CN104594128B - 烟草产品包装材料及其制备方法和应用以及烟草产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含有复合颗粒的烟草产品包装材料，该复合颗粒通过以下方法获得：(a)制备含碳酸钙颗粒的水性悬浮液；(b)加入含有铝离子的金属盐，其中，所述金属盐(i)能够在该悬浮液中形成碱性金属组分，和(ii)在所制备的悬浮液的pH值和20℃的温度下，具有在水中大于9.0mg/L的溶解度。本发明还公开了该烟草产品包装材料的制备方法，其在生产烟草产品中的应用，以及用其制备的烟草产品。本发明提供的烟草产品包装材料具有可控的燃烧性能。

Description

烟草产品包装材料及其制备方法和应用以及烟草产品
技术领域
本发明涉及一种含有基于矿物颗粒的复合颗粒的烟草产品包装材料及其制造方法，以及该材料在烟草产品中的应用。本申请的重点在于关于具有可控燃烧性能的烟草产品。
背景技术
过滤嘴香烟通常包括一个由卷烟纸(cigarette paper)包裹成的圆柱形、圆形或椭圆形的烟草棒；由过滤器包装纸(filter wrapping paper)包围成的形状相似的过滤嘴；以及通常胶粘到整个过滤器包装纸和包围烟草棒的卷烟纸的一部分并因此将过滤嘴连接到香烟棒的接装纸(tipping paper)(用于接嘴覆盖(mouthpiece covering)的基纸)。所有这些纸都在以下统称为“烟草产品包装材料”。
烟草产品包装材料通常含有填料。其它添加剂也可以存在，以达到特殊的性能；这样的添加剂包括湿强度剂(wet-strength agents)、阻止燃烧速率的物质，和/或加速燃烧率的物质。
通常将如碳酸钙、二氧化钛、氢氧化铝、氢氧化镁、高岭土、煅烧高岭土、滑石和它们的混合物的物质作为填料掺入到烟草产品包装材料中，其中，通过适当地选择填料的类型和数量，可以控制光学性能和燃烧性能。不含有填料或只有少量填料的烟草产品包装材料会对烟草产品有较强的自熄灭作用，但是这种类型的烟草产品包装材料不具有所需的光学性能，如高白度和高不透明性。
关于烟草产品包装材料，进一步地，对于在各项可适用的法律规定下允许使用的填料还有限制。根据适用的法规，碳酸钙可以无限制地在所有类型的烟草产品包装材料中使用。然而，已经知道，某些填料对所述光学性能和燃烧性能是不利的。还已知，当在烟草产品中使用时，除碳酸钙之外，包含大量的填料且还表现出受控燃烧性能和希望的自熄行为的烟草产品包装材料，需要相当大比例的其它填料或者其它填料的混合物以及可能掺入烟草产品包装材料的附加物质，如延迟燃烧率的物质。
在相关技术领域中还已知，为了影响烟草产品包装材料的燃烧性能的目的，可以将在含水或不含水的溶液或者悬浮液中的如聚合物、硅酸盐和多糖以及它们的衍生物的物质以足够的量和合适的几何分布应用到烟草产品包装材料，优选卷烟纸。
近年来，已经颁布了对烟草制品(tobacco articles)例如香烟的附加要求。因此，最近已成为一项要求，在正常情况下抽吸时，持续燃烧而不自熄的烟草制品必须在烟草制品置于可燃材料上时自熄灭，目的是防止可燃物着火。换句话说，需要受控的燃烧行为，其中烟草产品可以在自由可接近的空气中随烟草产品包装材料一起无阻碍地燃烧，然而，当搁置在本身是可燃的物质上时，与这些物质接触后不久即很快自熄灭。
申请号为11-151082A的日本专利描述了具有受控燃烧性能的香烟，其中，在香烟的长度方向上相隔一定距离布置若干环形区域(燃烧控制区域)。这些环形区域被依次涂抹上含有无机填料如白垩岩、粘土或氧化钛的纤维素聚合物的悬浮液。
欧洲专利申请EP1321048A1描述了具有受控燃烧性能的烟草制品，含有涂有据说可以调整烟草制品燃烧性能的燃烧调节剂的卷烟纸。作为合适的燃烧调节剂的例子，该文档列出蛋白质，如明胶、酪蛋白、白蛋白和面筋；多糖增稠剂(polysaccharidethickeners)，例如淀粉、黄原酸(回波胶(Echo Gum))、刺槐豆胶、瓜耳胶(瓜尔豆胶(Guarpack))、黄蓍树胶(gum tragacanth)、“塔拉(Tara)”胶、罗望子种子多糖(tamarindseed polysaccharides)(罗望子胶(glyloid))、刺梧桐树胶(gum karaya)、阿拉伯胶(gumarabic)，支链淀粉，糊精，环糊精(奥利歌赛文(Oligoseven))和茄替胶(gum ghatti)；胶凝多糖(gelling polysaccharides)，例如角叉菜胶、凝胶多糖、琼脂、红藻胶、果胶、“叶楠(Jeram”胶和“凯尔窦(Kelco)”凝胶；类脂类，例如卵磷脂；天然的高分子衍生物，如羧甲基纤维素、甲基纤维素和醇丙撑二醇藻蛋白酯(propylene glycol alginate ester)；经加工的淀粉，如淀粉磷酸酯；合成的高分子化合物，如聚(丙烯酸钠)和各种高分子乳化剂；无机铵盐如氯化铵、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵、溴化铵和硫酸铵；无机氢氧化物，如氢氧化钡、氢氧化钙和氢氧化铝；以及源于无机盐的阻燃剂，如硼酸钠、硼酸、氯化锌、氯化镁、氯化钙和硫酸钠。EP 1321048 A1描述了可以使用一个或多个所述的燃烧调节剂。
CN101747909B描述了一种含有碳酸钙和氢氧化镁的阻燃添加剂，可以通过制备硫酸镁溶液，加入碱性氢氧化钙悬浮液，加入氯化钙溶液，并分离沉淀物料而获得。
该出版物中描述的方法的缺点在于，该方法是耗时和复杂的，其包括总共10个步骤，其中步骤9单独需要2-3天。此外，步骤4需要超声处理，这是工业规模非常难以实现。
此外，以这种方式可以获得的该产物，直到温度超过200℃才可以释放出显著量的水。该产品的X射线衍射光谱表明该产品是碳酸钙和氢氧化镁的物理混合物。
在美国专利申请2006/0162884A1中，描述了矿物颜料，其包括通过碳酸钙与弱酸或强酸、气态CO2以及特定的盐原位反应获得的产品。使用的盐可以是硅酸铝，合成二氧化硅，硅酸钙，一价硅酸盐如硅酸钠、硅酸钾、和/或硅酸锂，氢氧化铝，铝酸钠，和/或铝酸钾，其中，一价硅酸盐的含量应小于碳酸钙的干重的0.1重量％。以这种方式获得的矿物颜料被认为在20℃具有pH大于7.5。
该出版物公开的矿物颜料的BET表面积应优选在25-200m2/g的范围内。
在该专利申请的实际的实施例10中，将氢氧化铝粉末，然后硅酸钠加入到天然碳酸钙在水中的悬浮液，并用磷酸处理所得的悬浮液。
但是在该出版物中的任何地方都并没有提及金属盐添加到碳酸钙悬浮液，该盐具有在20℃时测定的在悬浮液中大于9.0mg/L的溶解度。
此外，该申请并没有涉及本发明的技术领域，即，制作具有可控的燃烧性能可用的烟草制品；与此相反，它涉及制作用于喷墨纸的可用的填充剂，并具有改进常规涂覆或未涂覆的纸的适印性的特定目的。
最后，还有一些不能被用于本发明目的的物质，即，那些在其中形成作为主产物或副产物的硅酸钙，因为在本领域的现行法规下在卷烟纸中不允许硅酸盐使用。
此外，以这种方式获得的产品，直到温度超过200℃才可以释放出显著量的水。该产品的X射线衍射光谱表明该产品是碳酸钙和氢氧化镁的物理混合物。
WO03/034845A描述了具有增加的自熄灭倾向的香烟，其中，所述卷烟纸包括环形区域，由于聚合物的存在其空气的渗透性降低了。所讨论的聚合物特指聚乙酸乙烯酯、部分水解的聚乙酸乙烯酯和聚乙烯醇。
EP 1933651A1描述了涉及基础包装材料的烟草产品包装材料，在其上，至少在不同的区域中应用包括机械破碎、化学交联的多糖，该多糖具有干燥的多糖产物的粒径(重均粒径)在1-1,000μm范围。
