Сигаретная бумага

Сигаретная бумага

Реферат

 

Сущность изобретения: бумага содержит наполнитель, снижающий побочное дымообразование, в количестве 4-18 мас.% при общем содержании наполнителя не более 20 мас.%, при этом масса бумаги составляет 30-50 г/м². В качестве наполнителя, снижающего побочное дымообразование, используют окись магния или гидроокись магния, или мел с высокой поверхностной активностью, или их смесь. Воздухопроницаемость бумаги составляет не более 10 единиц Кореста. Бумага может содержать горючую добавку в количестве 2-10 мас.%. Максимальный вес всего наполнителя составляет около 8 г/м². 6 з.п. ф-лы, 17 табл.

Изобретение относится к технологии изготовления сигаретной бумаги.

Известна сигаретная бумага, включающая наполнитель, часть которого обладает способность снижать побочное дымообразование (1).

Однако известная бумага недостаточно эффективна в отношении снижения побочного дымообразования.

Задачей изобретения является создание сигаретной бумаги, имеющей пониженное побочное дымообразование.

Достигается это тем, что бумага содержит не более 20 мас. общего количества наполнителя, из них 4-18 мас. составляет наполнитель, снижающий побочное дымообразование, при этом масса бумаги составляет 30-50 г/м². В качестве наполнителя, снижающего побочное дымообразование, используют окись магния или гидроокись магния, или мел с высокой поверхностной активностью, или их смесь.

В дополнение к наполнителю, заметно снижающему побочное дымообразование, в состав наполнителя может также включаться обыкновенный мел. При включении в состав наполнителя мела его количество предпочтительно выбирают в пределах 3-12 мас. бумаги, причем обычно его количество не превышает 10 мас. бумаги.

Воздухопроницаеммость бумаги составляет не более 10 единиц Кореста. Наилучшее значение воздухопроницаемости около 7 единиц Кореста или менее, а еще более предпочтительная величина около 5 единиц Кореста или менее.

Воздухопроницаемость бумаги, выраженная в единицах Кореста, представляет собой количество воздуха, выраженное в кубических сантиметрах, которое проходит через один квадратный сантиметр бумаги в одну минуту при постоянной разности давлений в 1 кПа.

Пористая сигаретная бумага состоит из взаимосвязанного переплетения волокон, представляющих собой исключительно или в основном волокна целлюлозы, перемежающиеся с частицами наполнителя, например карбоната кальция. Отверстия в матрице из волокон и наполнителя имеют порядок 1 мкм в ширину, причем такой размер очень мал по сравнению с толщиной бумаги (обычно от 20 до 50 мкм) и поток воздуха через такие отверстия определяется действием вязких сил. Однако, если бумага в процессе ее производства оказывается перфорированной, то перфорации сравнительно велики и обычно имеют размер ширины того же порядка, что и толщина бумаги. При этом поток воздуха через такие перфорации определяется силами энергии.

Таким образом, можно сделать вывод, что, когда проницаемость перфорированной бумаги определяется в соответствии с методом определения проницаемости по Кореста, получаемые значения представляют собой сумму проницаемости, обусловленной вязким потоком через отверстия в бумаге, образующиеся в процессе ее производства, и проницаемости, обусловленной инерционным потоком через перфорации. Бумага обладает теми же двумя составляющими проницаемости, если хотя она и не перфорирована, тем не менее имеет в дополнение к малым отверстиям с вязким потоком большие отверстия с инерционным потоком, причем эти последние отверстия можно назвать булавочными проколами. Бумага с такими свойствами может появиться в результате, например, недоувлетворительной технологии бумажного производства.

Суммарный воздушный поток через бумагу может быть выражен следующей формулой: Q ZAP + Z'A(P)ⁿ где Q воздушный поток, см³/мин; А площадь бумаги, через которую направлен воздушный поток, см²; Р это приложенная к бумаге разность давления, кПа; Z это проницаемость бумаги, обусловленная вязким потоком через отверстия, образующиеся в процессе бумажного производства, выраженная в единицах Кореста (см х мин^-1 х кПа^-1); Z' это проницаемость бумаги, обусловленная энерционным потоком через перфорации и/или булавочные проколы (см х мин^-1 х кПа^-1); n это постоянная для данного набора перфорационных отверстий или булавочных проколов, 0,5<n<1, причем точная величина n зависит от размеров перфораций или булавочных проколов.

