BR112015026005B1

BR112015026005B1 - Método e dispositivo para perfuração por plasma de papel de revestimento de boquilha

Info

Publication number: BR112015026005B1
Application number: BR112015026005-5A
Authority: BR
Inventors: Michael Lindner
Original assignee: Tannpapier Gmbh
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2020-09-24
Also published as: US9622509B2; BR112015026005A2; TWI592268B; PH12015502279A1; WO2014169313A1; MX2015014628A; ES2723889T3; UA119139C2; KR102046211B1; KR20150144766A; ZA201508318B; CN104108116A; HK1202096A1; EA201591934A1; MX369400B; JP2016524460A; US20160058067A1; CN104108116B; CL2015003058A1; AT514283A1

Abstract

processo e dispositivo para a perfuração por plasma de papel de revestimento de boquilha a presente invenção se refere a um processo e a um dispositivo para a perfuração por plasma de papel de revestimento de boquilha (4), em que é produzido um plasma de baixa temperatura (3) na superfície do papel de revestimento de boquilha (4) enquanto uma mistura de gases é brevemente ionizada por meio de uma fonte de energia tanto quanto possível puntiforme, em que a mistura de gases ionizável está localmente limitada a uma região de superfície muito reduzida do papel de revestimento de boquilha (4).

Description

MÉTODO E DISPOSITIVO PARA PERFURAÇÃO POR PLASMA DE PAPEL DE REVESTIMENTO DE BOQUILHA

[001] A presente invenção se refere a um método para a perfuração por plasma de papel de revestimento de boquilha e a um dispositivo para a perfuração por plasma.

[002] Os cinco componentes essenciais de um cigarro com filtro convencional são o rolo de tabaco, o papel de cigarro envolvente, o filtro, o papel de revestimento do filtro e o papel de revestimento de boquilha (papel de revestimento de boquilha).

[003] O papel de revestimento de boquilha, frequentemente igualmente designado por "papel tipping" ou de forma abreviada por "tipping", envolve o filtro e o papel de revestimento do filtro. É o componente do cigarro com filtro, que durante o consumo do cigarro com filtro entra em contato com os lábios da pessoa que está a fumar o cigarro. Geralmente o papel de revestimento de boquilha na direção longitudinal do cigarro com filtro se projeta igualmente ligeiramente na região longitudinal do rolo de tabaco, envolvendo o papel de cigarro e estando ligado a este por meio de uma união colada. Devido à produção desta união colada na máquina de produção de cigarros o componente de filtro e o componente do rolo de tabaco são mecanicamente ligados. O papel de revestimento de boquilha na maior parte dos casos é mesmo um papel, podendo ser por exemplo um filme ou uma película. No caso da realização do papel de revestimento de boquilha como filme ou como película pode ser constituído por exemplo por celofane.

[004] Geralmente o papel de revestimento de boquilha apresenta uma impressão opticamente apelativa. Esta impressão frequentemente faz lembrar a cortiça.

[005] Na extremidade próxima do rolo de tabaco geralmente o papel de revestimento de boquilha é realizado de forma parcialmente perfurada de modo que durante o consumo do cigarro penetra ar do meio ambiente no filtro para aí se misturar com o fluxo de fumo proveniente do rolo de tabaco, pelo que são vantajosamente alterados os valores de fumo.

[006] Geralmente o papel de revestimento de boquilha é perfurado após a impressão para evitar que os furos de perfuração voltem a ser fechados pela impressão.

[007] Para a perfuração de papel, faixas de papel ou outros materiais de acordo com o estado da técnica são usados três métodos:

[008] - perfuração mecânica

[009] - perfuração a laser

[010] - perfuração elétrica

[011] No caso da perfuração mecânica são usadas agulhas ou pregadeiras para agulhas pontiagudas, que perfuram o papel de revestimento de boquilha. Um processo desta natureza relativo à perfuração do papel de revestimento do filtro é descrito na EP 0222973 A1. O diâmetro médio das aberturas de passagem de ar (tamanho do furo) no caso deste método está compreendido entre aproximadamente 0,05 mm e aproximadamente 0,4 mm. Neste caso a desvantagem reside no fato de as agulhas estarem sujeitas a um desgaste mecânico e, por conseguinte, o tamanho de furo estar sujeito a variações ou de as agulhas terem de ser frequentemente substituídas para alcançar tamanhos de furo constantes.

[012] No caso da perfuração a laser o papel é perfurado por meio de um feixe de luz focalizado. Um método desta natureza é descrito por exemplo na DE2751522 A1 e na DE 102004001327 A1. O tamanho de furo corresponde aproximadamente àquele da perfuração mecânica, sendo que podem ser produzidos furos a partir de um diâmetro de 0,05 mm. A vantagem em comparação com a perfuração mecânica reside no fato de não ocorrer qualquer desgaste do dispositivo e de o diâmetro de furo e as posições de furo poderem ser ajustados com uma precisão elevada. A desvantagem reside no fato de não poderem ser realizados furos com um diâmetro inferior a 0,05 mm.

