КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА БУМАЖНУЮ ОБЕРТКУ ДЛЯ КУРИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
COMPOSITION FOR APPLYING COATING TO PAPER WRAPPER FOR SMOKING ARTICLES

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к области технологии изготовления бумажной обертки для курительных изделий.
Предпосылки создания изобретения
Производители сигарет все чаще испытывают необходимость в сигаретах с низкой склонностью к воспламенению, что соответствует нормативным требованиям в Соединенных Штатах Америки, в соответствии с которыми 75% сигарет должны затухать на подложке, которая обычно состоит из 10 листов особого типа фильтровальной бумаги. Указанный процент сигарет, которые затухают, в Соединенных Штатах Америки устанавливают в результате испытания на самозатухание или «SE» в соответствии с его аббревиатурой на английском языке, Self-Extinguishment (самозатухание), согласно ASTM E2187 («Стандартный испытательный метод для измерения склонности сигарет к воспламенению» в соответствии со стандартом Американского общества испытания и материалов), единственного официального испытания в настоящее время.
Однако, кроме того, производители сигарет также испытывают потребность в минимальном проценте сигарет, которые затухают во время свободного горения, без контакта с чем-либо, и, в идеале, равен нулю. Указанное устанавливают при помощи применения неофициального испытания, называемого "FASE" в соответствии с его аббревиатурой на английском языке, Free-Air Self-Extinguishment (самозатухание в свободном воздухе).
Основой для измерения величины FASE является определение процента сигарет, которые полностью прекращают горение после их зажигания и их курения на отрезок 5 мм (обычно в механизме для курения сигареты), когда их при этом держат за фильтр, не касаясь чего-либо более внутри стеклянной камеры или чего-либо подобного, где циркуляцию воздуха поддерживают настолько низкой, насколько это является возможным, чтобы обеспечить полное удаление дыма от горения (указанный параметр зависит от объема стеклянной камеры, однако в случае стеклянной камеры, где имеется встроенный механизм для курения сигареты, указанная скорость потока воздуха составляет приблизительно 0,5 литра/минуту).
Существует обширный уровень техники в отношении способов получения самозатухающих сигарет, таких как в заявке на получение патента WO 2003/15543. Применение аравийской камеди привело к важному вкладу в получение самозатухающих сигарет, однако при этом было необходимо улучшить наполнитель композиции, образующий пленку, заменив гидроксид алюминия соединениями, которые повышают процент сигарет, которые не затухают во время свободного горения.
В таких патентах, как US 4615345, упоминается карбонат кальция, однако не в смысле уменьшения величины FASE в сравнении с гидроксидом алюминия.
Патент EP 1166656 B1 раскрывает применение карбоната кальция в качестве наполнителя с размером частиц, составляющим 1,3 мкм, и с различными формами. Тем не менее, его не комбинируют с аравийской камедью при этом. Нечто подобное встречается в заявке на получение патента EP 1403432, которая раскрывает применение карбоната кальция с размером частиц в диаметре, который составляет менее чем 1,3 мкм.
С другой стороны, заявка US 20030178039 упоминает аравийскую камедь среди возможных материалов, образующих пленку, для композиции, которую применяют для бумаги, диспергируемой в воде, так же как и карбонат кальция, в качестве возможного наполнителя в указанной композиции. Кроме того, оба вещества не указаны в качестве конкретной комбинации, так что нет никаких предпосылок для явно выраженной комбинации двух веществ. По этой причине, различия между указанной заявкой и настоящим изобретением состоят в следующем: (1) в то время как объект новой композиции этой заявки относится к так называемой «сигаретной бумаге», заявка US 20030178039 относится только к бумаге для обертки штранга и к бумаге для внешнего покрытия; (2) объектом настоящего изобретения является затухание сигарет, в то время как объектом заявки US 20030178039 является усиление способности фильтровальной бумаги диспергироваться в воде, и мундштук.