烟草产品包装材料中通常使用的填料因此受到限制和不利条件，特别是因为它们不可能实现有效控制烟草产品包装材料的燃烧行为。但是，希望有含有填料的烟草产品包装材料，其中，烟草产品包装材料的燃烧行为可通过填充材料有效地控制。
与此背景相对立，提出用于降低可燃制品的可燃性的更好的可能性。特别期望的是用于控制烟草制品的燃烧性能和自熄灭行为的更好的解决方案，上述所有用于控制烟草制品的燃烧性能的更好的解决方案在此方式下，使烟草制品在通常的抽吸条件下燃烧且尽量没有自熄灭，但是在与一些其他尽可能被有效地阻止点燃的可燃材料接触时自熄灭；也就是说，烟草产品应在露天中不受阻碍地烧尽，但在本身也可燃的物质上自熄灭。以最简单的方式和最低可能的成本实现发明方案应该是可能的，并且还是尽量普遍适用的。
发明内容
通过提供具有本发明的所有特征的烟草产品包装材料可以获得由本发明的描述中所讨论的关系直接得到的这个和其它目的。本发明还描述了本发明的烟草产品包装材料的优选实施方式。在本发明中，保护了用于生产本发明的烟草产品包装材料的特别有利的方法，本发明的烟草产品包装材料的应用，以及应用本发明的烟草产品包装材料生产的烟草制品。
根据本发明，作为使用复合颗粒的结果，即，颗粒可以根据下面的方法获得：
(a)制备含碳酸钙颗粒的水性悬浮液，和
(b)加入含有铝离子的金属盐，其中，所述金属盐
(i)能够在该悬浮液中形成碱性铝组分，和
(ii)在所制备的悬浮液的pH值下和20℃的温度下测定时，具有在水中大于9.0mg/L的溶解度，
可以以非直接预测的方式制备添加剂，即，可以通过该添加剂有效地控制烟草产品包装材料的可燃性、燃烧性能和自熄灭行为。根据本发明应用所使用的复合颗粒，使得特别是以优越的方式控制烟草制品的燃烧性能成为可能，其中当在正常条件下抽吸时，烟草制品燃烧并尽量不自熄灭，但是在与尽量被阻止点燃的一些其他材料接触时自熄灭；也就是说，本发明使得提供在露天中不受阻碍地燃烧但在其本身可燃的物质上自熄灭的烟草产品成为可能。本发明的方案可以以极低的成本最简单的方式实现，并且是普遍适用的。
与现有技术相比，特别是根据专利申请JP11-151082A和EP1321048A1中描述的用于控制常规烟草制品的燃烧性能的方法相比，本发明的优点特别在于，根据本发明，使用的复合颗粒可以替代在烟草产品包装材料中任何情况下使用的填料。在理想情况下，只使用一种添加剂，即创造性地使用的复合颗粒，从而导致相应工艺相关的技术性优点。
与用含有碳酸钙和如氢氧化铝或氢氧化镁的碱性金属成分的物理混合物的粉末相比，创造性地使用的复合颗粒提供了一些优点。特别是，它们使得实现更好地和更有效地控制烟草制品的燃烧性能成为可能。
对于烟草制品生产，可以得益于这样的事实，基本上可以使用与以前相同的填料，即CaCO3，其结果是，用于生产烟草制品的已经存在的方法仅需要如果任何有的小的修改。根据本发明，所使用的复合颗粒易于处理，并显示出非常良好的相容性和优异的混合行为，特别是与长纤维纸浆(long-fiber pulps)。
因此，本发明的目的是包括创造性地使用的复合颗粒的烟草产品包装材料，该复合颗粒通过以下的方法获得：
(a)制备含碳酸钙颗粒的水性悬浮液，和
(b)加入含有铝离子的金属盐。
在本发明的范围内，碳酸钙颗粒开始于水性悬浮液中。
步骤(a)中制得的含有碳酸钙颗粒的悬浮液优选pH值在6.0-13.0的范围内，更优选在6.0-11.0的范围内，每一种情况都在20℃的下测定。
此外，在每一种情况下基于悬浮液的总重量，在步骤(a)中制备的含有碳酸钙粒子的悬浮液优选包含至少1.0重量％，更优选至少5.0重量％，尤其是8.0-22.0重量％的碳酸钙。然而，在加入本身已知的合适的粘度改进剂的情况下，显著地更大量的达到75.0重量％的碳酸钙也是可以想到的。
此外，该悬浮液还可以含有其它的矿物质，例如滑石、高岭土、二氧化钛和氧化镁，其中，这些矿物质在悬浮液中在10-90℃的温度范围内，以及在悬浮液的pH值下是惰性的。但是，基于该悬浮液的总重量，这些矿物质在悬浮液中的量优选小于25.0重量％，更优选小于10.0重量％，甚至更优选小于5.0重量％，最优选小于1.0重量％，特别是小于0.1重量％。在本发明的特别优选的实施方式范围内，除了在本申请中所列的必要成分外，该悬浮液不含矿物质。根据本发明，“矿物质”应被理解为结晶组分形式的含有极小单元的化学元素或化合物，不管任何可能的晶体缺陷和不规则，矿物质都以三维周期形式排列并经地质过程形成。
对本发明来说，使用的碳酸钙的起源并不重要，并且天然的重质碳酸钙粒子(GCC)和沉淀碳酸钙颗粒(PCC)都可以使用，虽然使用沉淀的碳酸钙颗粒是特别有利的。
优选使用的碳酸钙颗粒的形式，特别是沉淀的碳酸钙粒子，在本发明中没有进一步的限制，并可以调整以满足应用的具体目的。然而，优选使用偏三角面体、菱面体、针状、板状或球形的颗粒。在本发明的相当特别优选的实施方式范围内，使用针状(优选霰石)、菱面体(优选方解石)、和/或偏三角面体(优选方解石)的碳酸钙颗粒，适当的针状(优选霰石)和/或偏三角面体(优选的范围方解石)的碳酸钙颗粒，尤其是沉淀碳酸钙颗粒，其中，使用偏三角面体(优选方解石)的碳酸钙颗粒，尤其是沉淀的偏三角面体(优选方解石)的碳酸钙颗粒为所有当中最优选的。
使用的碳酸钙颗粒，特别是沉淀的碳酸钙颗粒的平均直径，原则上可以自由选择。优选在0.05-30.0μm的范围内，特别在0.1-15.0μm的范围内。
在偏三角面体的碳酸钙颗粒的情况下，碳酸钙颗粒的平均直径最好在0.05-5.0μm的范围内，优选小于3.0μm，特别优选小于1.8μm，特别是小于1.6μm。此外，在这种情况下，平均粒径大于0.1μm是有利的，优选大于0.3μm，特别优选大于0.6μm，更优选大于0.8μm，特别是大于1.0μm。
在本发明的范围内，上面引用的使用的碳酸钙粒子的平均粒径(以重量计)通过沉降分析方法适当地确定，其中，在此关系中，使用SEDIGRAPH5100(Micromeritics GmbH)是特别有利的。除非另有说明，该测量参数和所有引用在本申请中的其他测量参数均优选在20℃测定。
可以以已知的方式通过将组分混合在一起制备水性悬浮液。可替换地，通过引入含有CO2的气体到含水石灰浆液中原位制备悬浮液也是可能的。
在步骤(b)中，包括铝阳离子的金属盐被添加到该水性悬浮液中，优选加到水溶性含碳酸钙的悬浮液。此外，所使用的金属的盐的特征在于，能够在该悬浮液中原位形成碱性铝组分。
在本发明的范围中，在制备的悬浮液的pH值下和20℃的温度下测定时，能够形成碱性金属成分的含铝阳离子的金属盐具有在水中的大于9.0mg/L的溶解度，优选大于100.0mg/L，更优选大于500.0mg/L，甚至更优选大于1.0g/L，更好大于5.0g/L，甚至最好超过100.0g/L，并且特别是大于400.0g/L。因此，在下文中，有时被称为“水溶性金属盐”。
能够形成基本金属成分的金属盐还优选包含小于10.0摩尔％，优选小于5.0摩尔％，优选小于1.0摩尔％，特别优选小于0.1摩尔％，特别是没有，也即，0.0摩尔％的不同于能够与Ca2+形成盐的氢氧根的阴离子；当在制备的悬浮液的pH值下和20℃的温度下测定时，该盐具有在水中小于5.0g/L的溶解度，优选小于2.5g/L，尤其优选小于2.0g/L，特别是小于1.0g/L。首先，为了本发明的目的，含有硫酸根和/或硅酸根离子的金属盐的比例要尽可能地小。
考虑到下表中列出的几种盐在水中的溶解度，因此使用Al(NO3)3对于本发明的目的是特别优选的，然而使用Al(OH)3作为水溶性金属盐是不可能的。
盐 20℃时在水中的溶解度(mg/L)
Al(NO3)3 419,000
