СИГАРЕТНАЯ БУМАГА С НИЗКИМ СВОЙСТВОМ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ
CIGARETTE PAPER WITH LOW FLAME SPREADING PROPERTY

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к сигаретной бумаге с низким свойством распространения пламени.
Уровень техники
Существует потребность в том, чтобы сигарета при обычном курении продолжала гореть, но в то же время желательно затруднить распространение пламени от горящей сигареты на пол или подобный объект при падении сигареты на пол или подобный объект, например, в результате небрежности курильщика. Для исключения таких случаев, например, в публикации JP 2004-512849 (соответствующей WO 02/37991) раскрыта сигаретная бумага, обладающая функцией предотвращения распространения пламени при падении горящей сигареты посредством нанесения пленкообразующей композиции в виде ободков на оберточную бумагу для уменьшения воздухопроницаемости оберточной бумаги в области нанесения. В качестве примеров пленкообразующей композиции указаны: альгинат, пектин, силикат, карбоксилметилцеллюлоза, другие производные целлюлозы, гуаровая смола, крахмал, модифицированный крахмал, поливинилацетат, поливиниловый спирт и подобные вещества.
Сущность изобретения
Однако в публикации JP 2004-512849 не приведен пример определения свойства распространения пламени в оберточной бумаге, на которую нанесена пленкообразующая композиция.
С другой стороны, авторы настоящего изобретения покрывали оберточную бумагу пектином (из ряда различных веществ) и изучали действительное свойство распространения пламени в оберточной бумаге и установили, что свойство распространения пламени изменяется в зависимости от различий в степени эстерификации (СЭ) пектина, нанесенного в виде покрытия, при сравнении с условиями нанесения такого же количества вещества покрытия.
Таким образом, целью настоящего изобретения является создание сигаретной бумаги, обладающей хорошим эффектом подавления распространения пламени с помощью покрытия, содержавшего малое количество пектина.
Согласно настоящему изобретению создана сигаретная бумага, обладающая низким свойством распространения пламени, характеризуемая содержанием базовой сигаретной бумаги и множеством областей подавления горения, расположенных на расстоянии друг от друга на одной поверхности базовой сигаретной бумаги, причем области подавления горения образованы посредством нанесения покрытия на базовую сигаретную бумагу из пектина с низким содержанием метоксила.
Согласно одному варианту изобретения с помощью сигаретной бумаги получают сигарету с процентом сгорания от полной длины (PFLB) от 0 до 25% при измерении по стандарту ASTM E-2187-04.
2
Согласно другому варианту изобретения базовая сигаретная бумага имеет вес от 15 до 30 г/м.
2
Согласно другому варианту изобретения покрытая часть покрыта пектином с низким содержанием метоксила в количестве 2,0 г или менее на 1 м площади покрытой части.
Согласно другому варианту изобретения области подавления горения выполнены в виде множества полосок, которые, например, когда табачный стержень обернут в сигаретную бумагу, продолжаются в продольном направлении табачного стержня и расположены на расстоянии друг от друга в окружном направлении табачного стержня.
Согласно другому варианту изобретения области подавления горения выполнены в виде множества кольцевых ободков, которые, например, когда табачный стержень обернут в сигаретную бумагу, продолжаются в окружном направлении табачного стержня и расположены на расстоянии друг от друга в продольном направлении табачного стержня.
Согласно настоящему изобретению базовая сигаретная бумага покрыта пектином с низким содержанием метаксила (НСМ), используемым в качестве агента, подавляющего горение, благодаря чему получается сигаретную бумагу с низким свойством распространения пламени, которая обладает хорошим эффектом подавления распространения пламени при использовании малого количества покрытия.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематичный вид в перспективе, с частичным вырывом, примера сигареты, обернутой в сигаретную бумагу согласно одному варианту изобретения; и
Фиг.2 - схематичный вид в перспективе, с частичным вырывом, примера сигареты, обернутой в сигаретную бумагу согласно другому варианту изобретения.
Предпочтительный вариант выполнения изобретения
Настоящее изобретение ниже описано более подробно.
В сигаретной бумаге по изобретению образовано множество областей подавления горения, которые покрыты агентом, подавляющим горение, содержащим пектин с НСМ, расположенных на расстоянии друг от друга на оберточной бумаге, служащей в качестве базовой бумаги (базовой сигаретной бумаги).