[013] No caso da perfuração elétrica, igualmente designada por perfuração eletroestática, o papel é perfurado por queimadura, pelo fato de ser descarregada uma faísca elétrica através do papel. Neste caso são usados eletrodos em forma de agulha, que estão dispostos em um lado da faixa de papel. No outro lado se encontra um contra eletrodoeletrodo plano ou, por sua vez, vários eletrodos agulha. Os eletrodos agulha e os contra eletrodos estão separados por meio da faixa de papel e de um interstício de ar estreito. Por meio da aplicação de uma tensão elevada nos eletrodos é gerada uma descarga através do interstício de ar e da faixa de papel. Devido à energia térmica elevada da faísca a faixa de papel é queimada em uma superfície reduzida formando-se um furo. A vantagem reside no fato de poderem ser produzidos furos muito reduzidos, com um diâmetro de 0,01 mm. A desvantagem reside no fato de devido à queimadura ocorrerem resíduos visíveis nos bordos do furo (bordos queimados), pelo fato de devido à descarga difícil de controlar a distribuição do tamanho de furo se dispersar muito e pelo fato de devido a descargas por corrente de fuga ocorrerem os chamados salpicos de faísca que geram furos reduzidos adicionais em volta dos furos de perfuração desejados. Os exemplos para a perfuração elétrica são apresentados na DE3016622 (A1), na US4094324 (A) e na DE2934045 (A1).

[014] Por conseguinte, a presente invenção tem por objetivo divulgar um método que permita produzir tamanhos de furo reduzidos a partir de 0,01 mm evitando as desvantagens da perfuração elétrica.

[015] Para alcançar o referido objetivo é sugerido que a perfuração do papel de revestimento de boquilha seja realizada por meio da produção de um plasma de baixa temperatura com propriedades específicas.

[016] O desafio da presente invenção reside no fato de produzir um plasma de baixa temperatura controlado, reprodutível, considerando que apenas desta forma pode ser assegurado que são produzidos um tamanho de furo e uma posição de furo exatos no papel de revestimento de boquilha. O plasma é produzido por meio da ionização de um gás ou de uma mistura de gases. Para o grau de ionização e para a temperatura do plasma além da energia alimentada e da pressão existente são particularmente decisivos o gás ou a composição da mistura de gases ionizada.

[017] Quando uma matéria sólida entra em contato com o plasma de baixa temperatura são produzidos dois efeitos na respectiva superfície, nomeadamente a sublimação e a oxidação. A sublimação é a transição direta da matéria do estado sólido para o estado gasoso. A oxidação é uma reação química com perda de elétrons de uma substância química. A oxidação de uma substância química com oxigênio no caso da formação de chamas pode ser observada como queimadura. Devido à oxidação as substâncias de base são alteradas e são gerados novos compostos químicos.

[018] Quando o plasma de baixa temperatura na mistura de gases é produzido adjacente à superfície do papel de revestimento de boquilha, devido a ambos os efeitos é formado um furo na região do plasma de baixa temperatura. Neste caso o efeito da sublimação deve ser preferido em detrimento do efeito de oxidação (queimadura), considerando que a oxidação pode conduzir a produtos de queimadura indesejados, que em função da composição das substâncias de base podem igualmente apresentar efeitos tóxicos. Os produtos de queimadura podem ser visíveis sob a forma de resíduos de queimadura, que reduzem a impressão óptica e podem igualmente alterar o sabor de um cigarro. No caso da sublimação as matérias sólidas do papel de revestimento de boquilha se esfumam sem deixar resíduos. Por conseguinte, no caso da presente invenção é produzido um plasma de baixa temperatura e as respectivas propriedades são controladas de forma que ocorre quase exclusivamente o processo de sublimação.

[019] Tecnicamente isto é posto em prática pelo fato de em uma região de superfície localmente limitada do papel de revestimento de boquilha ser introduzida uma mistura de gases definida ou um determinado gás e este gás ser ionizado por meio de uma alimentação de energia temporalmente limitada, focalizada. Devido ao fato de a mistura de gases e a energia alimentada apenas colidirem localmente em uma região muito reduzida, o plasma de baixa temperatura apenas é produzido nesta região reduzida e, por conseguinte, apenas entra em contato com uma região muito reduzida da superfície do papel de revestimento de boquilha. Daí resultam um tamanho de furo reduzido e uma exatidão elevada de posição do furo.