Al(OH)3 1.5
CaCl2 740,000
Ca(NO3)2 >1,470,000
CaSiO3 事实上不可溶
Ca(OH)2 1,700
CaCO3 14
特别适合用于本发明的目的的另外的金属盐，即能够形成碱性金属成分的金属盐，包括氯化铝、聚合氯化铝(polyaluminum chloride)、硫酸铝、硝酸铝硫酸盐(aluminumnitrate sulfate)、硝酸盐聚合硫酸铝(购自Sachtleben Wasserchemie)、氢氧化铝、氯化硫酸羟铝(aluminum hydroxide chloride sulfate)和硝酸硫酸羟铝(aluminumhydroxide nitrate sulfate)。
铝酸盐也已被证明是特别合适的金属盐。这些是铝酸HAlO2·H2O的盐，其中铝形成络合物阴离子[Al(OH)4]–以氢氧根离子作为配位体，以及盐中阴离子以铝离子缩合物的形式存在。特别优选地，铝酸盐满足通式Met[Al(OH)4]，其中Met表示一价阳离子，尤其是铝酸钠(NaAl(OH)4)和铝酸钾(KAl(OH)4)。
根据本发明，已经发现加入铝盐是特别有利的。
优选选择加入的水溶性金属盐的量，以此使水溶性金属盐的铝与碳酸钙颗粒矿物的重量比在0.01-25.0的范围内，优选在0.1-20.0的范围内，特别优选在0.2-15.0的范围内，更特别是在2.0-7.5的范围内。
步骤(b)中各个组分的反应优选温度在5-90℃的范围内进行，优选在15-30℃的范围内，并且优选导致原位形成创造性地使用的碱性复合颗粒。
所述创造性地使用的复合颗粒在上述条件下从反应混合物中沉淀出，并可以从母液中以已知的方式通过例如，过滤或离心分离出。为了进一步纯化，如果需要的话，该复合颗粒可以用水、丙酮、和/或其他合适的物质洗涤。
在本发明的另一个优选的变体的范围内，在纸的生产过程中，直接使用该复合颗粒的悬浮液，无需分离创造性地使用的复合颗粒。
在通过引入CO2从含水的Ca(OH)2悬浮液(石灰乳)中生产碳酸钙悬浮液的过程中添加金属盐也是可能的。在这方面，优选的方法中：
(a)制备含水的Ca(OH)2悬浮液；
(b)将第一质量的含有CO2的气体引入到含水的Ca(OH)2悬浮液中；
(c)添加含有铝阳离子的金属盐；
(d)将第二质量的含有CO2的气体引入到反应混合物中；和
(e)分离所形成的复合颗粒。
上面描述的方法导致将碱性金属组分(优选原位形成的)掺入到制备的碳酸钙颗粒。对于纯的碱性金属组分，所述创造性地使用的复合颗粒优选为X射线非晶型(x-ray-amorphous)；即，加入的碱性金属组分的长程有序的程度低于使用的X射线辐射的相干长度，尤其是低于CuKα射线(波长：154pm)的相干长度。
因此创造性地使用的复合颗粒的X-射线衍射研究优选显示出纯的碱性金属成分没有布拉格(Bragg)反射，尤其是氢氧化铝；相反地，如果有任何信号，它们仅显示出所谓的信号小丘(signal humps)，该信号小丘反映了纯碱性金属成分的平均原子间距离的正态高斯分布。
因此，作为规则，可以使用X射线衍射光谱从矿物粒子和碱性金属成分的常规混合物中区分出创造性使用的复合颗粒，特别是从碳酸钙和碱性金属成分的常规混合物中。
因此，特别是在含有方解石碳酸钙(calcitic calcium carbonate)的含铝复合颗粒的情况下，创造性地使用的复合颗粒的X射线衍射图将在2θ＝18.3±1.0显示信号强度，优选在2θ＝18.3±0.5，特别是在2θ＝18.3，通常小于100％，优选小于75.0％，更优选小于50.0％，优选的小于25.0％，适当地小于10.0％，甚至更优选小于5.0％，很特别优选小于1.0％，尤其是小于0.1％，其中，在相同的x射线衍射图中信号在2θ＝29.5±1.0，特别是在2θ＝29.5±0.5，特别是在2θ＝29.5的强度被限定为100％。
对于包含文石碳酸钙(aragonitic calcium carbonate)的含铝复合颗粒，创造性地使用的复合颗粒的X射线衍射图在2θ＝18.3±1.0，优选在2θ＝18.3±0.5，特别是在2θ＝18.3，显示出的信号强度通常小于100％，优选小于75.0％，更优选小于50.0％，优选的小于25.0％，适当地小于10.0％，甚至更优选小于5.0％，相当特别优选的少于1.0％，特别是小于0.1％，其中，在相同的x射线衍射图中信号在2θ＝26.2±1.0，优选在2θ＝26.2±0.5，特别是在2θ＝26.2的强度被限定为100％。
创造性地使用的复合颗粒与矿物粒子和碱性金属组分组成的常规混合物之间的结构差异，特别是创造性地使用的复合颗粒与碳酸钙粒子和碱性金属组分组成的常规混合物之间的结构差异，进一步地，导致创造性地使用的复合颗粒与矿物粒子和碱性金属组分组成的常规混合物之间，特别是创造性地使用的复合颗粒与碳酸钙粒子和碱性金属组分组成的常规混合物之间在热重研究过程中行为上的差异。当从室温(20℃)加热到超过200℃，优选超过300℃，特别是超过450℃时，创造性地使用的复合颗粒连续不断地释放出水，而矿物颗粒和Al(OH)3，特别是PCC和Al(OH)3的混合物，直至达到大于200℃的最低温度才释放出显著量的水。
在这方面，优选在40-1,000℃的范围内进行热重研究。加热速率优选为20℃/分钟。创造性地使用的复合颗粒在130℃下测量，优选有含水量小于5％，优选小于4％，特别优选小于3％，优选在40-200℃的范围内加热速率20℃/分钟的热重分析中，显示出至少0.4％，优选为至少5.0％，特别是至少10.0％的重量损失。
原则上，创造性地使用的复合颗粒组合物可以自由地选择，并适于应用的具体目的。但是，鉴于本发明的目的，每种情况下基于复合颗粒的总重量，所述复合颗粒包括：
(a)至少23.2重量％，优选至少30.3重量％，特别优选至少34.8重量％，特别是至少37.3重量％的钙；
(b)至少34.8重量％，优选至少45.4重量％，特别优选至少52.0重量％中，特别是至少55.8重量％的碳酸；
(c)至少0.1重量％，优选至少0.5重量％，特别优选至少1.0重量％，特别是至少2.5重量％的铝离子；和
(d)至少0.1重量％，优选至少0.7重量％，特别优选至少1.3重量％，特别是至少3.5重量％的氢氧化物，
已被证明是特别合适的。
钙、碳酸盐和铝离子的相关比例优选通过X-射线荧光分析确定。氢氧化物的量优选通过计算从100重量％的差额来确定。
对于本发明的目的，创造性使用的复合颗粒的BET比表面积优选在0.1-100m2/g的范围内，优选的范围为1.0m2/g至小于25.0m2/g，特别优选从2.5m2/g到少于20.0m2/g的范围，特别是在5.0-12.0m2/g的范围内。
复合颗粒的比表面积(BET表面积)优选通过利用BET法的氮吸附法测定。已经发现使用Micromeritics Gemini 2350分析仪特别适合于这一方面。将样品在130℃下适当地脱气至少3小时，特别是至少12小时，在吸附测定之前，使用FlowPrep 060脱气器是特别有利的。
应用创造性使用的复合颗粒的可能的领域是显而易见的。它们作为添加剂特别适用于可燃物质，以控制它们的燃烧性能。因此，它们优选用作用于控制烟草产品的燃烧性能的添加剂。
此外，加入创造性使用的复合颗粒具有很强的自熄灭作用，因为创造性地使用的复合颗粒能连续地释放水分，并以这种方式通过本身熄灭余烬。
因此，应用创造性地使用的复合颗粒在烟草制品中，特别是在香烟中是特别有利的。
对于卷烟纸，接装纸和过滤器包装纸，添加的创造性地使用的复合颗粒的量通常被选择与通常使用的填料的量相对应，其中，添加量优选在0.1-50.0重量％范围内，且特别是在0.2-45.0重量％的范围内，以保证有效地控制燃烧性能。