2
2
2
2
Базовая сигаретная бумага является обычной сигаретной бумагой, выработанной из обычной льняной волокнистой массы. Такая базовая сигаретная бумага обычно содержит обычно используемый наполнитель, включающий: карбонаты, например карбонат кальция, и гидроксиды, например гидроксид кальция и гидроксид магния, в количестве от 2 г/м или более. Наполнитель может содержаться в базовой сигаретной бумаге в количестве от 2 до 8 г/м. Кроме того, базовая сигаретная бумага обычно имеет базовый вес от 15 до 30 г/м. Базовый вес составляет предпочтительно от 20 до 28 г/м. Базовая сигаретная бумага обычно обладает присущей ей воздухопроницаемостью, составляющей от 10 до 80 единиц по стандарту CORESTA.
В базовую сигаретную бумагу может быть добавлен агент для регулирования горения, например лимонная кислота или ее соли (натриевая соль или калийная соль). Обычно в базовой сигаретной бумаге используют агент для регулирования горения (если его добавляют) в количестве 2 вес.% или менее.
На поверхность базовой сигаретной бумаги наносят множество областей подавления горения, каждую из которых формируют посредством нанесения в виде покрытия агента (пектина с НСМ), подавляющего горение, располагаемых на расстоянии друг от друга. Области подавления горения могут быть обеспечены в виде множества полосок, например таких, которые, при заворачивании табачного стержня в сигаретную бумагу, продолжаются в продольном направлении табачного стержня и расположены на расстоянии друг от друга в окружном направлении табачного стержня. Альтернативно области подавления горения могут быть обеспечены в виде множества кольцевых ободков, например таких, которые продолжаются в окружном направлении табачного стержня и расположены на расстоянии друг от друга в продольном направлении табачного стержня.
Согласно настоящему изобретению пектин с НСМ используют в качестве агента, подавляющего горение. Пектин обычно состоит из полисахарида (пектиновой кислоты), состоящего из α-D-галактуроновой кислоты и пектиновой кислоты, где часть пектиновой кислоты была метилэстерифицирована. Долю пектиновой кислоты в общем количестве пектина называют степенью эстерификации (СЭ). Пектин, обладающий СЭ 50% или более, называют пектином с высоким содержанием метоксила (пектин с ВСМ), а пектин, обладающий СЭ, меньшей 50%, называют пектином с низким содержанием метаксила (пектин с НСМ).
Пектин связан с целлюлозой и подобными веществами в растительной ткани и присутствует в качестве водонерастворимого компонента. Большая часть пектина, экстрагируемая кислотным раствором, является пектином с ВСМ, и если надлежит готовить пектин с НСМ, то участок в позиции C-6 галактуроновой кислоты деметилируют посредством использования кислоты, щелочи, энзима или аммиака. Коммерчески доступны пектины с НСМ, обладающие различными СЭ, соответствующими степеням деметилирования.
2+
Кроме того, хотя оба пектина (пектин с ВСМ и пектин с НСМ) обладают способностью к гелеобразованию, их механизмы гелеобразования отличаются друг от друга. Более конкретно пектин с ВСМ образует гель, необратимый под воздействием тепла, при содержании сахарида около 55% или более и при pH, равном 3,5 или менее, тогда как пектин с НСМ желатинируется в присутствии иона поливалентного металла, например кальция и магния, независимо от сахарида, pH и количества содержащегося твердого вещества. Считается, что механизм гелеобразования пектина с НСМ существует благодаря ионной связи, посредством которой ион поливалентного металла (например, Ca) образует поперечную связь между карбоксильными группами в молекуле пектина, и благодаря координационной связи между парой одиночных электронов и ионом поливалентного металла.
