BRPI1007566A2 - Composição formadora de filme, papel de cigarro, cigarro e métodos para fabricar um papel de cigarro e para fabricar um cigarro - Google Patents
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Abstract
COMPOSIÇÃO FORMADORA DE FILME, PAPEL DE CIGARRO, CIGARRO E MÉTODOS PARA FABRICAR UM PAPEL DE CIGARRO E PARA FABRICAR UM CIGARRO
A presente invenção está relacionada a uma composição que possui dois ou três agentes formadores de filme para aplicar a papéis de cigarro, em que as distribuições de peso molecular dos agentes formadores de filme são significativamente diferentes estatisticamente umas das outras. A invenção se refere adicionalmente a um papel de cigarro ao qual a composição é aplicada em áreas distintas, em que as regiões são caracterizadas por um valor de difusividade, bem como a um cigarro que compreende o papel de cigarro e que é caracterizado por valores para autoextinção. A presente invenção se refere adicionalmente a um método para fabricar o papel de cigarro e o cigarro.
Description
CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção está relacionada a uma composição que compreende dois ou três materiais formadores de filme que têm diferentes pesos moleculares médios para aplicação em papel de cigarro. A presente invenção se refere adicionalmente a um papel de cigarro ao qual é aplicada uma composição em áreas distintas, em que as áreas são caracterizadas por um valor para difusividade, bem como a um cigarro que compreende o papel de cigarro e que é caracterizado por valores para autoextinção. A presente invenção também se refere a um método para fabricar o papel de cigarro e o cigarro.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Um aspecto importante, que tem sido considerado quando se fabrica cigarros, é a autoextinção do mesmo. Por um lado um cigarro deveria extinguir-se automaticamente se colocado em uma superfície não destinada a este propósito, para evitar fogos que são provocados por cigarros incandescentes abandonados. Por outro lado é desfavorável para aceitação do usuário se o cigarro se extingue prematuramente quando colocado em um cinzeiro.
O valor para autoextinção (SE) é determinado por exigências legais (USA, Canadá, Austrália) por meio de teste padronizado ASTM E2187-
04. As exigências legais exigem um valor de SE de 75 % ou mais (em outras palavras 30 dos 40 cigarros testados têm que se autoextinguir). Este é o limite mais baixo dos valores aceitáveis. Consequentemente, os produtores de cigarro têm que garantir que os cigarros, se testados pelas autoridades, alcancem o limite de SE > 75 % com probabilidade muito alta. Portanto, para os produtores de cigarro, um valor de pelo menos 85 % é geralmente preferido.
O teste de queima livre (FB), que leva ao valor de FB, não é padronizado e são usadas notações diferentes. A propósito, é usada a notação FASE (autoextinção ao ar livre). Este valor tem o mesmo significado que o valor FB, mas a escala é invertida. Enquanto o valor de FB especifica quantos cigarros queimam livremente até o filtro sem autoextinção, o valor de FASE especifica quantos cigarros se autoextinguem enquanto queimam livremente.
Portanto, um valor de FB de 100% representa um valor de FASE de 0 % e vice versa. Geralmente, a relação FB = 100 – FASE se mantém verdadeira. O valor medido no teste de queima livre não é sujeito a disposições legais; isto serve para os produtores de cigarro decidir quais valores são aceitáveis. Valores de FB acima de 50% já são geralmente aceitáveis, ao passo que valores de FB acima de 70% são mais vantajosos.
O objetivo ótimo procurado por um produtor de cigarros é que os cigarros se autoextinguirem completamente no teste de força de combustão de acordo com ASTM E2817-04, ou seja, um valor de SE de 100%, mas, apesar disso, para nenhum cigarro se autoextinguir no cinzeiro durante o processo normal de fumar, o que significa deste modo que o valor de FB é semelhante a 100 %. Na prática este objetivo é muito difícil de alcançar, o que é a causa para que os limites de valores aceitáveis técnica e legalmente de SE e FB sejam menores.
Para controlar as características de extinção, composições com materiais formadores de filme (formadores de filme ou agentes formadores de filme) são aplicados de forma distinta no papel de cigarro. Uma vez que os materiais formadores de filme, após a remoção do solvente, por exemplo, por evaporação, formam um filme no papel de cigarro, os poros nas áreas tratadas são vedados e, portanto, o fluxo de oxigênio para o cone do cigarro incandescente é reduzido. As soluções ou suspensões aquosas ou não aquosas (“soluções de impressão”) são geralmente aplicadas por métodos de impressão comuns, especialmente impressão calcográfica e impressão flexográfica. Dispositivos para aplicar as soluções de impressão podem ser integrados na máquina de papel.
Também, são adicionados aditivos à solução de impressão para aumentar a opacidade das áreas impressas do papel, de modo que estas se tornem invisíveis no cigarro. Tipicamente, pós de cor branca e inertes com um tamanho médio de partícula entre 0,5 e 3 µm são selecionados para este fim.
Acima de todos, os carbonatos e óxidos têm provado ser efetivos, em que carbonato de cálcio (CaCO3), hidróxido de alumínio (Al(OH)3), óxido de magnésio (MgO) e carbonato de magnésio (MgCO3) são usados com particular frequência.
As características de extinção dependem, a propósito, do padrão e tamanho das áreas tratadas. Em particular, entretanto, a autoextinção é ajustada finamente pela quantidade de material formador de filme aplicado: quanto mais material é aplicado, mais poros são vedados. Uma medida para a permeabilidade das áreas tratadas é difusividade, que é um coeficiente de transferência para um transporte de gás através do papel controlado por uma diferença de concentração. Enquanto os valores de SE e FB são propriedades do cigarro acabado, a difusividade é uma propriedade do papel de cigarro. A difusividade é relacionada diretamente aos valores de SE e de FB (Eitzinger, Bernhard e Harald Giener. O Efeito da Decomposição Térmica de Papel de Cigarro em Tiras nos Resultados de Testes de Força de Combustão.