Общая проницаемость бумаги, включающая проницаемость, обусловленную перфорациями, и/или проницаемость, обусловленную булавочными проколами, равна Z + Z', причем относительные величины этих значений для данного вида бумаги могут быть получены путем измерения потока воздуха через бумагу при наборе разностей давлений, приложенных к бумаге, и численно представляет собой отношение Q/P величин в вышеприведенной формуле при значении n в соответствии со средним размером перфораций булавочных проколов в данном сорте бумаги.

Как правило, максимальный вес всего наполнителя в бумаге составляет около 8 г на 1 м².

Бумага по предлагаемому изобретению может содержать горючие добавки в количестве 2-10 мас. Добавки, которые оказались достаточно эффективными для целей изобретения, включают ацетат натрия, трикалий цитрат, ортофосфат натрия и тетрат калия. Соли горючих добавок могут быть представлены либо щелочными, либо кислотными, либо водными растворами. Горючие добавки могут либо ускорителями горения, либо замедлителями горения.

Пример 1. Первая испытательная партия сигарет представляла собой сигаретные стержни, имеющие длину 64 мм и длину окружности 24,73 мм, и фильтры из ацетатной целлюлозы длиной 20 мм. Плотность резанного табака, наполнявшего сигаретные стержни, составляла 256 мг/см³. Обертки сигарет выполнялась из обычной сигаретной бумаги с проницаемостью 45 единиц Кореста, имевшей средний вес 37 г/м². Бумага содержала 28,8 мас. наполнителя карбоната кальция. Эти сигареты были обозначены как сигареты 1.

Вторая контрольная партия сигарет, обозначенных как сигареты 2, состояла из сигаретных стержней длиной 64 мм, имевших длину окружности 24,82 мм, и фильтров из ацетатной целлюлозы длиной 20 мм. Наполнитель сигаретных стержней из резанного табака имел плотность 261 мг/см³. Обертка сигарет выполнялась из бумаги с проницаемостью 61 единица Кореста и весом 34,8 г/м². Бумага содержала 15,4 мас. карбоната кальция и 11 мас. окиси магния.

Третья контрольная партия сигарет имела сигаретные стержни длиной 64 мм с длиной окружности 24,82 мм и фильтры из ацетатной целлюлозы длиной 20 мм. Плотность наполнителя из резанного табака составляла 252 мг/см³. Обертка сигарет была выполнена из бумаги с проницаемостью 6 единиц Кореста, имевшей вес 35,6 г/м². Бумага включала 22,4 мас. наполнителя-карбоната кальция.

Были изготовлены сигареты А. Эти сигареты состояли из сигаретных стержней длиной 64 мм с длиной окружности 24,83 мм и фильтров из ацетатной целлюлозы длиной 20 мм. Плотность наполнителя из резанного табака составляла 248 мг/см³. Обертка сигаретных стержней была выполнена из бумага с проницаемостью 7 единиц Кореста, имевшей вес 36,6 г/м². Бумага содержала 4,9 мас. наполнителя-карбоната кальция и 10,5 мас. наполнителя-окиси магния.

Сигареты 1-3 и сигареты А были выкурены в стандартных механических курительных условиях, т.е. затяжка объемом в 35 см³ в течение 2 с каждую минуту до остатка длины табачного стержня 8 мм, и были проведены измерения общего побочного потока на одну сигарету каждого типа по методу отсутствия никотина и воды (РМWNF), общего содержания никотиновых алкелоидов (ТNA), моноокиси углерода и двуокиси углерода. Средние измеренные величины приведены в табл. 1.

Предсказанные величины, приведенные в табл. 1 для сигарет А, были рассчитаны из результатов измерений для сигарет 1-3. В данном примере предсказанные величины были рассчитаны, основываясь на процентном снижении, обеспеченном для каждой контрольной сигареты в части относительно компонентов побочного потока первой контрольной сигареты. Так, например, предсказанная величина по методу отсутствия никотина и воды для сигарет А рассчитана как 28,6 (1-0,12) (1-0,09)= 22,9, 28,6 представляет собой величину по методу отсутствия никотина и воды для первой контрольной сигареты. 0,12 это величина по методу отсутствия никотина и воды для первой контрольной сигареты минус величина для второй контрольной сигареты, выраженная как часть этой величины для первой контрольной сигареты, т.е. отношение уменьшения по методу отсутствия никотина и воды. 0,09 это величина отношения уменьшения по методу отсутствия никотина и воды для третьей контрольной сигареты относительно первой контрольной сигареты.