С помощью бумаги, полученной в соответствии с настоящим изобретением, достигают уменьшения величины FASE для заданной величины SE, в сравнении с гидроксидом алюминия, как это будет показано ниже.
Задача изобретения
Настоящее изобретение имеет в качестве объекта композицию для нанесения покрытия на бумажную обертку для курительных изделий, которая содержит комбинацию аравийской камеди и карбоната кальция, что обеспечивает преимущество в получении самозатухающих сигарет с более низким процентом самозатухания во время свободного горения, чем когда применяют гидроксид алюминия.
Способ в соответствии с изобретением позволяет обеспечить бумагу для сигарет, которую предпочтительно применяют с внутренней стороны или которая контактирует с табаком, с покрытием, которое является подходящим для поддержания параметра FASE в наиболее низком из возможных значений. Указанное покрытие может быть нанесено на отдельные участки, отделенные друг от друга участками без покрытия, или нанесено непрерывным образом, с применение общеизвестных технологий печати. Указанную композицию для покрытия получают из раствора, изготовленного на основе аравийской камеди или гуммиарабика, с наполнителем, который содержит по меньшей мере карбонат кальция. Другие минеральные наполнители, которые также являются полезными для указанной цели и которые могут быть применены в комбинации с карбонатом кальция, представляют собой каолин, сульфат кальция, диоксид титана и т.д. Агенты горения, такие как цитрат, предпочтительно тринатрий цитрат и трикальций цитрат, отдельно или в комбинации друг с другом также могут быть добавлены к композиции.
В этом описании термины «композиция» и «краска» применяют в качестве взаимозаменяемых. Когда ссылаются на композицию в виде сухого материала, то это однозначно указывают. Кроме того, выражения «в отношении сухого материала» и «в отношении твердых веществ» или «по отношению к твердым веществам» также применяют в качестве взаимозаменяемых.
Описание изобретения
Настоящее изобретение, в первую очередь, относится к композиции для нанесения покрытия на бумажную обертку для курительных изделий, которая содержит комбинацию аравийской камеди и наполнителя, который содержит карбонат кальция, отдельно или в комбинации с другими веществами.
В соответствии с частными вариантами осуществления композиции для нанесения покрытия на бумажную обертку для курительных изделий наполнитель может содержать карбонат кальция в комбинации с другими веществами, выбранными из каолина, сульфата кальция, диоксида титана и их смесей.
В соответствии с дополнительными частными вариантами осуществления композиции для нанесения покрытия на бумажную обертку для курительных изделий наполнитель может содержать карбонат кальция в комбинации с цитратом, предпочтительно тринатрий цитратом и трикальций цитратом.
Аравийская камедь представлена в композиции в процентном содержании, предпочтительно находящемся в пределах между 40% и 95% от массы, по отношению к общей массе сухого материала, более предпочтительно в пределах между 45 и 90% от массы, даже более предпочтительно в пределах между 50 и 80% от массы, по отношению к общей массе сухого материала указанной композиции.
Остальные вещества композиции для покрытия представляют собой по меньшей мере карбонат кальция, отдельно или в комбинации с другими веществами. В соответствии с настоящим изобретением процентное содержание карбоната кальция в сухом материале композиции составляет по меньшей мере 5% от массы, и при этом он представлен в указанной композиции в количестве, находящемся в пределах между 5 и 60% от массы, по отношению к общей сухой массе композиции, предпочтительно в пределах между 10 и 55% от массы и более предпочтительно в пределах между 20 и 50% от массы.
Особенно предпочтительная композиция для покрытия представляет собой композицию или краску, которая имеет содержание сухого материала, находящееся в пределах между 25 и 40% от массы, по отношению к общей массе композиции, и где указанный сухой материал содержит:
- 67% от массы аравийской камеди, по отношению к сухому материалу,
- 33% от массы карбоната кальция, по отношению к сухому материалу.
Композицию наносят на бумажную обертку курительного изделия в жидком виде.