Согласно настоящему изобретению пектин с НСМ может быть нанесен на базовую сигаретную бумагу, например посредством процесса глубокой печати, в виде водного раствора относительно высокой концентрации (концентрации, составляющей от 1 до 12 вес.%). Так как водный раствор пектина с НСМ является кислым, то этим раствором можно растворять карбонат кальция, гидроксид кальция и гидроксид магния, являющиеся трудно растворимыми водой наполнителями, содержащимися в базовой сигаретной бумаге, таким образом диссоциируя поливалентные катионы (ион кальция и ион магния). Диссоциированные поливалентные катионы превращают пектин с НСМ в гель посредством действия упомянутого выше механизма гелеобразования, в результате формируется стойкий гель пектина с НСМ. Этим обеспечивают возможность формирования покрытия даже при использовании относительно малого количества пектина с НСМ. Упомянутое выше количество наполнителя в базовой сигаретной бумаге является достаточным для такого желатинирования пектина с НСМ.
2
Посредством нанесения покрытия из упомянутого выше пектина с НСМ на сигаретную бумагу по изобретению можно создать сигарету (сигарету, полученную посредством заворачивания табачной начинки в сигаретную бумагу), обладающую PFLB (процент сгорания от полной длины), составляющего от 0 до 25%, предпочтительно от 0 до 5%, при измерении по стандарту ASTM E-2187-04. Обычно количество (по сухому веществу) наносимого в виде покрытия пектина с НСМ предпочтительно составляет 2 г или менее на 1 мплощади покрытой части.
2
PFLB пектина с НСМ может достигать приблизительно 15% или менее при нанесенном количестве покрытия, составляющем от 1,2 до 2,0 г/м.
Настоящее изобретение ниже описано более подробно со ссылками на Фиг. 1 и 2.
На Фиг. 1 изображен схематический вид в перспективе (с частичным вырывом) примера сигареты, обернутой в сигаретную бумагу, содержащую образованные в виде полос области подавления горения согласно одному варианту изобретения. На Фиг. 2 изображен схематический вид в перспективе (с частичным вырывом) примера сигареты, обернутой в сигаретную бумагу, содержащую области в виде кольцевых ободков подавления горения согласно другому варианту изобретения.
Сигарета 10 (см. Фиг. 1) содержит табачный стержень 11, состоящий из табачной начинки 13, обернутой в сигаретную бумагу 12 по изобретению, в виде стержня. Табачный стержень 11 обычно имеет длину окружности, составляющую от 17 до 26 мм, и длину, составляющую от 49 до 90 мм. К ближнему концу 11b (а именно: к концу, расположенному дальше по ходу в направлении затяжки) табачного стержня 11 может быть прикреплен обычный фильтр 15 посредством использования обычной мундштучной бумаги 14.
Множество областей 122, определяющих области подавления горения, образовано в виде полос, покрытых агентом, подавляющим горение (пектином с НСМ), как пояснено выше, на внутренней поверхности (поверхности, контактирующей с табачной начинкой) базовой сигаретной бумаги 121, представляющей сигаретную бумагу 12 по изобретению. Эти образованные в виде полос области 122 подавления горения расположены на расстоянии друг от друга в окружном направлении табачного стержня 11.
Между смежными областями 122 подавления горения в виде полос образованы обычные области горения 123, не покрытые агентом, подавляющим горение. Так как области 123 представлены частью базовой сигаретной бумаги 121, то они могут гореть при обычном процессе курения, как при использовании одной базовой сигаретной бумаги 121. Таким образом, области 123 (каждая) действуют как обычные области горения. Например, образованные в виде полос области 122 подавления горения (каждая) могут иметь ширину от 1 до 6 мм в окружном направлении. Расстояние между смежными областями 122 подавления горения предпочтительно составляет от 2 до 20 мм.
В сигарете по Фиг. 1 может быть обеспечена область 124, не покрытая агентом, подавляющим горение, покрывающая расстояние d от конца базовой сигаретной бумаги 121. Область у концевой части, не покрытая агентом, подавляющим горение, также составляет обычную область горения, и может соответствовать области, сгорающей за одну затяжку или за две затяжки в обычной сигарете. Расстояние d от конца 11a табачного стержня может составлять от 10 до 25 мм. Нет особой необходимости в формировании области 122 подавления горения на внутренней поверхности сигаретной бумаги, соответствующей той части сигаретной бумаги 121, которая покрыта мундштучной бумагой 14.
Сигарета 20 по Фиг. 2 имеет конструкцию, подобную конструкции сигареты по Фиг. 1, за исключением формы областей подавления горения в сигаретной бумаге, которой обернута табачная начинка. Таким образом, на Фиг.2 элементы, подобные элементам, представленным на Фиг.1, обозначены такими же позициями, а их объяснение опущено.