Измеренная величина по методу отсутствия никотина и воды для сигарет А составила 20,3. Таким образом можно видеть, что сигареты, изготовленные из бумаги по изобретению, обладают синергически пониженным значением величины по методу отсутствия никотина и воды. Синергетическое снижение наблюдается также в общем содержании никотиновых алкалоидов, моноокиси углерода и двуокиси углерода.

Пример 2. Первая контрольная партия сигарет (сигареты 1) и вторая контрольная партия сигарет (сигареты 2) были такими же как и в примере 1.

Третья контрольная партия сигарет-сигареты 4 представляли собой сигаретные стержни длиной 64 мм с длиной окружности 24,77 мм с фильтрами из ацетата целлюлозы длиной 20 мм. Плотность наполнителя из резанного табака в сигаретных стержнях равнялась 252 мг/см³. Обертка сигаретных стержней была выполнена из бумаги с проницаемостью 6 единиц Кореста, имевшей вес 36,7 г/м². Бумага содержала 19,6 мас. наполнителя-карбоната кальция.

Сигареты А были изготовлены из бумаги в соответствии с изобретением и были эквивалентны сигаретам А в примере 1.

Сигареты 1, 2, 4 и А были выкурены в стандартных механических условиях и были проведены измерения общего побочного потока на сигарету значений PMWNF, TNA, CO и СО₂. Средние измеренные величины приведены в табл. 2, где также указаны предсказанные величины для каждого компонента побочного потока дыма. Можно видеть, что сигареты по изобретению обладают синергетическим уменьшением компонент бокового потока дыма по каждой из промеренных компонент.

Следующие примеры показывают содержание компонентов в побочном дыме, полученное при выкуривании табачных изделий, обернутых в бумагу по изобретению. В каждом случае физические характеристики бумажных оберток до некоторой степени изменялись.

Пример 3. Была изготовлена партия сигарет, состоящих из обычных сигаретных стержней со стандартной длиной окружности и длиной 59 мм и фильтрами из ацетата целлюлозы длиной 20 мм. Средняя плотность наполнителя из резанного табака в сигаретных стержнях этих сигарет составляла 205 мг/см³. Одинаковая табачная смесь была использована для изготовления всех сигарет и включена около 40 пластинок расширенного табака DIET. В табл. 3 приведены данные по каждой из бумаг, использованных для приготовления сигарет А-Е. Бумаги были обработаны повышенной концентрацией ацетата натрия. Бумага, использованная для приготовления сигарет А, идентична той, которая использована для приготовления сигарет А в примерах 1 и 2.

Каждая из этих сигарет была выкурена с помощью стандартной машины и были выполнены измерения содержания компонентов побочного дыма, приведенные в табл. 4. Контрольная сигарета сигарета 5 представляла собой изделие аналогичных размеров, в котором содержался табак с плотностью 246 мг/см³. Бумага, использованная для изготовления сигареты 5, имела проницаемость 50 единиц Кореста и вес 29 г/м². Бумага содержала 21 мас. мела и 2 мас. смеси цитрата натрия и цитрата калия.

Пример 4. Была изготовлена партия сигарет от F до Н, имевших размеры, аналогичные сигаретам по примеру 3. Для сигарет по примеру 4 была использована та же табачная смесь, что и в примере 3, причем смесь включала 40 пластинок расширенного табака DIET. Бумага для сигарет А была обработана количествами тринатрий цитрата с содержанием 3,3, 5,2 и 10,1% соответственно. Контрольная сигарета была той же что и в примере 3. В табл. 5 приведены содержания компонентов побочного дыма в случае, когда сигареты были выкурены с помощью стандартного курительного устройства. Для сравнения содержания побочного дыма сигарет А и с также включены в табл. 5.

В этой серии сигарет табачная смесь была одной и той же, а бумага была обработана цитратом. В сигаретах F-H плотности были снижены от среднего уровня в 205 мг/см³ для сигарет А-С до 188 мг/см³, 190 мг/см³ и 192 мг/см³ с целью определить обеспечиваются ли при таком снижении удовлетворительные физические характеристики изделий.