Apresentação no congresso CORESTA, Resumo SSPT23, Shanghai, China, 2 a 7 de Novembro de 2008).
A quantidade aplicada pode ser facilmente aumentada aumentando o conteúdo de materiais formadores de filme na solução de impressão. A viscosidade da solução de impressão é aumentada como resultado. A própria viscosidade, por sua vez, influencia a quantidade de materiais formadores de filme que pode ser aplicada ao papel de cigarro, e, portanto existe uma relação complexa entre a quantidade de material formador de filme na solução de impressão e a quantidade aplicada.
Acima de tudo, entretanto, a viscosidade da solução de impressão influencia substancialmente a processabilidade da mesma durante o processo de impressão. Portanto, a quantidade aplicada de materiais formadores de filme não pode ser prontamente aumentada sem ter que possivelmente ajustar o equipamento de impressão. Um aumento de conteúdo sólido também significa menos solvente na solução de impressão, de modo que a potência de secagem do equipamento de impressão também tem que ser ajustada se necessário.
Os métodos previamente conhecidos para aplicação de materiais formadores de filme não permitem ajuste fino da autoextinção, sem consideração especial do método de aplicação e das características do equipamento de aplicação. Também não é mais possível adaptar a solução de impressão às características do papel a ser impresso sem também mudar os ajustes do equipamento de aplicação.
Portanto um objetivo da presente invenção é fornecer uma solução de impressão com a qual papéis de cigarro e cigarros que tenham as características desejadas possam ser produzidos, e que minimize a necessidade de ajuste no método de aplicação.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO O objetivo da presente invenção é alcançado por uma composição formadora de filme para aplicação em papel de cigarro, cuja composição compreende um solvente e dois ou três agentes formadores de filme selecionados a partir do grupo que consiste em agentes formadores de filme A, B e C, cujas distribuições de peso molecular são significativamente diferentes estatisticamente, em que o conteúdo de cada um dos agentes formadores de filme na composição é selecionado de modo que o conteúdo total de agentes formadores de filme na composição seja de 15 a 30 % do peso, preferencialmente 22 a 27% do peso, e a viscosidade da composição é de 13 a 22 S (13 a 22 cm2/s), preferencialmente 17,5 a 19,5 S (17,5 a 19,5 cm2/s), medida usando um copo DIN 4 a 70 ºC.
Em uma realização da composição formadora de filme a quantidade de cada agente formador de filme na composição é selecionada adequadamente de modo que a difusividade em uma ou mais áreas distintas do papel de cigarro onde a composição é aplicada esteja entre 0,08 a 0,5 cm/s, preferencialmente 0,2 a 0,4 cm/s, mais preferencialmente 0,25 a 0,35 cm/s, medidos após o aquecimento do papel por 30 minutos a uma temperatura de 230ºC.
Em uma realização a composição formadora de filme compreende dois agentes formadores de filme A e B ou A e C ou B e C.
Em uma realização a composição formadora de filme compreende três agentes formadores de filme A, B e C.
Em uma realização da composição formadora de filme o agente formador de filme A tem um peso molecular médio de 200000 ± 50000 g/Mol, preferencialmente 200000 ± 30000 g/Mol, mais preferencialmente 200000 ± 10000 g/Mol.
Em uma realização da composição formadora de filme o agente formador de filme B tem um peso molecular médio de 600000 ± 150000 g/Mol, preferencialmente 600000 ± 90000 g/Mol, mais preferencialmente 600000 ± 30000 g/Mol.
Em uma realização da composição formadora de filme o agente formador de filme C tem um peso molecular médio de 100000 ± 25000 g/Mol, preferencialmente 100000 ± 15000 g/Mol, mais preferencialmente 100000 ±
5000 g/Mol.
Em uma realização da composição formadora de filme o conteúdo de agente formador de filme A é de até 25 % do peso, preferencialmente 5 a 15 % do peso.
Em uma realização da composição formadora de filme o conteúdo de agente formador de filme B é de até 25 % do peso, preferencialmente 15 a 22 % do peso.
Em uma realização da composição formadora de filme o conteúdo de agente formador de filme C é de até 20 % do peso, preferencialmente 2 a 15 % do peso, mais preferencialmente 2 a 8 % do peso.
Em uma realização da composição formadora de filme os agentes formadores de filme A, B e/ou C são selecionados independentemente um de outro do grupo que consiste em amido e produtos de degradação de amido, alginato, goma guar, pectina, álcool polivinílico e celulose bem como os respectivos derivados dos mesmos. Por exemplo, no caso de uma composição formadora de filme que compreende dois agentes formadores de filme A e B, o agente formador de filme A pode ser um alginato e o agente formador de filme B pode ser um amido ou um produto de degradação do amido.
Em uma realização da composição formadora de filme os agentes formadores de filme A e B ou A e C ou B e C ou A, B e C são idênticos. Por exemplo, no caso de uma composição formadora de filme que compreende dois agentes formadores de filme A e B ou A e C ou B e C, ambos os agentes formadores de filme são um amido ou um produto de degradação do amido ou um derivado dos mesmos. No caso de uma composição formadora de filme que compreende três agentes formadores de filme A, B e C, todos os três agentes formadores de filme podem ser um amido ou um produto de degradação do amido ou um derivado dos mesmos.
Em uma realização da composição formadora de filme os agentes formadores de filme A e/ou B é/são um amido de batata ou um derivado do mesmo, preferencialmente um amido de batata carboxilado ou um derivado dos mesmos, e o solvente é um solvente aquoso ou água.