在本发明的实施方式范围内，创造性地使用的复合颗粒用于烟草产品包装材料中。除了它们作为填料的功能，创造性地使用的复合颗粒优选可以给予烟草产品包装材料可控的燃烧性能。
对于这种应用，创造性地使用的复合颗粒通常具有的平均粒径在0.1-10μm的范围内，优选为0.5-5μm，特别是1-3μm。
此外，对于这种应用，创造性地使用的复合颗粒的BET比表面积优选在0.1-100m2/g的范围内，优选1.0m2/g至小于25.0m2/g，特别优选在2.5m2/g至少于20.0m2/g，特别是在5.0-12.0m2/g的范围内。
基于所述烟草产品包装材料的总重量，本发明的烟草产品包装材料的总填料含量通常在0.1-50重量％的范围内，通常为0.2-45重量％，优选10-45重量％，优选15-40重量％，尤其是25-35重量％。
除了创造性地使用的复合颗粒之外，本发明的烟草产品包装材料可以任选地包含额外的填料，如碳酸钙、二氧化钛、氢氧化铝、氢氧化镁、高岭土、煅烧高岭土和/或滑石粉。但是，基于该烟草产品包装材料的总重量，这些附加填料的比例优选小于25.0重量％，更优选小于10重量％，甚至更优选小于5.0重量％，优选小于1.0重量％，特别是小于0.1重量％。
该烟草产品包装材料可以是包围烟草棒的卷烟纸；包围过滤器的过滤器包装纸；或接装纸(用于覆盖过滤材料的基纸)。它也可以是用于包裹无过滤嘴香烟的烟草棒的卷烟纸。在一个优选的实施方案中，本发明的烟草产品包装材料为卷烟纸。在另一优选的实施方案中，本发明的烟草产品包装材料为接装纸。
另外，如果需要的话，本发明的烟草产品包装材料可以含有附加的组分，如0.1-6％，优选0.3-3％量的燃烧速率阻滞物(combustion rate-retarding substance)和/或燃烧速率加速物(combustion rate-accelerating substance)。
另外优选的，任选的组分是基于多糖如瓜耳胶、半乳甘露聚糖、淀粉及其衍生物、羧甲基纤维素的粘合剂，用于临时或永久湿度增强的湿度增强剂，以及用于使烟草产品包装材料疏水性和用于控制烟草产品包装材料的渗透性的上浆剂(sizing agents)。
根据需要，碱金属或碱土金属盐如钠、钾和镁的盐，或者羧酸盐如乙酸、柠檬酸、苹果酸、乳酸和酒石酸盐，特别是柠檬酸盐，可以作为燃烧速率加速物。
每一种情况下，基于烟草产品包装材料的总重量，如果在本发明的烟草产品包装材料中使用燃烧速率阻滞物和/或加速物，则通常会出现在0-6重量％，优选0.5-3重量％的范围内。
用于本发明的烟草产品包装材料的优选的基础包装材料(base wrappingmaterials)，通常包括例如从亚麻、软木或硬木得到的纤维素纤维。如果需要，为了改变基础包装材料的性能，可将纤维素纤维的各种混合物用作基础包装材料。
用于生产纸的纤维素纤维通常分为长纤维和短纤维，其中，所述的长纤维通常是来自于针叶树如云杉或松树且具有大于2mm长度的纤维素纤维，而短纤维源自落叶树如桦树、山毛榉或桉树且典型地具有小于2mm，通常小于1mm长度的纤维素纤维。
在没有创造性地使用的复合颗粒时，本发明的烟草产品包装材料通常具有在5-200CU(＝烟草科学研究合作中心单位(Coresta Units))范围内的空气渗透率，优选20-130CU，特别是30-90CU。在本发明的烟草产品包装材料中加入各种类型的孔，可导致烟草产品包装材料具有大于200CU的空气渗透率。
本发明的烟草产品包装材料的基本重量(basis weight)通常在10-120g/m2的范围内，优选15-80g/m2，更优选为15-70g/m2，并且甚至更优选18-40g/m2。
本发明的烟草产品包装材料通常是在造纸机如长网造纸机上制备的。
在生产的第一步中，纸浆通常悬浮于水中，然后在所谓精磨机的研磨单元中研磨。这是分别研磨短纤维和长纤维的标准做法。纸浆被研磨的程度通过根据例如ISO 5267(“纸浆滤水性能测定，第1部分：肖伯尔-瑞格勒方法”(“Pulps.Determination ofDrainability.Part 1:Schopper-Riegler Method”))测量研磨的细度来确定。该测量的结果以度肖伯尔-瑞格勒(°SR)表示。
对于本发明的烟草产品包装材料的应用，长纤维纸浆通常磨成50-90°SR，优选70-80°SR的细度。
短纤维纸浆通常研磨成更小的程度，达到20-60°SR，优选40-60°SR的细度。对于短纤维纸浆还可能根本不研磨。
将由此产生的纸浆悬浮液从造纸机的压头箱(headbox)送到脱介筛(drainingscreen)中，可以通过各种方式例如重力或真空脱水。然后湿的纤维网可以通过按压部，进一步通过依靠压榨毛毯(pressing felt)的机械压迫进一步脱水。最终，将该纤维网送到干燥部分，在这里它顺着干燥毛毯(drying felts)或脱介筛通过，干燥毛毯或脱介筛将纤维网压到例如用蒸汽加热的热干燥滚筒上，从而干燥该纤维网。用干燥滚筒代替干燥部分，也可以使用热风式(through-air)干燥或冲击空气干燥(impacting-air drying)过程和/或一些其它类型的对流干燥(convection drying)。然后将完成的烟草产品包装材料卷起。如果需要的话，可以在造纸机中引入额外的处理步骤，例如在涂胶或压膜中上胶，应用水印、压花等。
可以在脱水前将创造性地使用的复合颗粒混合进纸浆悬浮液和/或在通过例如精整压力机(sizing press)或通过喷涂脱水后混合进纸浆，和/或可以通过例如浸渍、喷涂、印刷或涂刷技术将它们应用到如上所述的本发明的烟草包装材料产品的表面。
对于本发明的目的，特别优选地，用于生产本发明的烟草产品包装材料的方法包括在造纸机上使用含有创造性地使用的复合颗粒的纸浆悬浮液生产发明的烟草产品包装材料。
此外，特别优选地，用于生产本发明的烟草产品包装材料的制造方法包括在造纸机上制备烟草产品包装材料，其中，在脱水后，通过精整压力机和/或通过任何其他理想类型的应用设备将创造性地使用的复合颗粒加入到纤维素纸浆中。
此外，特别优选地，用于生产本发明的烟草产品包装材料的制造方法包括将创造性地使用的复合颗粒应用到通过造纸机生产的烟草产品包装材料。
在一个优选实施方式中，将创造性地使用的复合颗粒加入到纸浆悬浮液中。在另一优选实施方式中，将创造性地使用的复合颗粒应用到通过造纸机生产的本发明的烟草包装材料产品的表面，这种应用可以发生在整个表面上或仅在特殊区域上，优选地，如将在下面描述的仅在特殊区域上。
在一个实施方式中，即烟草产品包装材料为接装纸的实施方式，使接装纸中在创造性地使用的复合颗粒之外省略附加填料的使用成为可能。在这种类型的接装纸中创造性地使用的复合颗粒的数量，即，含有这些作为填料的颗粒的量，可以常规地在0.1-50重量％的范围内，通常为0.2-45重量％，优选10-45重量％。
在另一个实施方式中，即烟草产品包装材料为过滤嘴包装纸的实施方式，使过滤嘴中在创造性地使用的复合颗粒之外省略任何其他填料的使用成为可能。在这种类型的过滤嘴包装纸中创造性地使用的复合颗粒的数量，即，含有这些作为填料颗粒的量，可以常规地在0.1-50重量％的范围内，通常为0.2-45重量％，优选10-45重量％。