С указанным количеством карбоната кальция получают следующие преимущества:
- Видимость нанесенной полоски со стороны, противоположной нанесению, является более низкой.
- Значение диффузионной способности для достижения желательного значения затухания сигарет в соответствии с испытанием согласно ASTM E2187 является выше тогда, когда применяют карбонат кальция, чем тогда, когда применяют гидроксид алюминия в соответствии с заявкой на получение патента WO 2003/15543 и вследствие этого применение карбоната кальция понижает содержание смолы, никотина и монооксида углерода, что является ключевым фактором для выполнения положений действующего европейского законодательства.
Дополнительный вариант осуществления композиции, также являющийся предпочтительным, представляет собой композицию, имеющую содержание сухого материала, находящееся в пределах между 25 и 40% от массы, по отношению к общей массе композиции, и при этом содержащую:
- в пределах между 40% и 95% аравийской камеди, по отношению к массе сухого материала,
- в пределах между 5 и 60% от массы карбоната кальция, по отношению к массе сухого материала.
Дополнительный вариант осуществления композиции, также являющийся предпочтительным, представляет собой композицию, имеющую содержание сухого материала, находящееся в пределах между 25 и 40% от массы, по отношению к общей массе композиции, и при этом содержащую:
- в пределах между 40% и 95% от массы аравийской камеди, по отношению к массе сухого материала,
- в пределах между 5 и 60% от массы карбоната кальция, по отношению к массе сухого материала.
- в пределах между 2,5% и 4% от массы агента горения, выбранного из трицитрата натрия, трицитрата калия и смеси обоих, предпочтительно приблизительно 3,5% от массы, по отношению к массе сухого материала.
Значение диффузионной способности для достижения правильного значения затухания сигарет в соответствии с испытанием согласно ASTM E2187 является тем выше, чем выше процент карбоната кальция, по отношению к массе твердых веществ в краске, в результате чего является предпочтительным применять краску с высокими уровнями карбоната кальция.
- Что касается определения диффузионной способности (которую также называют коэффициентом диффузии или способностью), то, хотя и не существует стандартного метода для ее определения, его обоснование состоит из следующего: образец бумаги размещают между двумя камерами. В одной из них имеется постоянный поток азота, а в другой - такой же поток диоксида углерода. При этом между двумя камерами не существует разницы давлений. Азот распространяется через бумагу по направлению к потоку диоксида углерода и обратно. Концентрацию диоксида углерода на выходе из камеры, где течет азот, непрерывно замеряют, указанную концентрацию применяют для вычисления диффузионной способности образца.
Объектом настоящего изобретения также является применение описанной композиции для частичного или полного покрытия бумажной обертки сигареты. Композиция может быть нанесена посредством печати с помощью метода, выбранного из флексографии, ротационной глубокой печати, трафаретной печати и офсетного способа.
Композиция может быть нанесена на сигаретную бумагу в качестве частичного покрытия, в виде полосок, параллельных друг к другу, и расположенных перпендикулярно к оси курительного изделия, или с небольшим отклонением от указанной оси, например, на угол, находящийся в пределах между 0,5° и 5°, приблизительно по отношению к перпендикулярной линии к оси указанного курительного изделия. Указанные полоски, параллельные друг к другу, могут иметь ширину, находящуюся в пределах между 4 и 10 мм и предпочтительно находящуюся в пределах между 6 и 8 мм. Полоски, параллельные друг к другу, могут быть отделены расстоянием, находящимся в пределах между 10 и 30 мм и предпочтительно они отделены расстоянием, находящимся в пределах между 15 и 25 мм.
Указанная композиция может быть нанесена на бумагу в количестве, находящемся в пределах между 0,5 и 10 грамм сухого материала на квадратный метр бумаги и предпочтительно в пределах между 0,9 и 8 грамм сухого материала на квадратный метр бумаги, которое определено в нанесенном участке.