Em uma realização da composição formadora de filme o agente formador de filme C é um amido degradado ou um derivado do mesmo, preferencialmente a maltodextrina ou um derivado da mesma, e o solvente é um solvente aquoso ou água. Adicionalmente a influenciar a viscosidade da composição, amido degradado ou maltodextrina obtém a vantagem de melhorar a formação de filme. A adição de amido degradado ou maltodextrina garante que o filme não rache, mesmo após secagem extensiva. Rachaduras facilitariam o fluxo de entrada de oxigênio no cone do cigarro incandescente e, portanto são desvantajosas.
Em uma realização a composição formadora de filme compreende adicionalmente pelo menos um ou mais aditivos, selecionados do grupo que consiste em carbonatos e óxidos, preferencialmente do grupo que consiste em carbonato de cálcio, hidróxido de alumínio, óxido de magnésio e carbonato de magnésio.
Em uma realização da composição formadora de filme o conteúdo de aditivos é de até 15 % do peso, preferencialmente 5 a 10 % do peso.
Em uma realização da composição formadora de filme a quantidade total de sólidos, incluindo o agente formador de filme e opcionalmente pelo menos um aditivo, é 15 a 45 % do peso, preferencialmente 22 a 37 % do peso.
O objetivo da presente invenção é, ainda, alcançado por um papel de cigarro que compreende uma ou mais áreas distintas nas quais uma composição formadora de filme da invenção é aplicada, em que a difusividade das áreas distintas é de 0,08 a 0,5 cm/s, preferencialmente 0,2 a 0,4 cm/s, mais preferencialmente 0,25 a 0,35 cm/s, medida após 30 minutos do aquecimento do papel até uma temperatura de 230 °C.
Em uma realização do papel de cigarro, a quantidade aplicada da composição formadora de filme é de 2,5 a 6 g/m2, preferencialmente 3 a 4,5 g/m2, mais preferencialmente 4 g/m2. Os valores para a quantidade aplicada em g/m2 se referem às áreas do papel de cigarro às quais a composição formadora de filme é aplicada.
Em uma realização do papel de cigarro a difusividade das áreas nas quais nenhuma composição formadora de filme é aplicada é de 0,1 a 3 cm/s, medida a temperatura ambiente. Em uma realização do papel de cigarro a permeabilidade ao ar das áreas nas quais nenhuma composição formadora de filme é aplicada é 10 a 200 unidades CORESTA, preferencialmente 40 a 100 unidades CORESTA unidade CORESTA = 1 cm3/(cm2 min kPa).
Em uma realização o papel de cigarro compreende adicionalmente um ou mais aditivos de queima, selecionados a partir do grupo que consiste em citratos, malatos, tartaratos, acetatos, nitratos, succinatos, fumaratos, gluconatos, glicolatos, actatos, oxilatos, salicilatos, α- hidroxicaprilatos e fosfatos, preferencialmente selecionados a partir do grupo que consiste em citrato de sódio e citrato tripotássico, em que o conteúdo é de maneira particular preferencialmente de até 4% do peso.
O objetivo da presente invenção é alcançado adicionalmente por um cigarro que compreende um papel de cigarro da invenção.
Em uma realização do cigarro o valor para autoextinção é mais do que 75%, preferencialmente pelo menos 85%, e mais preferencialmente pelo menos 95%, e o valor medido no teste de queima livre é maior do que 50%, preferencialmente pelo menos 70%, mais preferencialmente pelo menos 80%.
O objetivo da presente invenção é alcançado adicionalmente por um método para fabricar um papel de cigarro ou para fabricar um cigarro, em que o dito método que compreende as seguintes etapas: (a) fornecer um papel de cigarro que possui uma difusividade de 0,1 a 3 cm/s, medida a temperatura ambiente, e/ou uma permeabilidade ao ar de 10 a 200 unidades CORESTA, preferencialmente 40 a 100 unidades CORESTA; (b) fornecer uma composição formadora de filme da presente invenção; (c) aplicar a composição formadora de filme no papel de cigarro por meio de métodos de impressão, preferencialmente por meio de impressão calcográfica ou impressão flexográfica.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A expressão “significativamente diferentes estatisticamente” é para ser entendida com o seguinte significado: dois ou mais materiais tem distribuições de peso molecular significativamente diferentes estatisticamente se o teste de homogeneidade ҳ2, aplicado a estas distribuições de peso molecular, mostram que os mesmos não são idênticos comum nível de significância de 95%. O teste de homogeneidade ҳ2 é uma técnica padrão em estatística que faz com que seja possível testar a hipótese de se duas ou mais distribuições são idênticas. O mesmo é um teste não paramétrico e, portanto não requer suposições com respeito ao tipo de distribuição.
Se um material é descrito aqui por seu peso molecular médio, com ou sem o desvio padrão, por exemplo, por um “peso molecular médio de 600000 ± 90000 g/Mol”, é assumida uma distribuição normal de peso molecular.
A invenção compreende usar uma mistura de dois ou três materiais formadores de filme que tenham diferentes pesos moleculares médios, mais precisamente que tenham pesos moleculares significativamente diferentes estatisticamente. É sabido que o peso molecular de um material influencia a viscosidade de sua solução, mas a correlação entre conteúdo sólido e viscosidade é complexa mesmo no caso de materiais individuais, e é ainda mais difícil de predizer para misturas. Foi surpreendentemente descoberto que, misturando amido de alto peso molecular e amido de baixo peso molecular bem como um amido de médio peso molecular em uma base caso a caso, pode ser produzida uma solução da qual o conteúdo total de materiais formadores de filme e da qual a viscosidade podem ser ajustados independentemente um do outro selecionando a proporção dos amidos individuais. Portanto, as características do filme formado nas áreas distintas podem ser ajustadas seletivamente, sem ter que mudar a viscosidade da composição formadora de filme, a quantidade aplicada ou o conteúdo total de materiais formadores de filme na solução de impressão. Portanto, a processabilidade perfeita pelo equipamento de aplicação permanece garantida, sem mudanças de ajustes. Por exemplo, com um cilindro de impressão predeterminado pode ser impresso um largo espectro de papéis de cigarro com o resultado desejado com a variação da composição da solução de impressão.