В сигарете 20 по Фиг. 2 образовано множество кольцевых областей 211, выполненных в виде ободков, покрытых агентом (пектином с НСМ), подавляющим горение, которыми определены области подавления горения, как пояснено выше, на базовой сигаретной бумаге 121 сигаретной бумаги 21, в которую обернута табачная начинка 13. Эти кольцевые области 211 подавления горения, образованные в виде ободков, расположены на расстоянии друг от друга в продольном направлении табачного стержня 11.
Между смежными кольцевыми областями 211, образованными в виде ободков, для подавления горения, расположены обычные области горения 212, не покрытые агентом, подавляющим горение. Так как области 212 представлены частью базовой сигаретной бумаги 121, то они могут гореть при обычном процессе курения, как при использовании одной базовой сигаретной бумаги 121. Таким образом, области 212 (каждая) действуют как обычные области горения, как в областях 123 на Фиг. 1. Например, кольцевые области 211, образованные в виде ободков, для подавления горения (каждая) могут иметь ширину от 4 до 7 мм в продольном направлении. Расстояние между смежными областями 24 подавления горения предпочтительно составляет от 18 до 25 мм.
После поджигания конца 11a сигареты 10 или 20 при закуривании и совершении затяжек для поддержания горения сигарета может гореть в обычных областях горения 123 или 212, как в обычной сигарете, и можно испытывать удовольствие от аромата и вкуса сигареты.
Однако если закуренная сигарета 10 или 20 попадает на горючий материал, например на ковер, циновку-татами, деревянный объект, одежду или обмундирование, то благодаря сочетанию действий областей подавления горения 122 или 211 и поглощения тепла горючим материалом, происходит гашение сигареты 10 или 20, и предотвращается загорание горючего материала.
Примеры
Настоящее изобретение ниже описано со ссылками на Примеры, но настоящее изобретение не ограничено этими Примерами.
Примеры и Сравнительные примеры
Пектины, которые использовали в Примерах и Сравнительных примерах, были продуктами компании CP Kelco; значения СЭ пектинов соответственно определяли. Наименования продуктов и значения СЭ этих пектинов представлены в Таблице 1.
Таблица 1
Наименование коммерчески реализуемого продукта
Значение СЭ
Пектин
LM-5CSJ
6-12
LM-106AS-YA-J
23
LM-13CG-J
38
AS Кондитерский-J
52
DD Медленное отверждение J
63-67
BB Быстрое отверждение J
70-75
Далее на базовую сигаретную бумагу, обладавшую характеристиками, указанными в Таблицах 2-4 (использовали: бумагу, имевшую ширину 27 мм и длину 1500 м; наполнитель: карбонат кальция; агент для регулирования горения: дигидрат цитрата натрия) наносили покрытие (методом печати), используя водный раствор пектина в количестве от 3 до 6 вес.%, образуя полоски постоянной ширины 7 мм в продольном направлении и с постоянным расстоянием между ними, составлявшим 20 мм, используя процесс глубокой печати и формируя области, покрытые пектином. Общее количество нанесенного в виде покрытия пектина на сигаретную бумагу, полученную таким образом, определяли по следующей методике.
Методика определения количества пектина
Измерения были основаны на том, что галактуроновая кислота, представляющая пектин и карбазол, окрашивается в красно-пурпурный цвет при нагреве экстрагированного раствора пектина вместе с концентрированной серной кислотой и последующем добавлении карбазола.