Из полученных результатов видно, что обработка трикалий цитратом в концентрации эквивалентной ацетату натрия обеспечивает эффект эквивалентный тому, который обеспечивается ацетатом натрия. В потоке основного дыма при равных включениях трикалий ацетата и ацетата натрия наблюдается небольшое, но заметное снижение в отношении СО/PMVWNF для случая бумаги, обработанной цитратом, по сравнению с бумагой, обработанной ацетатом натрия.

Пример 5. В этой серии сигарет была использована бумага по изобретению, имевшая однако уменьшенный вес. Характеристики бумаги, использованной для изготовления сигарет, приведены в табл. 6. Бумага была обработана ацетатом натрия.

Сигареты имели те же размеры, что и сигареты по примерам 3 и 4 и включали ту же табачную смесь с содержанием 40% расширенных табачных пластинок DIET.

Сигареты были выкурены с помощью стандартной курительной машины и были замерены содержания компонентов побочного дыма. Данные, полученные в ходе измерений, приведены в табл.7.

Сигареты J демонстрируют эффект снижения веса бумаги на содержание компонентов побочного дыма. Сигареты К и L иллюстрируют эффект обработки ацетатом натрия на присутствие побочного дыма как было показано ранее.

Пример 6. В противоположность примеру 5 была изготовлена партия сигарет с использованием бумаги, имеющей меньший вес, однако с несколько большей проницаемостью и несколько большим содержанием мела. Данные по характеристикам бумаги, использованной для изготовления сигарет М-Р (буква 0 для обозначения партии сигарет не применялась), приведены в табл. 8.

Из этой бумаги были изготовлены только сигареты R.

Табачная смесь была та же, что и использованная для изготовления сигарет в предшествующих примерах. Следующая партия сигарет, сигареты S были изготовлены из бумаги той же, что и использованная для сигарет R, но после ее электростатической перфорации до общего значения проницаемости, равного 58 единиц Кореста.

Для целей сравнения в табл. 9 приведены данные побочных потоков дыма для сигарет R и S, А и Т. Бумага для сигарет С была электростатически перфорирована до суммарной проницаемости, равной 55 единицам Кореста, и использована для изготовления сигарет Т.

Пример 7. Партии сигарет U и W были приготовлены с использованием высокодисперсного мела с сильно развитой поверхностью. В табл. 10 приведены данные по характеристикам бумаги для сигарет U-X.

Сигареты U-X были выкурены в стандартной курительной машине и были выполнены замеры содержания компонентов в потоке побочного дыма. Результаты приведены в табл. 11.

При сравнении сигарет U и А очевидно, что замена окиси магния мелом с высокоразвитой поверхностью не дает тех же положительных результатов, что и окись магния в отношении заметного снижения в побочном потоке дыма паров воды и никотина.

Пример 8. Была изготовлена партия сигарет для иллюстрации того эффекта, который бумага по изобретению оказывает на содержание компонентов побочного потока дыма при использовании такой бумаги в качестве обертки для табачных стержней курительных изделий.

Партия сигарет включала ряд контрольных сигарет, а именно сигареты 1 4. Кроме того, были изготовлены контрольные сигареты 6 9. Бумага для сигарет 1 была обработана горючими добавками, а именно ацетатом натрия, трикалий цитратом, ортофосфатом калия и тартратом калия как показано в табл. 12. Приведенные уровни концентрации выражены в весовом процентном отношении от общей массы бумаги в граммах на квадратный метр обрабатывающейся бумаги.

Сигареты, обернутые в бумагу по изобретению, были изготовлены путем обработки бумаги, использовавшейся для приготовления сигарет А, теми же горючими добавками, что и использовавшиеся для изготовления партий сигарет 6 9. Процентное содержание обрабатывающего компонента приведено в табл. 13 и представляет собой весовой процент от веса обрабатывавшейся бумаги. Сигареты этой партии обозначены индексами АА-ДД.

Можно видеть, что имеется сравнительно хорошая корреляция между концентрациями обрабатывающего состава контрольных и испытуемых сигарет.