Для нанесения композиции могут быть применены стандартные технологии печати, такие как флексография, ротационная глубокая печать, трафаретная печать и печать офсетным способом, хотя является предпочтительным применять флексографию, нанося композицию по всей площади или в виде полосок, применяя передаточный валик, приспособленный для соответствующего переноса указанной композиции на бумажную обертку для курительного изделия. В соответствии с изобретением указанная композиция должна быть нанесена на указанную бумагу в количестве, находящемся в диапазоне в пределах между 0,5 и 10 грамм сухого материала на квадратный метр бумаги и более предпочтительно в пределах между 0,9 и 8 грамм сухого материала на квадратный метр бумаги, которое определено в нанесенном участке.
Очень важным параметром, который необходимо учитывать при нанесении краски на бумагу посредством применения любого из методов, является вязкость композиции. Существует ограничение в отношении вязкости при ротационной глубокой печати и флексографии, выше которой перенос композиции на основу, подлежащую печати, становится сложным. Основываясь на нашем опыте, вязкости, находящиеся в пределах между 80 и 600 сП, установленные с использованием вискозиметра Brookfield RVT при комнатной температуре, а также подходящий валик для указанных значений вязкости со скоростью 20 об/мин являются наиболее подходящими.
2
Воздушную проницаемость бумаги измеряют в мл/мин/см, при статическом давлении, составляющем 1 кПа, как описано в стандартном методе №40, разработанном CORESTA (Cooperation Centre for Scientific Research Relative to Tobacco - Центр сотрудничества научных исследований, связанных с табаком). В связи с этим указанную единицу обычно называют единицей Coresta, или CU.
2
2
Исходная проницаемость бумаги может составлять 19 CU или выше, например 150 CU. Волокна, которые составляют бумагу, могут быть на основе древесины или быть другими волокнами, как, например, волокна однолетних растений, таких как лен, конопля, эспарто, джут и другие. Указанная бумага имеет плотность, находящуюся, например, в пределах между 19 и 40 г/м, предпочтительно в пределах между 20 и 30 г/м.
Кроме того, настоящее изобретение имеет в качестве объекта бумажную обертку сигареты, которая содержит композицию, описанную выше.
Частный вариант осуществления обертки для курительного изделия с низкой склонностью к воспламенению представляет собой обертку, содержащую, по меньшей мере, участки, покрытые краской, состоящей из:
- процентного содержания сухого материала, находящегося в пределах между 25 и 40% от массы, по отношению ко всей композиции,
- аравийской камеди, находящейся в пределах между 40% и 95% от массы, по отношению к массе сухого материала,
- карбоната кальция, находящегося в пределах между 5 и 60% от массы, по отношению к массе сухого материала, и предпочтительно, имеющую исходную воздушную проницаемость, находящуюся в пределах между 10 CU и 150 CU.
Дополнительный частный вариант осуществления обертки для курительного изделия с низкой склонностью к воспламенению представляет собой обертку, содержащую по меньшей мере, участки, покрытые краской, состоящей из:
- процентного содержания сухого материала, находящегося в пределах между 25 и 40% от массы, по отношению ко всей композиции,
- аравийской камеди, находящейся в пределах между 40% и 95% от массы, по отношению к массе сухого материала,
- карбоната кальция, находящегося в пределах между 5 и 60% от массы, по отношению к массе сухого материала,
- агента горения, находящегося в пределах между 2,5% и 4% от массы, выбранного из трицитрата натрия, трицитрата калия и смеси обоих, предпочтительно приблизительно составляющего 3,5% от массы, по отношению к массе сухого материала, и предпочтительно, имеющую исходную воздушную проницаемость, находящуюся в пределах между 10 CU и 150 CU.
Кроме того, настоящее изобретение имеет в качестве объекта курительное изделие, предпочтительно сигарету, которая содержит сигаретную бумажную обертку, описанную выше.
В настоящем описании слово «краска» и выражение «композиция для покрытия» следует рассматривать как синонимы и использовать в качестве взаимозаменяемых.