2
2
2
Измерения выполняли в соответствии с колориметрической методикой определения количества карбазола, описанной в «Shin Shokuhin Bunseki Hou (Новая методика анализа пищевых продуктов)» (стр. 232-235). Сигаретную бумагу, покрытую пектином, разрезали на отрезки длиной 0,8 м и шириной 27 мм (массой около 0,5 г), эти отрезки дополнительно разрезали на мелкие кусочки в виде квадратиков размером 5×5 мм. Мелко нарезанные кусочки сигаретной бумаги помещали в 30 мл водного раствора гексаметафосфата натрия, обладавшего концентрацией 4 вес.%; нагревали в течение 30 мин в ванне горячей воды при 70°C, после такой операции экстрагирования получали надосадочную жидкость. Аналогичные операции экстрагирования повторяли три раза для экстрагирования осадка и надосадочную жидкость получали аналогичным способом. Всю надосадочную жидкость, полученную таким образом, соединяли и добавляли растворитель (водный раствор гексаметафосфата натрия, обладавшего концентрацией 4 вес.%) для доведения общего объема до 100 мл; и этот состав использовали в качестве тест-раствора. В каждый 1 мл стандартного раствора пектина и 1 мл тест-раствора добавляли 3 мл концентрированной серной кислоты, и смесь нагревали при 100°C в течение 10 мин при оттоке. Продукт реакции охлаждали в проточной воде и в него добавляли 0,25 мл раствора карбазола в этаноле, обладавшего концентрацией 0,05 вес.%, и осуществляли реакцию окрашивания в течение 1,5 ч при комнатной температуре. Раствор подвергали колориметрическим измерениям c длиной волны 520 нм и вычисляли общее количество пектина, нанесенного в виде покрытия. Общее количество пектина, нанесенного в виде покрытия, делили на площадь сигаретной бумаги для вычисления количества пектина, нанесенного в виде покрытия на 1 м площади сигаретной бумаги, использованной в измерениях. Так как сигаретная бумага имела ширину 27 мм, а область, покрытая пектином, имела ширину 7 мм, вычисленное количество пектина, нанесенного в виде покрытия на 1 м площади сигаретной бумаги, умножали на 27/7 для определения количества пектина, нанесенного в виде покрытия на 1 м площади области, покрытой пектином.
Испытания на горение
Табачный стержень, состоящий из смеси нарезанного американского табака, заворачивали в сигаретную бумагу, полученную вышеописанным способом, и разрезали таким образом, чтобы первая область, снабженная покрытием, была расположена на расстоянии 5 мм от поджигаемого конца сигареты. Каждая сигарета имела длину 59 мм и содержала две области с пектиновым покрытием. Сигарету, полученную таким образом, подвергали испытаниям на горение в соответствии со стандартом ASTM E-2187-04 измерения PFLB (процента сгорания от полной длины).
2
Взаимоотношения между СЭ (степенью эстерификации) пектина и PFLB в случаях, когда количество пектина, нанесенного в виде покрытия на 1 м площади области, покрытой пектином, составляло 1,5 г, 2,0 г и 2,5 г, соответственно, показаны в Таблицах 2, 3 и 4, соответственно.
Таблица 2Количество нанесенного пектина 1,5 г/м<sup>2</sup>
СЭ (степень эстерификации) использованного пектина (%)
Характеристика базовой сигаретной бумаги
PFLB (процент сгорания от полной длины)
Базовый вес (г/м<sup>2</sup>)
Количество наполнителя (г/м<sup>2</sup>)
Воздухопроницаемость (единиц по стандарту CORESTA)
Пример 1-1
6-12
24
7,8
35
0
Пример 1-2
23
24
7,8
35
8
Пример 1-3
38
24
7,8
35
12
Сравнительный пример 1-1
52
24
7,8
35
49
Сравнительный пример 1-2
63-67
24
7,8
35
78
Сравнительный пример 1-3
70-75
24
7,8
35
88
Таблица 3Количество нанесенного пектина 2,0 г/м<sup>2</sup>
СЭ (степень эстерификации) использованного пектина (%)
Характеристика базовой сигаретной бумаги
PFLB (процент сгорания от полной длины)
Базовый вес (г/м<sup>2</sup>)
Количество наполнителя (г/м<sup>2</sup>)
Воздухопроницаемость (единиц по стандарту CORESTA)
Пример 1-1
6-12
24
7,8
35
0
Пример 1-2
23
24
7,8
35
0
Пример 1-3
38
24
7,8
35
0
Сравнительный пример 1-1
52
24
7,8
35
8
Сравнительный пример 1-2
63-67
24
7,8
35
25
Сравнительный пример 1-3
70-75
24
7,8
35
72
Таблица 4Количество нанесенного пектина 2,5 г/м<sup>2</sup>
СЭ (степень эстерификации) использованного пектина (%)
Характеристика базовой сигаретной бумаги
PFLB (процент сгорания от полной длины)
Базовый вес (г/м<sup>2</sup>)
Количество наполнителя (г/м<sup>2</sup>)
Воздухопроницаемость (единиц по стандарту CORESTA)
Пример 1-1
6-12
24
7,8
35
0
Пример 1-2
23
24
7,8
35
0
Пример 1-3
38
24
7,8
35
0
Сравнительный пример 1-1
52
24
7,8
35
0
Сравнительный пример 1-2
63-67
24
7,8
35
0
Сравнительный пример 1-3
70-75
24
7,8
35
28
Кроме того, взаимоотношения между минимальным количеством агента, подавляющего горение (пектина), нанесенного в виде покрытия, требующегося для достижения PFLB (процента сгорания от полной длины), составляющего от 0 до 25%, и СЭ (степень эстерификации) пектина, показаны в Таблицах 5 и 6, соответственно.