В табл. 14 показаны физические характеристики таких сигарет. Размеры этих курительных изделий были те же что и обычно, т.е. табачный стержень имел длину 64 мм и стандартную длину окружности, а фильтр из ацетата целлюлозы имел длину 20 мм. Использовалась та же табачная смесь, что и в примерах 1 и 2, т.е. 22 мас. стебля, 3 мас. табачного листа и 75 мас. пластинчатого табака, из которых 12 мас. это расширенный пластинчатый табак DIET.

Эти сигареты были выкурены с помощью стандартной машины и были выполнены замеры содержания компонентов в побочном дыме. В табл. 15 приведены результаты, полученные для контрольных сигарет 6 9.

Используя данные, приведенные в табл. 15 и данные для других контрольных сигарет (а именно сигарет 1 3), возможно рассчитать точное содержание компонентов в побочном потоке дыма, как это было сделано в примере 1. Однако с учетом того, что в настоящее время имеются три переменных параметра в характеристиках бумаги, т.е. эффект, оказываемый наполнителем окисью магния, эффект пониженной воздухопроницаемости и эффект, оказываемый горючей добавкой, предсказанная величина снижения содержания никотина и воды для сигарет АА рассчитывается следующим образом: 28,6(1-0,12) (1-0,09) (1-0,21) 18.1, где 0,21 величина фактора снижения содержания никотина и водяных паров для сигарет 1 минус тоже значение для сигарет 6, выраженная как часть от значения для сигарет 1.

Замеренная величина снижения содержания никотина и водяных паров для сигарет АА составила 13,6.

Таким образом можно видеть, что сигареты по изобретению обладают синергетическим снижением содержания водяных паров и никотина.

В табл. 16 показаны расчетные и замеренные значения для сигарет АА-ДД. Контрольная партия сигарет 3 использована в этих расчетах как в примере 1.

В табл. 17 показаны расчетные и замеренные значения для сигарет АА-ДД, когда контрольными сигаретами служила четвертая партия (использовалась в расчетах) как в примере 2.

Количественное содержание компонентов побочного дыма для всех примеров измерялось с использованием устройства, изображенного на фиг. 2 заявки N 8820498. 7 на патент Великобритании, поданной настоящими заявителями.

Пример 9. Была изготовлена бумага, имеющая массу в пределах 45-50 г/м² и проницаемость около 5 единиц Кореста. Бумага содержала 6 8 мас. окиси магния и около 3 5 мас. карбоната кальция. Эта бумага обозначена индексом ЕЕ. Эта же бумага была обработана до содержания 4,5 мас. ацетата натрия и полученный продукт был обозначен индексом FF. Бумага FF была электростатически перфорирована до суммарной проницаемости в 65 единиц Кореста.

Когда все сорта бумаги с вышеописанными в примерах характеристиками были использованы для изготовления сигарет, то при выкуривании сигарет было обнаружено удовлетворительное образование пепла, был только очень незначительный привкус, или его не было совсем, а бумажные обертки имели хороший однородный внешний вид.

В описанных экспериментах все сигареты, изготовленные с использованием предлагаемой бумаги, не имели вентиляционных каналов.

Формула изобретения

1. Сигаретная бумага, включающая наполнитель, часть которого обладает способностью снижать побочное дымообразование, отличающаяся тем, что часть наполнителя, снижающая побочное дымообразование, составляет 4 18% от массы бумаги при общем содержании наполнителя не более 20% от массы бумаги, при этом масса бумаги составляет 30 50 г/м².

2. Бумага по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя, снижающего побочное дымообразование, она содержит окись магния, или гидроокись магния, или мел с высокой поверхностной активностью, или их смесь.

3. Бумага по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что она содержит в качестве наполнителя обыкновенный мел в количестве 3 12% от массы бумаги.

4. Бумага по пп. 1 3, отличающаяся тем, что ее воздухопроницаемость составляет не более 10 единиц Кореста.

5. Бумага по пп. 1 4, отличающаяся тем, что она содержит горючую добавку в количестве 2 10 мас.

6. Бумага по п. 5, отличающаяся тем, что в качестве горючей добавки она содержит ацетат натрия, или трикалий цитрат, или ортофосфат калия, или тартрат калия, или их смеси.

7. Бумага по пп. 1 6, отличающаяся тем, что максимальный вес всего наполнителя составляет около 8 г/м².

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6