Краткое описание фигур
Фигура 1 показывает полученные результаты в отношении процента затухших сигарет, установленного в соответствии с ASTM E2187 (SE) и в соответствии с параметром затухания во время свободного горения (FASE), в сравнении со значением диффузионной способности, для сигарет с наполнителем, являющимся исключительно карбонатом кальция.
Фигура 2 показывает полученные результаты в отношении процента затухших сигарет, установленного в соответствии с ASTM E2187 (SE) и в соответствии с параметром затухания во время свободного горения (FASE), в сравнении со значением диффузионной способности, для сигарет с наполнителем, являющимся исключительно гидроксидом алюминия.
Примеры вариантов осуществления
Изготовление композиции для покрытия
Изготовление композиции в соответствии с изобретение описано в заявке на получение патента WO 2003/15543.
Такую композицию изготавливают посредством растворения заданного количества аравийской камеди или гуммиарабика в воде до концентрации, которая находится в пределах между 40 и 95% от массы, по отношению к общей массе сухого материала композиции, предпочтительно в пределах между 45 и 90% от массы, более предпочтительно в пределах между 50 и 80% от массы и даже более предпочтительно в пределах между 60 и 68% от массы, остальные твердые вещества представляют собой по меньшей мере карбонат кальция. Воду добавляют до получения 100% от массы.
Изготовление жидкой краски для покрытия, или композиции, осуществляют посредством смешивания подходящего количества раствора аравийской камеди в воде, с концентрацией 39%, и карбоната кальция в подходящем устройстве, для достижения хорошей дисперсии карбоната кальция (обычно, указанные устройства представляют собой смесительные аппараты с существенными сдвиговыми усилиями, такие как, например, смесительный аппарат Silverstone), добавляя в конце необходимое количество воды, чтобы получить подходящую концентрацию сухого материала.
Указанная концентрация сухого материала зависит в основном от двух факторов:
- параметров печати, которые в флексографии главным образом представляют собой объем анилоксового валика,
- диффузионной способности и/или воздушной проницаемости сигаретной бумаги, подлежащей печати. Диффузионная способность и/или воздушная проницаемость сигаретной бумаги не являются параметрами, которые в узком смысле означают то же самое, хотя они являются связанными для конкретного образца сигаретной бумаги.
Пример нанесения композиции для покрытия и анализ влияния типа наполнителя.
Для того чтобы определить рабочие пределы нашей технологии, мы стартовали из краски, состоящей из 67% от массы сухого материала аравийской камеди, и 33% от массы наполнителя, по отношению к сухому материалу, при нескольких уровнях его содержания в твердом веществе, при этом указанный наполнитель в одном случае представлял собой гидроксид алюминия с размером частиц, составляющим 1,2 микрона и осажденный карбонат кальция с размером частиц, который составлял менее чем 1 микрон, в другом случае. Посредством нанесения указанной композиции на бумажную обертку для курительных изделий, изготовленную из древесных волокон и с воздушной проницаемостью, составляющей 50 CU, были нанесены полоски различной массы.
Специальный способ нанесения композиции на обертку
3
2
Слой краски или композиции для покрытия был нанесен с помощью использования флексографской машины с центральным барабаном, используя анилокс с удельной краскоемкостью, составляющей 30 см/м, и офсетной формой с глубиной печатающих элементов, составляющей 2,54 мм.
Была проанализирована диффузионная способность нанесенных полосок и были изготовлены сигареты с применением типичного табака "American blend" ("Американская смесь"). Сигареты были проанализированы в соответствии с методом согласно ASTM E2187 для определения их затухания на подложке из фильтровальной бумаги (SE). Также определяли их затухание во время свободного горения (FASE).
Фигуры 1 и 2 показывают результаты в отношении процента затухших сигарет, определенного в соответствии с параметром самозатухания (SE) и в соответствии с параметром затухания во время свободного горения (FASE), в сравнении со значениями диффузионной способности, для сигарет с наполнителем, являющимся исключительно карбонатом кальция (Фигура 1), и для сигарет с наполнителем, являющимся исключительно гидроксидом алюминия (Фигура 2).