[020] A presente invenção é vantajosa em comparação com o estado da técnica, considerando que em comparação com a perfuração a laser e com a perfuração mecânica podem ser alcançados diâmetros de furo muito reduzidos e considerando que em comparação com a perfuração elétrica podem ser alcançados um tamanho de furo muito exato e uma posição de furo muito exata. Além disso em comparação com a perfuração elétrica é igualmente vantajoso o fato de serem visivelmente evitados resíduos de queimadura nos bordos de furo.

[021] A presente invenção é evidenciada com base nas figuras:
Fig. 1: Apresenta um exemplo de um dispositivo de acordo com a presente invenção numa vista em corte.
Fig. 2: Apresenta um segundo exemplo de um dispositivo de acordo com a presente invenção numa vista em corte.
Fig. 3: Apresenta um exemplo de um dispositivo de acordo com a presente invenção no caso do qual um feixe de laser serve como fonte de energia.

[022] Na Fig. 1 é representado um dispositivo para a perfuração por plasma de uma faixa de papel de acordo com a presente invenção, particularmente de uma faixa de papel de revestimento de boquilha ou de um papel de revestimento de boquilha 4. Em pelo menos um lado plano do papel de revestimento de boquilha 4 está disposta uma fonte de energia tanto quanto possível de superfície reduzida. Neste exemplo como fonte de energia é usado um eletrodo em forma de agulha 2, mais especificamente a aplicação de uma tensão entre dois eletrodos 2, 5. O eletrodo 2 está disposto em um tubo 1. O tubo 1 serve para o transporte de um gás ou de uma mistura de gases pressurizado/a. Para uma melhor compreensão o fluxo de gás é assinalado por meio de setas nas Figuras. Na extremidade dianteira do tubo 1 se encontra um bocal 1.1 para o estreitamento do fluxo de gás. Este bocal 1.1 está concentricamente disposto em volta do eletrodo 2 na região da respectiva ponta voltada para o papel de revestimento de boquilha 4. Através do espaço oco 1.2 definido pelo tubo 1 e pelo bocal 1.1 é introduzido um gás ou uma mistura de gases pressurizado/a de forma anular em volta do eletrodo 2 na direção do papel de revestimento de boquilha 4. No outro lado do papel de revestimento de boquilha 4 se pode encontrar um contra eletrodo em forma de agulha 5 ou, conforme apresentado na Fig. 2, um contra eletrodo plano 5.

[023] Pelo fato de ser introduzido um gás inerte ou uma mistura de gases com uma concentração elevada de gás inerte através do espaço oco 1.2, no centro deste fluxo de gás, quer dizer imediatamente desde antes da ponta do eletrodo 2 até ao papel de revestimento de boquilha 4, permanece uma região estreita com uma outra composição de gases. Nesta região a concentração de gás inerte é ligeiramente inferior àquela no fluxo direto do bocal 1.1. Por conseguinte, é mais fácil ionizar o gás nesta região e, por conseguinte, produzir um plasma 3 localmente limitado, que finalmente produz um furo no papel de revestimento de boquilha 4 por meio da sublimação. Considerando que no e sobretudo em volta do plasma 3 já existe uma concentração elevada de gás inerte, é impedida a oxidação na superfície do papel de revestimento de boquilha 4, pelo que são visivelmente evitados resíduos de queimadura no bordo do furo. Por meio de uma realização estreita ou um pouco mais larga do bocal 1.1 ou por meio da alteração da distância com a qual o eletrodo 2 se projeta a partir do bocal 1.1 pode ser aumentada ou reduzida a expansão da região com uma concentração reduzida de gás inerte e, por conseguinte, do plasma 3. A melhora forma de realização do dispositivo assim como o gás inerte ou a mistura de gases ideais deve ser determinada por meio da experiência, considerando que estes variam em função da composição do material a ser perfurado, particularmente do papel de revestimento de boquilha 4.

[024] A Fig. 3 apresenta o método de acordo com a presente invenção com um feixe de laser 6 como fonte de energia. Na extremidade inferior do tubo 1, por sua vez, está disposto um bocal 1.1. Neste bocal está centralmente disposta uma lente 7, que cumpre duas tarefas. Por um lado, a lente 7 serve para a focalização do feixe de laser 6 sobre a superfície do papel de revestimento de boquilha. Por outro lado, a lente 7 serve para influenciar o fluxo de gás do bocal 1.1 de forma desejada para que o fluxo de gás seja realizado de forma anular em volta da lente 7. Para que o gás inerte ou a mistura de gases possam circular em volta da lente 7, esta é fixada no tubo 1 por exemplo com fios metálicos finos ou se encontra na extremidade de um condutor de fibra óptica rígido que tal como o eletrodo 2 se estende na perpendicular no tubo 1. Neste caso o plasma 3 está limitado à região, em que a densidade energética do feixe de laser 6 é suficientemente elevada para ionizar a mistura de gases com uma concentração suficientemente reduzida de gás inerte. No ponto focal da lente 7 a densidade energética do feixe de laser 6 é mais elevada e a concentração de gás inerte é menor, pelo que pode ser produzido um plasma 3 local, de superfície reduzida.