在另一个实施方式中，即本发明的烟草产品包装材料为卷烟纸的实施方式，基于该卷烟纸的重量，作为唯一的填料，创造性地使用的复合颗粒可以在0.1-50重量％的常规量内使用，通常为0.2-45重量％，优选10-45重量％；或者可以作为填料混合物中的一种组分使用，其中，基于所述卷烟纸的重量，填料的总量一般为0.1-50重量％，通常为0.2-45重量％，优选为10-45重量％，并并且基于所述填料混合物的重量，创造性地使用的复合颗粒的比例为20-99％，优选50-99％，尤其是60-99％。填料混合物可以是创造性地使用的复合颗粒和附加填料的混合物，优选通过例如氢氧化钙和二氧化碳之间沉淀反应生产的沉淀的碳酸钙。
通过将这种类型的填料混合物引入到本发明的烟草产品包装材料，使改进附加填料，如通过添加创造性地使用的复合颗粒的沉淀碳酸钙，的一般燃烧促进作用成为可能，基于填料混合物的重量，在大于20％、优选大于50％的合适的比例下本发明的烟草产品包装材料具有燃烧减缓作用，以抵消燃烧促进作用，例如，其中根据本发明，已经发现这种作用起始于基于填料混合物的重量，创造性使用的复合颗粒的比例大于30％。因此，有可能有效地控制本发明的烟草产品包装材料的燃烧性能，例如，控制卷烟纸的燃烧速率和表征烟草制品例如香烟的喷烟次数(the number of puffs)，而无需改变任何其它的参数，例如其基本重量、空气渗透率、或调节燃烧的盐(burn-regulating salt)的类型和量。这一措施可用于获得具有平衡感觉结果的烟草产品。
在另一个实施方式中，本发明的烟草产品包装材料可以为含有离散区域(discrete zones)的卷烟纸，在离散区域中基础包装材料的空气渗透率被改变(所谓的“LIP”[低引燃倾向]卷烟纸)。在一个实施方式中，这些具有改变的空气渗透率的离散区域是具有0-30CU、优选3-15CU、特别是3-10CU空气渗透率的区域。
在一个实施方式中，使用了上述离散区域的本发明的烟草产品包装材料，即，在区域中基础包装纸的空气渗透率被变化，可以是已经掺入了创造性使用的复合颗粒的烟草产品包装材料或者，作为选择，在另一个实施方式中，不含有创造性地使用的复合颗粒的烟草产品的包装材料。在一个优选的实施方式中，将离散区域应用到本发明的烟草制品的包装材料，基于应用的单独区域的总重量，这些区域包含5-20重量％的创造性使用的复合颗粒，其中，应用离散区域的本发明的烟草产品包装材料含有基于本发明的烟草产品包装材料总重量，15-40％的创造性使用的复合颗粒。
可以通过使用烧伤调节盐(burn-regulating salt)形成离散区域，烧伤调节盐例如上述提及，和/或通过创造性地使用的复合颗粒应用，和/或通过创造性地使用的复合颗粒和附加的填料例如碳酸钙的混合物应用，和/或通过机械破碎、化学交联多糖，可能与创造性地使用的复合颗粒结合应用的一种。
在一个优选的实施方式中，将离散区域应用到包含燃烧速率阻滞物和可能的创造性使用的复合颗粒的本发明的烟草产品包装材料，其中，被用于形成离散区域的物质也包含燃烧速率阻滞物，因此，含有离散区域的本发明的烟草产品包装材料的特征在于，在离散区域中单位面积上的燃烧速率阻滞物质的含量不同于该离散区域外的。
在另一个优选的实施方式中，将离散区域应用到包含燃烧速率改变物(combustion rate-changing substance)和可能的创造性使用的复合颗粒的本发明的烟草产品包装材料，其中，被用于形成离散区域的物质还包含了不同于烟草产品包装材料中所含的燃烧速率阻滞物的燃烧速率改变物，因此，含有离散区域的本发明的烟草产品包装材料的特征在于，在离散区域中单位面积上的燃烧速率阻滞物质的类型不同于该离散区域外的。
在另一个优选的实施方式中，将离散区域应用到包含创造性使用的复合颗粒的本发明的烟草产品包装材料，其中，被应用的离散区域形成物(discrete zone-formingsubstance)也含有创造性使用的复合颗粒，因此，含有离散区域的本发明的烟草产品包装材料的特征在于，在离散区域中单位面积上创造性地使用的复合颗粒的含量不同于该离散区域外的。
在另一个优选的实施方式中，将离散区域应用到包含创造性使用的复合颗粒的本发明的烟草产品包装材料，其中，被应用的离散区域形成物含有机械破碎、化学交联的多糖，因此，含有离散区域的本发明的烟草产品包装材料的特征在于，在离散区域中单位面积上创造性地使用的复合颗粒的含量与该离散区域外的没有不同。
在应用离散区域之前，将创造性地使用的复合颗粒掺入到本发明的烟制品包装材料中的结果，特别是当，例如，机械破碎、化学交联的多糖应用到离散区域中时，有可能离散区域中的机械破碎、化学交联多糖可以以比降低空气渗透率至例如，3-15CU之前更少的量使用。含有在离散区域中已降低的空气渗透性的本发明的烟草产品包装材料还特征在于，离散区域对人眼是很少可见或根本不可见。
此外，在这种具有降低的空气渗透率的离散区域的本发明的烟草产品包装材料类型的情况下，当抽吸烟草制品时，与不使用离散区域和离散区域外之间强烈的感官差别相比，能感知到的离散区域和离散区域外面积之间的感觉差别要明显低于没有创造性地使用的复合颗粒的常规卷烟纸的情况而且具有离散区域和离散区域外面积之间相应强烈的明显不同。
因为机械破碎、化学交联的多糖，有可能使用机械破碎且化学交联的淀粉、改性淀粉、淀粉衍生物、纤维素、纤维素衍生物、壳聚糖、壳聚糖衍生物、甲壳质(chitin)、甲壳质衍生物、藻酸盐，藻酸盐衍生物，或这些化合物的组合物，优选机械破碎、化学交联的淀粉。
机械破碎、化学交联的多糖被理解为已经通过剪切作用减小到小颗粒，然后通过使用例如挤出机膨胀的多糖，其中，该多糖还可以进行各种各样的的化学反应，如氧化或还原。
因此，当颗粒形式的淀粉被用作起始材料时，可以使用天然淀粉类；或通过氧化、加热或水解变性的淀粉；或化学改性的醚或酯衍生物。
离子化的多糖衍生物(Ionized polysaccharide derivatives)可以用以下取代度在0.02-0.1(DS)范围的阳离子化或阴离子化剂制备：3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride)、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(2,3-epoxypropyltrimethylammonium chloride)、3-氯-2-羟丙基二甲基十二烷基氯化铵(3-chloro-2-hydroxypropyldimethyldodecylammonium chloride)、3-氯-2-羟丙基二甲基十八烷基氯化铵(3-chloro-2-hydroxypropyldimethyloctadecylammoniumchloride)、氯乙酸钠(sodium monochloroacetate)、乙酸酐和/或马来酸酐。
为了交联，将双官能或多官能试剂与淀粉粒反应，该双官能或多官能试剂能够与多糖分子的至少两个游离羟基反应，优选基于颗粒形式的多糖的重量，含量为0.1-0.8重量％。使用的双官能或多官能试剂通常选自由脂族环氧卤素(aliphatic epoxyhalogen)或二卤素化合物、磷酰卤化物(phosphoroxyhalides)、碱性偏磷酸盐、包括含醛树脂的醛、酸酐、和如氰尿酰氯的多官能试剂组成的组。
化学改性反应可以在挤压之前和在挤出机中进行。在挤出之前进行可以是有用的，因为在挤出机破碎和随后在水中分散研磨产物之后可以获得有更小碎片的分散体。
淀粉可以优选从块茎或根淀粉和谷物淀粉作为起始材料。典型的块茎和根淀粉是马铃薯淀粉和木薯淀粉，而稳定可得的谷物淀粉包括玉米淀粉和小麦淀粉。但是，所使用的淀粉不以任何方式限于这些淀粉类；前面提到的淀粉的优点是仅因为它们目前容易商购获得。很明显，可以使用选自由天然淀粉；氧化、热或水解变性的淀粉；和化学改性的块茎、根、或谷物淀粉组成的组中的两种以上淀粉的混合物。块茎、根或谷物面粉也可作为原料使用。通过挤出机(单螺杆和双螺杆挤出机是适合的)，能够实现所限定的，例如，马铃薯淀粉颗粒的破碎，其中将完成的、干燥的产品研磨至小于2mm，优选小于1mm，具有大约500μm平均粒径的谷物尺寸。