Принимая во внимание, что целью является получить минимум 75% сигарет, которые затухают на подложке (% SE) и значения FASE низкие настолько, насколько это является возможным, указанное исследование показывает, что значения % FASE для указанного значения, составляющего 75% SE, являются значительно более низкими, когда применяют карбонат кальция, чем когда применяют гидроксид алюминия (приблизительно 50% FASE с применением гидроксида алюминия и 15% с применением карбоната кальция). Кроме того, диапазон значений диффузионной способности, при которых получают по меньшей мере 75% SE, является большим в случае карбоната кальция (0-0,293 см/сек), чем в случае гидроксида алюминия (0-0,172 см/сек).
Пример обертки сигареты в соответствии с изобретением
При том что для цели настоящего изобретения полезной является любая бумажная обертка для курительных изделий, которая имеет проницаемость для воздуха, находящуюся в пределах между 15 и 150 CU, с целью демонстрации в следующей таблице указаны характеристики бумаги, которую применяли в следующих испытаниях:
Таблица 1
Характеристики бумажной обертки для курительных изделий
ТИП БУМАГИ
VERGE EXTRA 824 N-50_CO
ПЛОТНОСТЬ г/м<sup>2</sup>
25,5
ПЕПЕЛ, %
17,0
ПРОНИЦАЕМОСТЬ, CU
49,1
СОПРОТИВЛЕНИЕ РАЗРЫВУ, г/15 мм
1400
УДЛИНЕНИЕ, %
1,4
ДОБАВКИ ГОРЕНИЯ *
0,70
* процент моногидрата лимонной кислоты
То, что определено как пепел, является показателем содержания минерального наполнителя бумаги, который в случае бумажной обертки для курительных изделий обычно представляет собой карбонат кальция. Экспериментальный коэффициент, на который указанная величина должна быть умножена, чтобы получить соответствующий процент карбоната кальция, составляет 1,695.
Данные в отношении состава краски, плотности нанесенного слоя, вместе с диффузионной способностью, определенной в полоске, а также значения SE и FASE сигарет, изготовленных из указанных бумаг, показаны в следующих таблицах 2 и 3.
Таблица 2
Композиция с применением гидроксида алюминия
Состав краски (% от массы)
Плотность слоя, г/м<sup>2</sup>
Диффузионная способность, см/сек
% SE
% FASE
25% аравийской камеди 12,4% гидроксида алюминия
4,4
0,06
100
100
20% аравийской камеди 9,9% гидроксида алюминия
3,4
0,122
100
85
16% аравийской камеди 7,9% гидроксида алюминия
2,5
0,248
35
0
12,1% аравийской камеди 5,9% гидроксида алюминия
1,7
0,642
0
0
Таблица 3
Композиция с применением карбоната кальция
% от массы, в композиции
Плотность слоя, г/м<sup>2</sup>
Диффузионная способность, см/сек
% SE
% FASE
25% аравийской камеди 12,4% карбоната кальция
3,9
0,129
100
100
20% аравийской камеди 9,9% карбоната кальция
3,2
0,144
100
100
16% аравийской камеди 7,9% карбоната кальция
2,5
0,293
75
15
12,1% аравийской камеди 5,9% карбоната кальция
1,7
0,476
10
0
Во всех случаях, проценты аравийской камеди и карбоната кальция в сухом материале составляют 67% и 33% соответственно. Процент сухого материала краски, применяемого при нанесении, является различным.
Фигуры 1 и 2 показывают зависимость между диффузионной способностью полоски и процентами SE и FASE для каждого вида наполнителя.
Очень сложно достичь заданных значений SE, так что изготавливают краски с различными содержаниями сухого материала, сохраняя соотношение между аравийской камедью и наполнителем, и это интерполируют.