Таблица 5Минимальное количество покрытия, требующегося для достижения PFLB (процента сгорания от полной длины), составляющего 0%
СЭ (степень эстерификации) пектина (%)
Минимальное количество покрытия в области подавления горения (г/м<sup>2</sup>)
6-12
1,5
23
1,8
38
1,7
52
2,4
63-67
2,3
70-75
2,7
Таблица 6Минимальное количество покрытия, требующегося для достижения PFLB (процента сгорания от полной длины), составляющего 25%
СЭ (степень эстерификации) пектина (%)
Минимальное количество покрытия в области подавления горения (г/м<sup>2</sup>)
6-12
1,3
23
1,5
38
1,3
52
1,7
63-67
2,0
70-75
2,5
2
2
2
Из Таблиц 2-4 видно, что, если наносили одинаковое количество покрытия, то меньшие значения PFLB получали в случаях использования пектина с НСМ, в сравнении со случаями использования пектина с ВСМ. Более конкретно, когда количество нанесенного покрытия составляло 1,5 г/м, получали хорошие значения PFLB, составлявшие 12% или менее (см. Пример 1-1, Пример 1-2 и Пример 1-3), в которых использовали пектин с НСМ, тогда как полученные значения PFLB в Сравнительном примере 1-1, Сравнительном примере 1-2 и Сравнительном примере 1-3, в которых использовали пектин с ВСМ (см. Таблицу 2), составляли 49% или более. Кроме того, при нанесении покрытия в количестве 2,0 г/м, получали значения PFLB, составлявшие 0% во всех примерах: Примере 2-1, Примере 2-2 и Примере 2-3, в которых использовали пектин с НСМ (см. Таблицу 3). Однако когда количество нанесенного покрытия составляло 2,5 г/м, не наблюдали значительной разницы в значениях PFLB между случаями использования пектина с ВСМ и пектина с НСМ, так как количество самого пектина, нанесенного в виде покрытия, было большим (см. Таблицу 4).
2
2
2
2
С другой стороны, было установлено, что для получения того же значения PFLB, количество пектина, нанесенного в виде покрытия, может быть меньшим в случае использования пектина с НСМ, чем в случае использования пектина с ВСМ (см. Таблицы 5 и 6). Более конкретно, для получения значения PFLB, составляющего 0%, требуемое минимальное количество пектина, нанесенного в виде покрытия, составляло от 1,5 до 1,7 г/м в случае использования пектина с НСМ, тогда как требуемое минимальное количество пектина, нанесенного в виде покрытия, составляло от 2,3 до 2,7 г/м в случае использования пектина с ВСМ. Кроме того, для получения значения PFLB, составляющего 25%, требуемое минимальное количество пектина, нанесенного в виде покрытия, составляло от 1,3 до 1,5 г/м в случае использования пектина с НСМ, тогда как требуемое минимальное количество пектина, нанесенного в виде покрытия, составляло от 1,7 до 2,5 г/м в случае использования пектина с ВСМ.
Перечень позиций на чертежах:
10, 20 - - Сигарета.
11 - - - - Табачный стержень.
11a, 21a - Конец табачного стержня.
11b, 21b - Ближний конец табачного стержня.
12, 21 - - Сигаретная бумага.
121 - - - Базовая сигаретная бумага.
122, 211 - Область подавления горения.
123, 212 - Обычная область горения.
124 - - - Обычная область горения в концевой части.
13 - - - - Табачная начинка.
14 - - - - Мундштучная бумага.
15 - - - - Фильтр.