используется для нанесения композиции 62 на валок глубокой печати 64.
На валке глубокой печати 64 может быть выгравирован традиционный непрерывный ячеистый рельеф (например, четырехугольный ячеистый рельеф) в виде параллельных полос по ширине валка с негравированными участками между полосами. Каждая выгравированная ячейка содержит небольшое количество композиции, которое высвобождается в рельеф на резиновом валке-аппликаторе 66. Бумажное полотно 14 проходит через зону контакта между резиновым валком-аппликатором 66 и взаимодействующим с ним опорным валком 68. Композиция переносится с валка-аппликатора 66 на поверхность бумажной обертки 14, тем самым формируя бумагу с покрытием 70. Скорости движения валка глубокой печати 64 и валка-аппликатора 68 могут контролироваться таким образом, чтобы они были одинаковыми или различались незначительно с целью воздействия на процесс нанесения композиции. После того, как композиция нанесена на бумажную обертку 14, бумажная обертка при желании может быть высушена.
Например, как показано на Фиг.4, после выхода из приспособления глубокой печати 54, бумажное полотно 14 подвергается операции высушивания 72. Во время операции высушивания 72, обработанная бумага может быть высушена с использованием различных устройств и способов. Например, в одном варианте, операция высушивания 72 включает в себя сушильное устройство, которое пропускает горячий газ, например, воздух, над бумажным полотном. Температура воздуха может находится в диапазоне от около 100Т до около 600°F. В альтернативном варианте, сушильное устройство может представлять собой паровую камеру. После обработки композицией на устройстве глубокой печати, бумажное полотно может быть помещено в контакт с паровой камерой для высушивания композиции.
Кроме высушивания бумаги потоком горячего газа или при помощи паровой камеры, в другом варианте данного изобретения, бумага может быть высушена посредством воздействия на бумагу инфра-красных лучей. Например, в одном варианте, бумага может проходить под инфра-красной нагревательной лампой.
Еще в одном варианте данного изобретения, бумажное полотно 14 может быть просто высушено воздухом во время операции высушивания 72.
Следует учитывать, что процесс, показанный на Фиг.4 представляет просто один вариант нанесения композиции на бумажную обертку. Например, большее количество печатных установок в любом расположении может быть включено для нанесения композиции при многопроходной технологии.
После включения в курительное изделие, бумажные обертки изготовленные в соответствии с данным описанием хорошо подходят для снижения характеристик способности к воспламенению изделия. Например, курительные изделия, изготовленные в соответствии с данным описанием могут иметь по ASTM Тесту №Е2187-04 (Тест на затухание сигареты) проходной предел, по меньшей мере, около 75%, а также, по меньшей мере около 80%, а также, по меньшей мере, около 90%, а также даже 100% проходного допустимого значения. Дополнительно, такие курительные изделия могут также иметь показатель самозатухания на открытом воздухе (FASE) менее чем около 50%. А также, менее чем около 30%, а также менее чем около 20%, а также даже менее чем около 10%.
Данное описание может быть лучше понято по ссылке на следующие примеры.
Пример №1
Следующие тесты были проведены с целью продемонстрировать учение настоящего описания.
Различные бумажные обертки изготавливались, включая целлюлозные волокна в комбинации с наполнителем. В этом примере, наполнитель включал в себя карбонат кальция.
Во время формирования бумажных оберток, водная суспензия, содержащая волокна целлюлозы и частицы наполнителя осаждалась наперфорированную поверхность. Вода дренировалась через перфорированную поверхность всасыванием. Частицы наполнителя формировали градиент концентрации по толщине бумажных оберток. В частности, более высокая концентрация частиц наполнителя присутствовала на поверхности бумажной обертки не соприкасавшейся с перфорированной поверхностью (далее верхняя поверхность). Противоположная поверхность бумажной обертки или нижняя поверхность, располагалась в соприкосновении с перфорированной поверхностью и имела более низкую концентрацию частиц наполнителя.
Снижающая воспламенение композиция затем наносилась на бумажные обертки в виде полос. В некоторых вариантах полосы располагались на нижней поверхности бумаги. Однако, в других образцах, полосы располагались на верхней поверхности бумажных оберток.
Бумажные обертки затем оборачивались вокруг стержня табачного наполнителя. Бумажные обертки и курительные изделия тестировались на среднюю пористость полосы, на колебание коэффициента пористости полосы и на поступление монооксида углерода. Курительные изделия также тестировались в соответствии с ASTM Тестом №2187-04 и в соответствии с FASE Тестом.
Были получены следующие результаты:
Сторона печати
Нижняя поверхность
Верхняя поверхность
Средняя пористость полосы (CU)
15.1
18,6
Пористость полосы COV (%)
28,1
20,7
ASTM SE (%)
95
100
FASE SE (%)
10
30
СО (мг/сиг.)
16.2
15,1
Для того, чтобы рассчитать среднюю пористость полосы и колебание (вариативность) коэффициента пористости полосы, было произведено 250 измерений. Как показано выше, образцы, обработанные по верхней поверхности имели более высокую среднюю пористость полосы и более низкую вариативность коэффициента пористости полосы. Также, верхняя поверхность обработанных бумажных оберток показала более низкое поступление монооксида углерода при ее включении в курительное изделие.
Пример 2
Тесты, описанные в Примере 1 были повторены. В этом примере, бумажные обертки также содержали в качестве наполнителя карбонат кальция.
Бумажные обертки были изготовлены также как описано в Примере 1, для того, чтобы частицы наполнителя сформировали градиент концентрации по толщине бумажной обертки. Были получены следующие результаты:
Сторона печати
Нижняя поверхность
Верхняя поверхность
Средняя пористость полосы (CU)
21,2
25,3
Пористость полосы COV (%)
40,5
27,0
ASTM SE (%)
85
90
FASE SE (%)
20
10
СО (мг/сиг.)
14,7
13,8
Как показано выше, бумажные обертки обработанные по верхней поверхности имели более высокую среднюю пористость полосы и более низкий коэффициент вариативности пористости полосы. Также, поступление СО было снижено от около 5% до около 10%. Благодаря более единообразным полосам, курительные изделия, включающие обработанные по верхней поверхности обертки также показывали лучшие качества в отношении тестирования на самозатухание и FASE теста.
Эти и другие модификации и варианты настоящего изобретения могут быть применены на практике специалистами в данной области, без отхода от сущности и объема настоящего изобретения, которое более конкретно изложено в прилагаемой формуле изобретения. Кроме того, должно быть понятно, что объекты различных вариантов выполнения могут быть взаимозаменяемыми как полностью, так и частично. Кроме того специалистам в данной области будет понятно, что предшествующее описание представлено только для примера и не предназначено для ограничения изобретения, как описано в прилагаемой формуле изобретения.