[025] Como gás inerte pode ser utilizado por exemplo nitrogênio (N2), argônio (Ar) ou dióxido de carbono (CO2). Considerando que o gás inerte ou a mistura de gases abandonam o bocal 1.1 sob a forma pressurizada, a densidade do gás ou da mistura de gases na região anular em volta do eletrodo ou da lente 7 é mais elevada do que na região imediatamente antes do eletrodo 2 ou da lente 7. Quanto mais denso é um gás, mais energia é necessária para o ionizar. Além disso são arrastados íons e elétrons pelo do fluxo de gás. Também estes dois efeitos contribuem para o fato de o plasma 3 ser localmente limitado. Sobretudo no caso da aplicação com o feixe de laser 6 como fonte de energia o ar comprimido pode ser suficiente como mistura de gases, considerando que no caso do plasma 3 produzido por meio de laser o efeito da sublimação se sobrepõe àquele da oxidação.

Claims

MÉTODO PARA PERFURAÇÃO POR PLASMA DE PAPEL DE REVESTIMENTO DE BOQUILHA (4), em que é produzido plasma de baixa temperatura (3) sobre a superfície do papel de revestimento de boquilha (4) enquanto uma mistura de gases ionizáveis é brevemente ionizada por meio de uma fonte de energia que é puntiforme tanto quanto possível, caracterizado pelo gás inerte pressurizado ou uma mistura de gases tendo uma concentração elevada de gás inerte ser alocado de forma anular em volta da fonte de energia na direção do papel de revestimento de boquilha (4), como resultado, a mistura gasosa ionizável é localizada em uma região superficial muito pequena do papel de revestimento de boquilha (4) na frente da fonte de energia através dessa região sendo circundada de forma anular por uma mistura de gases tendo uma concentração maior de gás inerte.
MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo gás inerte pressurizado ou uma mistura de gases tendo uma alta concentração de gás inerte se projetar a partir da abertura do bocal (1.1) na direção do papel de revestimento de boquilha (4), em que a ponta da fonte de energia está concentricamente disposta no bocal (1.1) e o gás inerte fluindo em torno da referida ponta, e em que a propagação de gás ou da mistura de gás é estabelecida por meio do diâmetro de abertura do bocal (1.1) e/ou por meio do espaçamento da superfície de abertura do bocal (1.1) a partir da ponta da fonte de energia.
MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pela fonte de energia ser formada por dois eletrodos (2, 5) distanciados um do outro, em que o papel de revestimento de boquilha (4) e a mistura de gases ionizável se encontram no interstício entre ambos os eletrodos (2, 5) , e em que a mistura de gases ionizável é ionizada por aplicação de tensão entre os eletrodos (2, 5).
PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pela fonte de energia ser um feixe de laser (6) que está orientado a partir de um lado na direção do papel de revestimento de boquilha (4), e pelo gás ou a mistura de gases ionizável se encontrar no feixe de laser (6) e ser ionizado desta forma.
DISPOSITIVO PARA PERFURAÇÃO POR PLASMA DE PAPEL DE REVESTIMENTO DE BOQUILHA (4), em que uma fonte de energia está orientada na direção do papel de revestimento de boquilha (4) e em que a referida fonte de energia compreende uma ponta, a partir da qual é orientado um feixe de energia na direção do papel de revestimento de boquilha (4), caracterizado pela referida fonte de energia estar montada em um tubo (1), em que um bocal (1.1) está disposto na extremidade voltada para o papel de revestimento de boquilha (4), cujas funções como abertura de saída para um gás inerte pressurizado ou uma mistura de gases, em que a fonte de energia está concentricamente disposta na superfície de abertura do bocal (1.1).
DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela ponta da fonte de energia se projeta para fora da abertura do bocal (1.1) na direção do papel de revestimento de boquilha (4).
DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizado pela fonte de energia ser um eletrodo (2) e o papel de revestimento de boquilha (4) estar localizado entre o eletrodo (2) e um contra eletrodo (5).
DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelos dois eletrodos (2,5) serem em forma de agulha.
DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por serem fornecidos um eletrodo em forma de agulha (2) e um contra eletrodo plano (5).
DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizado pela fonte de energia ser um feixe de laser (6) que é direcionado a partir de um lado em direção ao papel de revestimento de boquilha (4) e a ponta da fonte de energia ser formada por uma lente ou um guia de ondas óptico.