Ser for desejado diminuir a difusividade das áreas impressas do papel de cigarro, então é útil de acordo com a invenção aumentar a proporção de materiais formadores de filme de alto peso molecular e diminuir a proporção de materiais formadores de filme de baixo peso molecular.
Portanto, é para ser usado mais material formador de filme de alto peso molecular se for desejado mudar de um papel de cigarro original para um papel alternativo, em que as áreas não impressas tenham uma difusividade maior do que o papel original. Por exemplo, este é o caso se o papel de cigarro alternativo tem maior permeabilidade ao ar ou um conteúdo de carga maior. Este é o caso se o papel de cigarro alternativo tem um conteúdo maior de aditivos de queima, porque então o mesmo se decompõe mais rapidamente sob ação térmica. Uma proporção maior de materiais de alto peso molecular formadores de filme também é útil se o cigarro compreende uma mistura de tabaco que queima de forma particularmente rápida e intensa.
Naturalmente, este princípio trabalha nos dois sentidos, ou seja, para aumentar a difusividade devem ser usados menos materiais formadores de filme de alto peso molecular e mais materiais formadores de filme de baixo peso molecular.
BREVE DESCRIÇÃO DA FIGURA A Figura 1 mostra as curvas termogravimétricas dos amidos A e B.
EXEMPLOS O princípio no qual a invenção é baseada é descrito pelo exemplo de amidos e derivados de amido em solução aquosa, mas também pode ser aplicado a outros agentes formadores de filme, incluindo agentes formadores de filme em soluções não aquosas.
EXEMPLO 1 - COMPOSIÇÃO DA SOLUÇÃO DE IMPRESSÃO E INFLUÊNCIA NA
DIFUSIVIDADE BEM COMO VALOR DE SE E DE FB Foram aplicadas diferentes composições formadoras de filme a um papel de cigarro através de um método de impressão. Foram usadas as seguintes substâncias formadoras de filme para a solução de impressão: Amido A peso molecular médio 200000 g/Mol Amido B peso molecular médio 600000 g/Mol Amido MD peso molecular médio 100000 g/Mol Os amidos A e B são pós de amido de batata carboxilada, o amido MD é um amido de batata degradado enzimaticamente (maltodextrina).
O solvente foi água. A solução de impressão também continha carbonato de cálcio, que normalmente é adicionado para tornar as bandas impressas menos visíveis.
A composição formadora de filme foi aplicada na forma de tiras.
As tiras impressas eram de 6 mm de largura e a distância do centro de uma tira para o cento da próxima tira era de 27 mm. As tiras foram dispostas a ângulos retos com a direção do movimento da lâmina de papel. A impressão foi feita com a ajuda de um sistema de impressão calcográfica. Esta é a opção preferencial e tecnicamente mais comum, mas também pode ser usada qualquer outra geometria de impressão.
Foi usado um papel de cigarro com as seguintes características:
PAPEL A Peso base 26 g/m2 Fibras polpa de linho Carga carbonato de cálcio, 29 % Permeabilidade ao ar 60 CU (=cm3/(cm2 min kPa)) Aditivos de queima 1,0 %, mistura de citrato de sódio e tripotássico, 50:50 (em % de toda a massa do papel) Os cigarros produzidos a partir deste papel tinham as seguintes características: Comprimento 84 mm Circunferência 24,6 mm Peso total 920 mg Peso de tabaco 650 mg Mistura de tabaco Mistura Americana (American Blend) O papel foi impresso com três diferentes soluções de impressão de acordo com a Tabela 1. A constante de difusão das áreas impressas foi então medida e a difusividade foi derivada destes valores.
Depois, foram fabricados cigarros a partir destes papéis e os cigarros foram testados.
TABELA 1 Solução de impressão Soma de Quant. Difusividade Amido Amido A Amido Giz Viscosidade SE FB Teste Amido 2 aplicada D* MD [%] [%] B [%] [%] [cm /s] [%] [%] [%] [g/m²] [cm/s] 1 5 0 22 27 5 19,0 5,26 0,205 100 60 2 5 22 0 27 5 18,0 5,72 0,405 57 100 3 5 5 17 27 5 19,5 5,50 0,312 95 90 Para a solução de impressão, o valor percentual denota o conteúdo dos respectivos materiais em percentual do peso (% do peso) baseado na solução de impressão pronta. Por exemplo, a solução de impressão no teste 1 consiste em 5 % do peso de amido MD, 22 % do peso de amido B e 5 % do peso de carbonato de cálcio (giz). Portanto o conteúdo total de amido é de 27 % do peso, o conteúdo total de sólidos é de 32 % do peso e a quantidade de material remanescente para 100 % do peso é água.
A viscosidade é medida usando um copo DIN 4. O tempo requerido por um volume da solução de impressão definido para fluir através de uma abertura na base do copo padronizado é medido em segundos. A viscosidade da solução de impressão pronta é medida a 70 °C.
A quantidade aplicada é o peso adicional por unidade de área impressa em g/m2 fornecida nas tiras no papel após a secagem.
A difusividade descreve a resistência a uma troca de gás provocada por uma diferença de concentração na área das tiras impressas. A mesma é intimamente relacionada com a constante de difusão. A constante de difusão D tem a unidade m2/s e descreve a taxa de fluxo v provocada pelo gradiente de concentração grad(c), que é dado aproximadamente por grad(c) = (c1 – c2)/d, em que d é a espessura do papel e c1 e c2 são as concentrações em ambos os lados do papel. A seguinte relação se aplica:
Para a aplicação técnica, entretanto, é de interesse específico que a taxa de fluxo através do papel seja alcançada a uma dada diferença de concentração. Esta pode ser dada por um valor que caracteriza o papel.