交联的多糖颗粒的尺寸上机械和热的减少导致具有不含有有序分子区域而是疏松的、部分水解多糖链(polysaccharide strands)的表面的碎片。这个层使得用于将碎片沉积到纤维上的过程而获得更大接触面积，并因此得到多糖颗粒到纤维的更强键合成为可能，当允许在水中膨胀时此层变“软”。
除了对烟草产品包装材料的空气渗透率可靠的试剂外，应用到本发明的烟草产品包装材料的组合物可以任选地含有溶剂。
水和/或有机溶剂可被用作此溶剂。合适的有机溶剂包括例如，异丙醇、乙醇、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、和/或N-甲基吗啉-N-氧化物。
任选地，应用到本发明的烟草产品包装材料的组合物也可含有其它成分，例如用于改变所述基础包装材料的空气渗透率的附加物质、填料、燃烧速率阻滞物、和/或燃烧速率加速物。
用于改变可以提及的所述基础包装材料的空气渗透率的附加物质特别包括还没有进行机械破碎和化学交联的多糖类，例如淀粉、改性淀粉、淀粉衍生物、纤维素、纤维素衍生物、壳聚糖、壳聚糖衍生物、甲壳质、甲壳质衍生物、藻酸盐、藻酸盐衍生物以及这些化合物的组合。
在每一种情况下，基于所述组合物的固体含量的重量，应用于本发明的烟草产物包装材料的组合物中各种组分的比例可以是，例如：
-20-100％，优选45-100％，特别优选70-100％的化学交联的、机械破碎的多糖，特别是淀粉；
-可能0-40％，优选0-20％的常规使用的多糖；
-可能0-50％，优选0-30％的填料；和
-任选的0-6％，优选0-3％的燃烧速率阻滞和/或加速物。
将组合物应用到烟草产品包装材料，通常在基本烟草产品包装材料生产后，通过喷雾或例如优选通过照相凹版印刷术的印刷技术实施。这些方法对于在相关技术领域中的本领域技术人员是公知的，并在专利文献中也有详细描述，所以，没有必要在这里对可以使用的方法进行详细描述。
在另一个特别优选的本发明的实施方式中，将组合物应用到烟草产品包装材料，可以通过使用具有通常垂直于排出方向的排出狭缝的压力喷嘴实施。可以使用的压力喷嘴通常为具有在入口压力下的内部腔室的喷嘴；带有可控的、快速作用阀，用于控制进入喷嘴的狭缝的进料；以及带有适于所期望的应用的喷嘴和排出狭缝几何形状。
使用这样的压力喷嘴使得在要求描述的应用的离散区域中或在烟草产品包装材料的整个表面上将材料连续或不连续地施加到本发明的烟草产品包装材料成为可能。对于所期望的应用，也可以将几个单独可控制的个别的喷嘴以模块化形式结合。
只要使用介质的粘度足够，该方法提供具有清晰和精确限定的前缘和后缘的均匀的涂层。因为这不是喷雾过程，因此不存在不期望的所施加的材料在离散区域之外的飞溅。
根据上述应用方法中的一个或多个，将组合物应用到烟草产品包装材料的应用，通常至少在烟草产品包装材料的离散区域中，或者，如果需要的话，在整个烟草产品包装材料上实施。
将组合物应用到烟草产品包装材料的使用率通常为烟草产品包装材料的0.1-10g/m2，优选0.3-5g/m2。
通常以这样的方式实施该应用，以致应用到获得的本发明的烟草产品包装材料的材料几乎或完全看不到，并且处理过的区域具有光滑的水平外观，与未经处理的区域在基本上相同。应用的区域的宽度和间隔取决于许多不同变量，例如烟草产品包装材料的空气渗透率、烟草棒的组合物的密度、香烟的设计等。该区域通常有至少3mm，优选5-10mm的宽度。
区域之间的距离也取决于许多变量。区域之间的距离通常应为1-35mm，优选10-25mm。
在正常情况下，本发明的烟草产品包装材料(卷起形式)含有1-3个处理的环形区，如上所述它们相互分开。
本发明的另一个方面的范围内，之前描述的本发明的烟草产品包装材料被用于制造烟草产品。
通常会是这样，本发明的烟草产品包装材料在这些区域的范围中有降低的空气渗透率，作为结果，如果对空气的自由出入有阻碍，则香烟将在这个区域内自行熄灭。为了测量自熄灭的倾向，通常使用普遍认可的标准，例如根据NIST的技术说明1436的NIST测试。此外，还可以进行在普通技术领域中为常规的自由燃烧测试，其中将香烟固定到夹持器，允许自由接近空气，然后立刻点燃。在自由燃烧的成功测试中，点燃后香烟在夹持器内完全烧尽，没有熄灭。如果没有发生，并香烟在完全烧尽前熄灭，香烟没有通过或仅部分地通过该测试。
创造性地使用的复合颗粒可以在任何希望空气渗透率的本发明的烟草产品的包装材料中使用，因为本发明的复合颗粒的颗粒的大小、形状，和其他重要参数可以与通常用作填料的物质的参数相一致，特别是与沉淀的碳酸钙。其它也具有阻燃作用的填料不能覆盖卷烟纸的这样宽范围的空气渗透率或在适用的法律法规下不被允许。
在下文中，将通过实施例和对比例对本发明进行更详细地说明，但并不意味着对本发明的构思的限制。
附图说明
图1为起始碳酸钙的衍射图；
图2为复合颗粒的衍射图；
图3为复合颗粒的REM图像；
图4为复合颗粒的TGA曲线；
图5为氢氧化铝的衍射图；
图6为氢氧化铝和碳酸钙的混合物的衍射图；
图7为氢氧化铝和碳酸钙的混合物组成的REM图像；
图8为氢氧化铝和碳酸钙的混合物组成的TGA曲线。
具体实施方式
测量方法
电子显微镜
扫描电子图像由电子显微镜(Zeiss，DSM962)在15kV的高电压制成。在样品上喷涂金-钯涂层。
热重分析(TGA)
用PerkinElmer的STA6000在氮气(氮气流率：20mL/min)下在40-1,000℃的范围内以20℃/min的加热速率进行热重量分析。
烧孔测试
将直径为约1mm的电线环加热到550℃，然后水平引导至纸带，即，以垂直位置夹持的被测试的烟草制品包装纸。在整个测量过程中该环一直保持在这个位置。用温度传感器测量热线环的温度，并保持在550℃。热线环灼烧该纸，形成了烧孔，并引发了燃烧过程。在烧孔直径的水平尺寸上的增加减去线环的直径等于烧孔的生长并以mm表示。每个纸样品进行五次烧孔测试。
氧指数
氧指数(缩写OI或LOI＝极限氧指数)是用于描述塑料的燃烧行为的特性。它是在燃烧试验条件下，垂直安装的样品持续燃烧的氧氮混合物最小氧浓度。
从上方点燃垂直玻璃管中测定氧指数的样品，氧气-氮气混合物流经该玻璃管。移除点火火焰后，观察燃烧行为。如果火焰燃烧超过180秒或达到低于顶部边缘的测试标记50mm的点，在接下来的测试中降低氧浓度或相反的情况增加氧浓度。一直持续到样品的50％在一定的浓度下燃烧。
沉降分析
用SediGraph 5100测定粒度分布。
测试程序
粒度分布通过测量测试物的沉积速率来确定。测量本身的进行是基于透过悬浮液发射的X射线束。开始时，衰减是高的，以后，随着悬浮液变的“薄”，因为沉降开始，光束可以更容易的穿过它，即衰减减小。
设备，化学试剂
-通用实验室设备；
-购自Micromeritics带有Master-Tech 51的SediGraph 5100；和
-分散溶液，完全去离子水中的0.5％和0.1％的多聚磷酸钠(NPP)。
方法
1.准备
首先通过在天平上将样品容器称皮重、按照表1中称量或吸移样品，并按表1配制总共约80g的分散液来准备样品。
表1
*称重量总是基于3g的绝对的干燥材料；当固体含量显著偏离这个数时应该调整该量。
2.测量与评价
使用SediGraph执行测量和评价。软件计算粒度分布。
实施例1
使用的原材料 20g悬浮于水中的碳酸钙
晶体结构：方解石/偏三角面体
粒径(沉降分析，SediGraph)：