Portanto, a constante de difusão D e a espessura do papel d são combinadas para dar um valor D* de acordo com D*= D/d, que é chamado difusividade. A mesma tem a unidade m/s ou cm/s e, portanto faz com que seja possível calcular a taxa de fluxo através da tira por meio da seguinte equação: Portanto, papéis diferentes podem ser comparados com base em D*, sem ter que considerar adicionalmente a sua espessura. Portanto a difusividade, como explicado na Tabela 1, corresponde a uma constante de difusão dividida pela espessura do papel. A mesma é medida de acordo com um método não padronizado usando um “medidor de difusividade de CO 2” da companhia SODIM. Portanto, a difusividade caracteriza a facilidade (valor alto) ou dificuldade (valor baixo) com que o oxigênio pode passar através do papel de cigarro para o cone do cigarro incandescente.
Se o valor já é suficientemente baixo, então o cigarro se autoextingue.
Entretanto, durante a queima, o papel de cigarro é altamente exposto termicamente na região do cone incandescente. Portanto, foi demonstrado que a significância deste valor medido pode ser aumentada consideravelmente se os papéis forem aquecidos antecipadamente.
Portanto, o papel é aquecido por 30 minutos até 230 ºC em um forno de secagem, por exemplo, em um forno de secagem ED53 da companhia Binder. As mudanças no papel e mesmo nas tiras impressas são irreversíveis, que é o motivo para o papel ser inicialmente resfriado para determinar a difusividade na região das tiras.
O valor SE caracteriza o resultado do teste de força de combustão padronizado de acordo com o ASTM E2187-04. Neste teste um cigarro incandescente é colocado em um substrato formado de 10 camadas de filtro de papel Whatman #2 e então é checado se o cigarro se autoextingue. O valor percentual mostra quantos cigarros de uma amostra de 40 se autoextinguem.
O valor de FB caracteriza o resultado de um teste não padronizado, no qual a cigarro incandescente é fixado em um suporte na posição horizontal de modo que o ar possa alcançar o cigarro em todos os lados. Portanto o cigarro não repousa em um substrato. Este teste simula a queima do cigarro em um cinzeiro. O valor de porcentagem mostra quantos cigarros de uma amostra de 40 NÃO se autoextinguem.
Como pode ser visto na Tabela 1, no teste 1 no qual a solução de impressão consiste primariamente de amido de alto peso molecular B, foi alcançada a difusividade de 0,205 cm/s. Os cigarros fabricados do papel de cigarro correspondente tinham um valor de SE de 100 % e um valor de FB de apenas 60 %. Isto significa que neste exemplo os cigarros devem se autoextinguir muito frequentemente no cinzeiro.
No teste 2 foi usado um amido de médio peso molecular A em vez do amido de alto peso molecular B. Adequadamente, a difusividade aumenta de 0,205 cm/s para 0,405 cm/s. Portanto, menos cigarros se autoextinguem e o valor de SE é apenas 57%, visto que nenhum cigarro se autoextingue no teste FB e o valor de FB é portanto 100%. Um cigarro como este se autoextingue muito raramente para atender as exigências legais.
No teste 3 uma mistura de amido A e amido B foi usada e pode ser obtida uma difusividade de 0,312 cm/s. Este valor fica entre os valores obtidos no teste 1 (0,205 cm/s) e teste 2 (0,405 cm/s). O resultado para o valor de SE é 95%, que é satisfatório, como é o resultado para o valor de FB a 90%.
Neste exemplo foi fornecida uma quantidade aplicada de aproximadamente 5,5 g/m2, entretanto bons resultados também podem ser obtidos com uma quantidade significativamente menor aplicada de até aproximadamente 2,5 g/m2.
Este exemplo mostra que os resultados de teste desejados para D*, SE e FB podem ser obtidos sem mudar significativamente o conteúdo de sólidos da solução de impressão, sua viscosidade ou a quantidade aplicada.
Portanto, uma unidade de aplicação, por exemplo, uma máquina de impressão calcográfica, pode ser usada para aplicar estas diferentes composições de soluções de impressão sem fazer qualquer ajuste no equipamento de aplicação, por exemplo, a profundidade da gravação no cilindro, a velocidade da lâmina de papel ou a potência da unidade de secagem. Isto aumenta substancialmente a eficiência e a estabilidade do processo de aplicação.
EXEMPLO 2 - INFLUÊNCIA DO PAPEL DE CIGARRO Os materiais formadores de filme, os componentes da solução de impressão, a geometria das tiras e as características dos cigarros produzidos foram como no EXEMPLO 1.
Entretanto, foi usado um papel de cigarro que tem as seguintes características:
PAPEL B Peso base 24 g/m2 Fibras polpa de madeira Carga carbonato de cálcio, 29 % Permeabilidade ao ar 75 CU (=cm3/(cm2 min kPa)) Aditivos de queima citrato tripotássico 1,0 % (em % de toda a massa de papel) Portanto o papel B difere do papel A com respeito a todas as características essenciais.
TABELA 2 Solução de impressão Soma de Quant. Difusividade Amido Amido Amido Giz Viscosidade SE FB Teste Amido 2 aplicada D* MD [%] A [%] B [%] [%] [cm /s] [%] [%] [%] [g/m²] [cm/s] 4 0 5 17 22 5 19,0 4,20 0,250 100 80 5 5 0 17 22 5 17,5 4,45 0,280 97,5 100 No teste 5 o amido de médio peso molecular A do teste 4 foi substituído por um amido de baixo peso molecular MD. A difusividade aumentou adequadamente de 0,250 cm/s para 0,280 cm/s. Os resultados do teste mostram que resultados satisfatórios ou ótimos podem ser obtidos para valores de SE e de FB.
Este exemplo mostra que o ajuste dos resultados do teste para D*, SE e FB para diferentes características de papel podem ser alcançadas sem mudar significativamente o conteúdo de sólidos da solução de impressão, sua viscosidade ou a quantidade aplicada.