d50＝约1.5μm；<1μm＝约19％
pH值：8-9
固体含量(重量)：17％
比表面积(BET)：9m2/g
1.12kg的聚氯化铝溶液(12.5％±0.3％铝，自Kemira的商业产品PAX-XL 19)
设备：来自Emod的带有螺旋桨搅拌器的分散溶解器(Dispermat dissolver)，约25L，无挡板
制备20.0kg的14重量％含水碳酸钙悬浮液，并在450rpm下搅拌。在连续搅拌下，迅速加入1120g的PAX-XL19，并且将搅拌速度提高到1000rpm。当粘度明显降低时，速度降低至450rpm。将悬浮液搅拌20分钟。在沉淀结束时，pH为6和7之间。
分析
通过吸滤器(d＝26cm)和蓝色条纹的过滤器(定量“42”)过滤悬浮液，并且用完全去离子水洗涤滤饼，通过已知的与硝酸银絮凝的方式，没有更多的氯离子在滤液中检测到。将湿滤饼用循环空气室干燥机在100℃干燥直到重量恒定。然后将干燥滤饼在针磨机(在220V，来自Alpine的UPZ)上粉碎。
粉末的分析数据
图1为起始碳酸钙的衍射图；图2为复合颗粒的衍射图；图3为复合颗粒的REM图像；及图4为该复合颗粒的TGA曲线。
对比例1
将750g实施例1中的碳酸钙悬浮液与15.2g的氢氧化铝(来自Alpha的Alfrimal)混合，搅拌15分钟，并如前所述在130℃进行干燥。
图5为氢氧化铝的衍射图；图6为所得到的混合物的衍射图。图7为所得到的混合物的REM图像。
与创造性地使用的复合颗粒相比，碳酸钙和氢氧化铝的混合物的衍射图显示了诸如那些在2θ＝18.3的氢氧化铝的信号；在REM图像中，氢氧化铝是清晰可辨的。
图8为所得到的混合物的TGA曲线。与创造性地使用的复合颗粒相比，直到温度高于200℃，碳酸钙和氢氧化铝的混合物仍1不释放水。
实施例2
按照实施例1的方法，使用0.09kg的PAX-XL19。
粉末的分析数据
对比例2
碳酸钙悬浮液：
晶体结构：方解石/偏三角面体
粒径(沉降分析，SediGraph)：d50＝约1.5μm；<1μm＝约19％
pH值：8-9
固体含量(重量)：17％
比表面积(BET)：9m2/g
实施例3
按照实施例1的方法，使用下述：
碳酸钙悬浮液：
晶体结构：方解石/偏三角面体
粒径(沉降分析，SediGraph)：d50＝约2.95μm；<1μm＝约0.47％
pH值：8-9
固体含量(重量)：17％
比表面积(BET)：6m2/g
粉末的分析数据
实施例4
按照实施例3的方法，不同之处在于，只使用0.56kg的聚氯化铝溶液代替1.12kg的聚氯化铝溶液。
粉末的分析数据
实施例5
使用的原材料：6kg在水中的碳酸钙悬浮液
晶体结构：方解石/偏三角面体
粒径(沉降分析，SediGraph)：
d50＝约2.0μm；<1μm＝约7％
pH值：8-9
固体含量(重量)：13.8％
比表面积(BET)：7m2/g
0.946kg的硫酸铝溶液(4.3％的铝，来自Kemira的商业产品ALS)
设备：来自于Emod的带有螺旋桨搅拌器的分散溶解器，约10L，无折流板
制备6.0kg的14重量％的含水碳酸钙悬浮液，并在450rpm下搅拌。在连续搅拌下，迅速加入964g的ALS，并且将搅拌速度提高到1000rpm。当粘度明显降低时，速度降低至450rpm。将悬浮液搅拌20分钟。在沉淀结束时，pH为6和7之间。
分析
通过吸滤器(d＝26cm)和蓝色条纹的过滤器(定量“42”)过滤悬浮液，并且用完全去离子水洗涤滤饼，通过已知的与硝酸银絮凝的方式，没有更多的氯离子在滤液中检测到。将湿滤饼用循环空气室干燥机在100℃干燥直到重量恒定。然后将干燥滤饼在针磨机(在220V，来自Alpine的UPZ)上粉碎。
粉末的分析数据
实施例6
按照实施例5的方法，不同的是，只使用0.767kg的硝酸铝硫酸盐溶液(5.4％的Al；来自Sachtleben的Nicasal商品)代替0.964kg的硫酸铝溶液。
粉末的分析数据
实施例7
按照实施例5的方法，不同的是，只使用0.796kg的氯化铝溶液(5.2％的Al；来自Sachtleben的Sachtoklar P商品)代替0.964kg的硫酸铝溶液。
粉末的分析数据
实施例8和9以及对比例3
在长网造纸机上，从长纤维纸浆(2/3Aspa-1/3Stendal，研磨细度为75°SR)生产各种烟草制品包装纸。以一定量将复合颗粒加入到压头箱中，使得基于包装纸的总重量，烟草产品包装纸含有25重量％的复合颗粒。此外，基于包装纸的总重量，加入1.1重量％的调节燃烧的盐(柠檬酸钠/钾＝1：1)。与对比例3的烟草产品包装纸相对比，以一定量加入对比例2中制备的碳酸钙悬浮液，基于包装纸的总重量，碳酸钙的比例为25重量％。由此制得的烟草产品包装纸的基本重量为30g/m2。纸中调节燃烧的盐的用量、燃烧时间和烧孔测试结果概括在下表中。
颜料 调节燃烧的盐，重量％ 燃烧时间，S 燃烧孔，mm
对比例3 对比例2 1.17 63 7-∞
实施例8 实施例2 1.09 72.5 4
实施例9 实施例1 1.15 76 2
对比例3的样品获得了增加量超过5mm的燃烧孔；一些样品中，整个纸张都烧掉了(燃烧孔的大小无限增加)。通过在实施例8和9中加入创造性使用的复合颗粒，燃烧孔增加逐渐变小，并且保持在小于5mm(五次测试的平均值)。在相关技术领域中，这些5mm被认为是公认的边界，可以称为烟草制品包装纸为“减少燃烧”(小于或等于5mm)。在燃烧孔增大超过5mm的情况下，该烟草制品包装纸不被称为展示出“减少燃烧”。
实施例10和11以及对比例4和5
类似于实施例8，用实施例2的复合颗粒制作烟草制品包装纸。
制备填料含量为25％、基本重量为30g/m2、空气渗透率为15-150CU的烟草制品包装纸。构成烟草制品包装纸75重量％的纸浆成分包括具有65-84°SR纤度的基础长纤维纸浆，用于制备上述的空气渗透率范围。纸中的调节燃烧的盐的含量、燃烧时间和燃烧孔试验的结果概括在下表中。
颜料 调节燃烧的盐，重量％ 燃烧时间，S 燃烧孔，mm
对比例4 对比例2 0 01 ∞
对比例5 对比例2 1 60 ∞
实施例10 实施例1 0 01 ＜5
实施例11 实施例1 1 76 ＜5
1不能测定。自熄灭。
实施例12-14和对比例6
以特殊的带(LIP[低引燃倾向]带)提供对比例5和实施例10中描述的包装纸用于香烟的自熄测试，带的扩散能力为0.16cm/s。经验表明，这是一个范围，在此范围中可以分析各种填料对在含有10层(参见ASTM值)过滤纸上的香烟自熄灭的作用，和香烟在自由燃烧条件(由自由空气包围而不是放置在基体上)下的自熄灭倾向(见FASE[自由空气自熄灭]值)；而且它也是一个范围，在此范围内可以根据FASE值区分各种填料。在每种情况下，所有的研究样品都100％达到了具有0.16cm/s的带扩散的ASTM标准。
颜料在香烟纸中 颜料在LIP涂层中 FASE，％
对比例6 对比例2 - 60
实施例12 对比例2 实施例1(8重量％) 40
实施例13 实施例1 - 100
实施例14 实施例1 实施例1(8重量％) 20
FASE值越低(20％FASE意味着在自由的环境中80％的香烟继续燃烧)同时具有大于75％的ASTM值，被香烟制造商与吸烟者评估的这样的香烟越有利。
与标准的PCC相比，实施例14的具有复合颗粒的卷烟纸的纸样品并且也作为LIP带材料的组分在此获得了最好的结果，随后是实施例12的纸样品(复合颗粒在LIP涂层中)。
实施例15与对比例8和9