É para o fabricante de papel reconhecer, baseado na característica do papel, e sem executar seus próprios testes, quais resultados são esperados para SE e FB. Isto é alcançado pela difusividade D* do papel, porque esta variável pode ser usada para prever os valores de SE e de FB. Portanto, D* é o valor que caracteriza o papel ou, mais precisamente, as áreas impressas.
EXEMPLO 3 - INFLUÊNCIA DA PERMEABILIDADE AO AR DO PAPEL DE CIGARRO Os materiais formadores de filme, os componentes da solução de impressão e a geometria das tiras foram como no EXEMPLO 1.
Entretanto, foi usado papel de cigarros com as seguintes características:
PAPEL C Peso base 26 g/m2 Fibras polpa de linho Carga carbonato de cálcio, 29 %
Permeabilidade ao ar 60 CU(=cm3/(cm2 min kPa)) Aditivos de queima citrato tripotássico 1,4 % (em % de massa do papel inteiro)
PAPEL D Peso base 26 g/m2 Fibras polpa de linho Carga carbonato de cálcio, 29 % Permeabilidade ao ar 80 CU(=cm3/(cm2 min kPa)) Aditivos de queima citrato tripotássico 1,4 % (em % de massa do papel inteiro)
PAPEL E Peso base 28 g/m2 Fibras polpa de madeira Carga carbonato de cálcio, 25 % Permeabilidade ao ar 10 CU(=cm3/(cm2 min kPa)) Aditivos de queima citrato tripotássico 1,0 % (em % de massa do papel inteiro)
PAPEL F Peso base 25 g/m2 Fibras polpa de madeira Carga carbonato de cálcio, 32 % Permeabilidade ao ar 200 CU (=cm3/(cm2 min kPa)) Aditivos de queima citrato tripotássico 1,4 % (em % de massa do papel inteiro) TABELA 3 Solução de impressão Amido Amido A Amido B Soma de Giz Viscosidade Difusividade D* Teste Papel 2 MD [%] [%] [%] Amido [%] [%] [cm /s] [cm/s] 6 C 5 2 18 25 10 0,210
Solução de impressão Amido Amido A Amido B Soma de Giz Viscosidade Difusividade D* Teste Papel 2 MD [%] [%] [%] Amido [%] [%] [cm /s] [cm/s] 7 D 5 2 18 25 10 0,232 8 D 2 5 18 25 10 0,208 9 E 18 2 5 25 8 13,5 0,198 10 F 2 0 24 26 5 22,0 0,220 A tabela mostra que quando usado o papel D (80 CU, teste 7) em vez do papel C (60 CU, teste 6) a difusividade aumenta de 0,210 cm/s para 0,232 cm/s com a mesma solução de impressão. Se a proporção de amido de médio peso molecular A é aumentada comparada ao amido de baixo peso molecular MD (teste 8), pode ser obtida aproximadamente a mesma difusividade que no teste 6.
Como mostraram os testes 9 e 10, valores de difusividade satisfatórios também podem ser alcançados com uma permeabilidade inicial do papel de cigarro particularmente baixa (10 CU) ou particularmente alta (200 CU).
EXEMPLO 4 - INFLUÊNCIA DA CARGA DO PAPEL DE CIGARRO Os materiais formadores de filme, os componentes da solução de impressão e a geometria das tiras foram como no EXEMPLO 1. Entretanto, foi usado o papel de cigarros que tem as seguintes características:
PAPEL G Peso base 26 g/m2 Fibras polpa de linho Carga carbonato de cálcio, 23 % Permeabilidade ao ar 100 CU (=cm3/(cm2 min kPa)) Aditivos de queima citrato tripotássico 2,0 % (em % de massa do papel inteiro)
PAPEL H Peso base 26 g/m2
Fibras polpa de linho Carga carbonato de cálcio, 32 % Permeabilidade ao ar 100 CU(=cm3/(cm2 min kPa)) Aditivos de queima citrato tripotássico 2,0 % (em % de massa do papel inteiro) TABELA 4 Solução de impressão Amido Amido Amido Soma de Giz Difusividade D* Teste Papel MD [%] A [%] B [%] Amido [%] [%] [cm/s] 11 G 7 2 16 25 10 0,250 12 H 5 2 18 25 10 0,250 Quando se mudou do papel G com um conteúdo de carga de 23 % (teste 11) para o papel H com um conteúdo de carga de 32 % (teste 12) foi necessário mudar a proporção de amido de baixo peso molecular MD consideravelmente em favor do amido de alto peso molecular B para manter a difusividade de 0,250 cm/s. Isto é baseado no fato de que o papel H com o conteúdo de carga mais alto tem uma difusividade inicial mais alta nas áreas não impressas.
EXEMPLO 5 - INFLUÊNCIA DOS ADITIVOS DE QUEIMA NO PAPEL DE CIGARRO Os materiais formadores de filme, os componentes da solução de impressão, a geometria das tiras e as características dos cigarros fabricados foram como no EXEMPLO 1. Foram usados os papéis A (teste 13) e C (testes 14 e 15), os quais diferem apenas em seus conteúdos de aditivos de queima (1,0 % e 1,4 % de citrato respectivamente).
TABELA 5 Solução de impressão Soma Quant. Difusividade Amido Amido A Amido B de Giz Viscosidade SE FB Teste 2 Aplicada D* MD [%] [%] [%] Amido [%] [cm /s] [%] [%] [g/m²] [cm/s] [%] 13 0 5 17 22 5 18,5 4,30 0,354 87,5 100 14 0 5 17 22 5 18,5 4,10 0,435 62,5 100 15 0 2 20 22 5 19,0 4,05 0,365 77,5 100
A tabela mostra que quando se mudou do papel A para o papel C com a mesma solução de impressão, a difusividade aumenta de 0,354 cm/s (teste 13) para 0,435 cm/s (teste 14). Ao mesmo tempo, o valor de SE diminui de 87,5% para 62,5% e é, portanto menor do que o valor aceitável de 75%. A razão para isto é que os aditivos de queima aceleram a degradação térmica do papel e, portanto aumentam a difusividade após o aquecimento do papel.
Aumentando o conteúdo de amido de alto peso molecular B de 17% para 20% e reduzindo a proporção de amido de médio peso molecular A de 5% para 2%, a difusividade de 0,365 cm/s pode finalmente ser obtida no teste 15, que leva a um valor aceitável de SE de 77,5%.
Portanto, um conteúdo maior de aditivos de queima tem que ser compensado pela redução da difusividade, o que é possível aumentando o conteúdo de amido de alto peso molecular.
Neste exemplo também, apenas as proporções de amidos na solução de impressão foram mudadas, enquanto a viscosidade, conteúdo de sólidos e a quantidade aplicada permaneceram virtualmente inalteradas.
EXEMPLO 6 - PRODUÇÃO DE UMA COMPOSIÇÃO FORMADORA DE FILME Para produzir uma composição formadora de filme, pode ser usado um tanque de parede dupla ou encamisado, por exemplo, da companhia ENCO Energie Componenten GmbH, que pode ser aquecido com vapor. O tanque deve ser equipado com um agitador, por exemplo, consistindo de um disco de dispersão e dois agitadores propulsores.
Inicialmente, uma quantidade de água definida é preenchida dentro do tanque e uma quantidade correspondente de carbonato de cálcio, por exemplo, 5 ou 11 % do peso, é adicionada a composição com agitação. O carbonato de cálcio é disperso por aproximadamente 5 minutos. Em seguida a suspensão é aquecida até 50ºC e é adicionada uma quantidade correspondente de uma mistura de amido. A temperatura da composição pronta é então mantida a 90ºC por aproximadamente 20 minutos; então a composição está pronta para uso.
Como alternativa ao carbonato de cálcio, o hidróxido de alumínio também pode ser usado e serve para o mesmo propósito, a saber, uma melhoria nas características ópticas das tiras, em particular um aumento na opacidade.
EXEMPLO 7 - AJUSTE DE UMA COMPOSIÇÃO FORMADORA DE FILME Dependendo das características do papel, valores iniciais recomendados para a produção de uma solução de impressão para obter a difusividade de aproximadamente 0,3 cm/s são aquelas dadas na Tabela 6. Estes valores então têm que ser ajustados ao conteúdo de carga e ao conteúdo de aditivos de queima do papel bem como ao conteúdo de carbonato de cálcio na solução de impressão. Os valores na tabela se aplicam a um conteúdo de carga de 25% e 1% de citrato tripotássico no papel e 5% de carbonato de cálcio na solução de impressão.
TABELA 6 Permeabilidade ao ar Amido MD Amido A Amido B Polpa [CU] [%] [%] [%] Madeira 40 5 0 17 60 2 3 17 80 0 5 17 Linho 60 7 2 16 80 4 4 17 100 0 7 18 EXEMPLO 8 - CURVAS TERMOGRAVIMÉTRICAS A Figura 1 mostra uma curva termogravimétrica (curva TGA) dos dois amidos A e B. As amostras são aquecidas em uma atmosfera de nitrogênio a uma taxa de aquecimento de 5 oC/min até 500 oC, e a perda de peso (em %) é medida pela pesagem simultânea da amostra.
Pode ser visto na Figura 1, que o amido de alto peso molecular B degrada um pouco mais devagar, ou seja, a uma temperatura mais, do que o amido de baixo peso molecular A. Portanto, o amido B é capaz de resistir à decomposição térmica no papel de cigarro por mais tempo, de modo que o filme formado no papel de cigarro permanece intacto por mais tempo.
Portanto,
a difusividade das áreas impressas do papel é menor quando se usa amido B comparado ao uso do amido A.
Portanto, a proporção de amido B deve ser selecionada para ser maior se é desejado reduzir a difusividade.
Claims (21)
1. COMPOSIÇÃO FORMADORA DE FILME, para aplicação em papel de cigarro, caracterizada pelo fato de que compreende um solvente e dois ou três agentes formadores de filme, selecionados a partir do grupo que consiste em agentes formadores de filme A, B e C, cujas distribuições de peso molecular são significativamente diferentes estatisticamente, em que o conteúdo de cada um dos agentes formadores de filme na composição é selecionado de modo que o conteúdo total de agentes formadores de filme na composição seja de 15 a 30% do peso, preferencialmente de 22 a 27% do peso, e a viscosidade da composição é de 13 a 22 S (13 a 22 cm2/s), preferencialmente 17,5 a 19,5 S (17,5 a 19,5 cm2/s), medida usando um copo DIN 4 a 70 ºC.
2. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o conteúdo de cada agente formador de filme na composição é selecionado de modo que a difusividade em uma ou mais áreas distintas do papel de cigarro, nas quais a composição é aplicada, esteja entre 0,08 e 0,5 cm/s, preferencialmente entre 0,2 e 0,4 cm/s, mais preferencialmente entre 0,25 e 0,35 cm/s, medida após o papel ter sido aquecido até 230°C por 30 minutos.
3. COMPOSIÇÃO, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que compreende dois agentes formadores de filme A e B ou A e C ou B e C.
4. COMPOSIÇÃO, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que compreende três agentes formadores de filme A e B e C.
5. COMPOSIÇÃO, de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o agente formador de filme A possui um peso molecular médio de 200000 ± 50000 g/Mol, preferencialmente 200000 ±
30000 g/Mol, mais preferencialmente 200000 ± 10000 g/Mol, o agente formador de filme B possui um peso molecular médio de 600000 ± 150000 g/Mol, preferencialmente 600000 ± 90000 g/Mol, mais preferencialmente 600000 ± 30000 g/Mol, e o agente formador de filme C possui um peso molecular médio de 100000 ± 25000 g/Mol, preferencialmente 100000 ± 15000 g/Mol, mais preferencialmente 100000 ± 5000 g/Mol.