在长网造纸机上，从长纤维纸浆(2/3Aspa-1/3Stendal，研磨细度为75°SR)生产各种烟草制品包装纸。以一定量将复合颗粒加入到压头箱中，使得基于包装纸的总重量，烟草产品包装纸含有25重量％的复合颗粒。在对比例8的对比烟草制品包装纸中，基于包装纸的总重量，加入对比例2制备的碳酸钙悬浮液，使得碳酸钙的比例为25重量％。在对比例9的对比烟草制品包装纸中，基于包装纸的总重量，加入以90:10的比例组成的对比例2制备的碳酸钙悬浮液和氢氧化铝的混合物(以重量计)，使得碳酸钙和氢氧化铝在混合物中的比例为25重量％。此外，基于烟草产品包装纸的总重量，将1.2重量％的调节燃烧的盐(柠檬酸钠/钾＝1：1)加入到烟草产品包装纸中。生产的烟草产品包装纸的基本重量为30g/cm2。燃烧时间和燃烧孔测试的结果总结在下表中。
对于增加燃烧时间(降低燃烧率)和减少了烧孔的尺寸，与只碳酸钙作为颜料的对比例8相比，在烟草产品包装纸(对比例9)中的90％碳酸钙和10％氢氧化铝的混合物是有效的，但比实施例15(复合颗粒)的效率低得多。空气渗透率为100CU。

Claims (42)

1.一种烟草产品包装材料，该烟草产品包装材料含有根据以下方法获得的复合颗粒：
(a)制备含碳酸钙颗粒的水性悬浮液；
(b)加入含有铝离子的金属盐，其中，所述金属盐
(i)能够在该悬浮液中形成碱性金属组分，和
(ii)在所制备的悬浮液的pH值下和20℃的温度下测定时，具有在水中大于9.0mg/L的溶解度；
悬浮液优选包含至少1.0重量％的碳酸钙；铝与碳酸钙颗粒矿物的重量比在0.01-25.0的范围内。
2.根据权利要求1所述的烟草产品包装材料，其中，所述复合颗粒通过使用Al(NO3)3、聚合氯化铝、硫酸铝和/或硝酸铝硫酸盐制得。
3.根据权利要求1或2所述的烟草产品包装材料，其中，在所述复合颗粒的X射线衍射图中，在2θ＝18.3±1.0的信号强度小于100.0％，其中，在2θ＝29.5±1.0时的信号强度定义为100.0％。
4.根据权利要求1或2所述的烟草产品包装材料，其中，在所述复合颗粒的X射线衍射图中，在2θ＝18.3±1.0的信号强度小于100.0％，其中，在2θ＝26.2±1.0时的信号强度定义为100.0％。
5.根据权利要求1或2所述的烟草产品包装材料，其中，所述复合颗粒的BET比表面积为从0.1m2/g到小于25m2/g。
6.根据权利要求3所述的烟草产品包装材料，其中，所述复合颗粒的 BET比表面积为从0.1m2/g到小于25m2/g。
7.根据权利要求4所述的烟草产品包装材料，其中，所述复合颗粒的BET比表面积为从0.1m2/g到小于25m2/g。
8.根据权利要求1、2、6和7中任意一项所述的烟草产品包装材料，其中，基于烟草产品包装材料的总重量，所述复合颗粒的含量为1-50重量％。
9.根据权利要求3所述的烟草产品包装材料，其中，基于烟草产品包装材料的总重量，所述复合颗粒的含量为1-50重量％。
10.根据权利要求4所述的烟草产品包装材料，其中，基于烟草产品包装材料的总重量，所述复合颗粒的含量为1-50重量％。
11.根据权利要求5所述的烟草产品包装材料，其中，基于烟草产品包装材料的总重量，所述复合颗粒的含量为1-50重量％。
12.根据权利要求1、2、6、7、9、10和11中任意一项所述的烟草产品包装材料，其中，所述烟草产品包装材料为接装纸。
13.根据权利要求3所述的烟草产品包装材料，其中，所述烟草产品包装材料为接装纸。
14.根据权利要求4所述的烟草产品包装材料，其中，所述烟草产品包装材料为接装纸。
15.根据权利要求5所述的烟草产品包装材料，其中，所述烟草产品包装材料为接装纸。
16.根据权利要求8所述的烟草产品包装材料，其中，所述烟草产品包装材料为接装纸。
17.根据权利要求1、2、6、7、9、10和11中任意一项所述的烟草产品包装材料，其中，所述烟草产品包装材料为过滤器包装纸。
18.根据权利要求3所述的烟草产品包装材料，其中，所述烟草产品包装材料为过滤器包装纸。
19.根据权利要求4所述的烟草产品包装材料，其中，所述烟草产品包装材料为过滤器包装纸。
20.根据权利要求5所述的烟草产品包装材料，其中，所述烟草产品包装材料为过滤器包装纸。
21.根据权利要求8所述的烟草产品包装材料，其中，所述烟草产品包装材料为过滤器包装纸。
22.根据权利要求1、2、6、7、9、10和11中任意一项所述的烟草产品包装材料，其中，所述烟草产品包装材料为卷烟纸。
23.根据权利要求3所述的烟草产品包装材料，其中，所述烟草产品包装材料为卷烟纸。
24.根据权利要求4所述的烟草产品包装材料，其中，所述烟草产品包装材料为卷烟纸。
25.根据权利要求5所述的烟草产品包装材料，其中，所述烟草产品包装材料为卷烟纸。
26.根据权利要求8所述的烟草产品包装材料，其中，所述烟草产品包装材料为卷烟纸。
27.根据权利要求22所述的烟草产品包装材料，其中，所述卷烟纸含有降低空气渗透率的离散区域。
28.根据权利要求23-26中任意一项所述的烟草产品包装材料，其中，所述卷烟纸含有降低空气渗透率的离散区域。
29.根据权利要求27所述的烟草产品包装材料，其中，所述卷烟纸的离散区域不同于离散区域以外的纸张在于：
-调节燃烧的盐含量或
-复合材料的含量或
-调节燃烧的盐含量和复合材料的含量或
-调节燃烧的盐含量和复合颜料在具有碳酸钙的混合物中的含量。
30.根据权利要求28所述的烟草产品包装材料，其中，所述卷烟纸的离散区域不同于离散区域以外的纸张在于：
-调节燃烧的盐含量或
-复合材料的含量或
-调节燃烧的盐含量和复合材料的含量或
-调节燃烧的盐含量和复合颜料在具有碳酸钙的混合物中的含量。
31.根据权利要求27、29和30中任意一项所述的烟草产品包装材料，其中，所述卷烟纸的离散区域包含机械破碎、化学交联的多糖，该多糖具有在1-1,000μm范围内的粒径，该粒径定义为干燥产品的重均粒径。
32.根据权利要求28所述的烟草产品包装材料，其中，所述卷烟纸的离散区域包含机械破碎、化学交联的多糖，该多糖具有在1-1,000μm范围内的粒径，该粒径定义为干燥产品的重均粒径。
33.根据权利要求31所述的烟草产品包装材料，其中，所述机械破碎和化学交联的多糖为机械化破碎和化学交联的淀粉。
34.根据权利要求32所述的烟草产品包装材料，其中，所述机械破碎和化学交联的多糖为机械化破碎和化学交联的淀粉。
35.根据权利要求31所述的烟草产品包装材料，其中，除了机械破碎、化学交联的多糖之外，所述卷烟纸的离散区域还包含根据权利要求1限定的复合颗粒和可能的附加填料，该多糖具有在1-1,000μm范围内的粒径，该粒径定义为干燥产品的重均粒径。
36.根据权利要求32-34中任意一项所述的烟草产品包装材料，其中，除了机械破碎、化学交联的多糖之外，所述卷烟纸的离散区域还包含根据权利要求1限定的复合颗粒和可能的附加填料，该多糖具有在1-1,000μm范围内的粒径，该粒径定义为干燥产品的重均粒径。
37.一种制造烟草产品包装材料的方法，其特征在于，该方法包括在长网造纸机上制备烟草产品包装材料，其中，在纸浆脱水后，通过精整压力机或其他应用设备将根据权利要求1限定的复合颗粒加入到纤维素纸浆中。
38.权利要求1-36中任意一项所述的烟草产品包装材料在生产烟草产品的应用。
39.根据权利要求38所述的应用，其中，所述烟草产品包装材料为接装纸。
40.根据权利要求38所述的应用，其中，所述烟草产品包装材料为过滤器包装纸。
41.根据权利要求38所述的应用，其中，所述烟草产品包装材料是卷烟纸。
42.一种烟草产品，其特征在于，该烟草产品含有权利要求1-36中任意一项所述的烟草产品包装材料。
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