6. COMPOSIÇÃO, de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o conteúdo de agente formador de filme A é de até 25% do peso, preferencialmente 5 a 15% do peso, o conteúdo de agente formador de filme B é de até 25% do peso, preferencialmente 15 a 22% do peso, e o conteúdo de agente formador de filme C é de até 20% do peso, preferencialmente 2 a 15% do peso, mais preferencialmente 2 a 8% do peso.
7. COMPOSIÇÃO, de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que os agentes formadores de filme A, B e/ou C são selecionados independentemente um do outro a partir do grupo que consiste em amido e produtos de degradação de amido, alginatos, goma guar, pectina, álcool polivinílico, celulose e os respectivos derivados destes.
8. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o agente formador de filme A e/ou B é/são um amido de batata ou um derivado deste, preferencialmente um amido de batata carboxilado ou um derivado deste, e o solvente é um solvente aquoso ou água.
9. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o agente formador de filme C é um amido degradado ou um derivado deste, preferencialmente uma maltodextrina ou um derivado desta, e o solvente é um solvente aquoso ou água.
10. COMPOSIÇÃO, de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos um ou mais aditivos, selecionados a partir do grupo que consiste em carbonatos e óxidos, preferencialmente a partir do grupo que consiste em carbonato de cálcio, hidróxido de alumínio, óxido de magnésio e carbonato de magnésio.
11. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o conteúdo de aditivos é de até 15% do peso, preferencialmente 5 a 10% do peso.
12. COMPOSIÇÃO, de acordo com uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que o conteúdo de sólidos totais, incluindo os materiais formadores de filme e opcionalmente pelo menos um aditivo é de 15 a 45% do peso, preferencialmente 22 a 37% do peso.
13. PAPEL DE CIGARRO, caracterizado pelo fato de que compreende uma ou mais áreas distintas, nas quais uma composição formadora de filme conforme definida em uma das reivindicações 1 a 12 é aplicada, em que a difusividade das áreas distintas é de 0,08 a 0,5 cm/s, preferencialmente 0,2 a 0,4 cm/s, mais preferencialmente 0,25 a 0,35 cm/s, medida após o aquecimento do papel até 230 °C por 30 minutos.
14. PAPEL DE CIGARRO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a quantidade aplicada da composição formadora de filme é de 2,5 a 6 g/m2, preferencialmente 3 a 4,5 g/m2, mais preferencialmente 4 g/m2.
15. PAPEL DE CIGARRO, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que a difusividade das áreas nas quais nenhuma composição formadora de filme conforme definida em uma das reivindicações 1 a 12 é aplicada é de 0,1 a 3 cm/s, medida à temperatura ambiente.
16. PAPEL DE CIGARRO, de acordo com uma das reivindicações 13 a 15, caracterizado pelo fato de que a permeabilidade ao ar das áreas nas quais nenhuma composição formadora de filme conforme definida em uma das reivindicações 1 a 12 é aplicada é de 10 a 200 unidades
CORESTA (1 cm3/(cm2 min kPa)), preferencialmente 40 a 100 unidades CORESTA (1 cm3/(cm2 min kPa)).
17. PAPEL DE CIGARRO, de acordo com uma das reivindicações 13 a 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um ou mais aditivos de queima, selecionados a partir do grupo que consiste em citratos, malatos, tartaratos, acetatos, nitratos, succinatos, fumaratos, gluconatos, glicolatos, lactatos, oxilatos, salicilatos, α- hidroxicaprilatos e fosfatos, preferencialmente selecionados a partir do grupo que consiste em citrato de sódio e citrato tripotássico, em que o conteúdo é de maneira particular preferencialmente 4% do peso.
18. CIGARRO, caracterizado pelo fato de que compreende um papel de cigarro conforme definido em uma das reivindicações 13 a 17.
19. CIGARRO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o valor da autoextinção é maior do que 75%, preferencialmente pelo menos 85%, mais preferencialmente pelo menos 95% e o valor medido no teste de queima livre é maior do que 60%, preferencialmente pelo menos 70%, mais preferencialmente pelo menos 80%.
20. MÉTODO PARA FABRICAR UM PAPEL DE CIGARRO, conforme definido em uma das reivindicações 13 a 17, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: (a) fornecer um papel de cigarro que possui uma difusividade de 0,1 a 3 cm/s, medida a temperatura ambiente, e/ou uma permeabilidade ao ar de 10 a 200 unidades CORESTA (1 cm3/(cm2 min kPa)), preferencialmente 40 a 100 unidades CORESTA (1 cm3/(cm2 min kPa)); (b) fornecer uma composição formadora de filme conforme definida em uma das reivindicações 1 a 12; (c) aplicar a composição formadora de filme no papel de cigarro por meio de um método de impressão, preferencialmente por meio de impressão calcográfica ou impressão flexográfica.
21. MÉTODO PARA FABRICAR UM CIGARRO, conforme definido na reivindicação 18 ou 19, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: (a) fornecer um papel de cigarro que possui uma difusividade de 0,1 a 3 cm/s, medida a temperatura ambiente, e/ou uma permeabilidade ao ar de 10 a 200 unidades CORESTA (1 cm3/(cm2 min kPa)), preferencialmente 40 a 100 unidades CORESTA (1 cm3/(cm2 min kPa)); (b) fornecer uma composição formadora de filme conforme definida em uma das reivindicações 1 a 12; (c) aplicar a composição formadora de filme no papel de cigarro por meio de um método de impressão, preferencialmente por meio de impressão calcográfica ou impressão flexográfica.
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