CN105828645B - 具有方向性扩散能力的吸烟制品的包装材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于吸烟制品的包装材料，其具有在两个相互正交的空间方向X和Y上比在与空间方向X和Y正交的第三空间方向Z上更远地延伸的层状形状。所述包装材料的至少部分区域在+Z方向和–Z方向分别具有对于CO₂扩散通过所述包装材料的第一扩散能力D₁和第二扩散能力D₂，其中对于各自为10个数值的平均值的所述第一扩散能力D₁和第二扩散能力D₂，以下关系式(i)和(ii)中的一个或者两个成立：(i)|D₁‑D₂|≥0.03cm/s，误差概率为1％；(ii)

Description

具有方向性扩散能力的吸烟制品的包装材料

本发明涉及吸烟制品的包装材料。特别是涉及表现出方向性扩散能力并且由此提供具有特殊性能的吸烟制品的包装材料。此外，本发明涉及包含这种包装材料的吸烟制品。

发明背景及现有技术

通常已知吸烟制品中的烟草燃烧过程中，产生许多有害物质。因此，在本行业中对生产其烟雾包含相当少的有害物质的吸烟制品存在兴趣。

吸烟制品(通常为香烟)包含至少一个被包装材料包裹的烟草柱。在许多情况下，吸烟制品还配备有过滤嘴以影响烟雾中物质的类型和量。此类过滤嘴(主要由醋酸纤维素或者纸制成)可以降低烟雾的颗粒部分。过滤嘴还可以包含其它物质，例如活性炭或者调味物。

在吸烟制品的抽吸期间产生的物质的量和类型由在标准化条件下对吸烟制品进行抽吸的方法来测定。例如，此类方法描述于ISO 4387中。在该方法中，首先点燃吸烟制品开始第一次抽吸，然后使用正弦抽吸曲线以2秒的持续时间和35cm³的体积，在吸烟制品的嘴端每分钟抽吸一次。重复抽吸，直到吸烟制品的长度低于在标准中预先定义的长度。在抽吸过程中从吸烟制品的嘴端冒出的烟雾被收集在剑桥滤板(Cambridge Filter Pad)中。然后，化学分析剑桥滤板的各种物质(例如尼古丁)的含量。对在抽吸过程中从吸烟制品的嘴端冒出且通过滤板的气相进行收集并且也进行化学分析，例如用于测定一氧化碳含量。

在标准化抽烟过程中，吸烟制品存在两种不同的流动状态。在抽吸过程中，在包装材料的内表面(面向烟草)与外表面之间产生显著的压力差，通常为200Pa至1000Pa。由于该压力差，空气流经包装材料进入吸烟制品的烟草部分并且稀释抽吸过程中产生的烟雾。在这个阶段(每次抽吸持续2秒)中，烟雾的稀释程度主要由包装材料的透气性来决定。

然而，在抽吸之间的时间段里，香烟阴燃，烟草柱内部与周围环境之间不存在任何显著的压力差，因此烟草柱与周围环境之间的气体输送由气体浓度差所决定。因此，一氧化碳可以经过包装材料扩散进入周围空气中，并且氧气可以从周围空气经过包装材料扩散进入烟草柱。在这个阶段中(根据ISO 4387所述的方法每次抽吸持续58秒)，包装材料的扩散能力是气体输送的相关参数。

除了吸烟制品的烟雾中的一氧化碳含量以外，扩散能力对于现有技术中已知的自熄性吸烟制品也具有重要意义。在此类吸烟制品中，将阻燃条(burn-retardant stripes)应用于包装材料，以便在标准化测试(ISO 12863)中获得自熄性。该测试或类似的测试是例如美国、加拿大、澳大利亚和欧盟的法律规定的一部分。自熄性能是由于包装材料在条状物的区域具有比在这些条状物的外部基本上更低的扩散能力的事实造成的。因此，使氧气从周围环境经过包装材料至香烟的灼热锥体(glowing cone)的扩散降低，以使在某些条件下发生自熄。可以通过在圆周方向上印刷由例如在现有技术中已知的淀粉、藻酸盐、瓜尔豆或者类似材料制成的条状物来降低吸烟制品的包装材料的扩散能力。可选地，可以生产由于其组分而已经表现出固有的低扩散能力的包装材料。扩散能力降低的区域不需要以条状物存在，相反，它们可以具有与任何合法需要的自熄性能相容的任何其它几何结构。

扩散能力是吸烟制品的包装材料的特性。其描述了材料对于由浓度差造成的气流的通透性。因此，它表示在每单位时间、每单位面积和每浓度差下通过包装材料的气体体积，因此其单位为cm³/(cm²s)＝cm/s。二氧化碳(CO₂)的扩散能力可以用例如Borgwaldt KC公司(扩散率测试仪)或者Sodim公司(CO₂扩散率表)的扩散能力测量仪进行测量。

可以根据由烟草科学研究合作中心(CORESTA)发行的第77号推荐方法进行扩散能力的测量。在这方面，根据ISO 187准备适当的样品并设定条件后，将包装材料的样品固定在测量室中，其中所述样品将测量室分成两半的名义上相同的几何结构，该两半的几何结构仅由包装材料隔开。将二氧化碳送入两个半室中的第一部分，而将氮气送入第二半室。两种气体应当以相同速度平行于包装材料的表面流经所述室，并且进行技术测量以确保包装材料的两个面之间不存在明显的压力差。由于浓度差，二氧化碳从测量室的第一半室经过包装材料扩散进入第二半室，而同时，氮气从测量室的第二半室经过包装材料扩散进入测量室的第一半室。在达到平稳值后，在第二半室的出口测量氮气流中二氧化碳的体积浓度。可以由二氧化碳的体积浓度计算扩散能力。

对于吸烟制品并且特别是对于应当自熄的吸烟制品，通常希望找到其中一氧化碳可以轻易地从吸烟制品的内部经过包装材料扩散进入周围环境的包装材料，以使从嘴端流出的烟雾中的一氧化碳含量低。这表示包装材料对于气体具有比较高的扩散能力。相反地，还通常希望氧气应当难以仅从周围空气经过包装材料扩散进入吸烟制品，以根据法律要求确保吸烟制品的自熄性。因此，对于包装材料的选择或者设计与其扩散能力的目标存在一定的冲突。

在一些情况下，相反的情形，即诸如一氧化碳的有害气体应当保留在吸烟制品的烟草柱中并且难以仅经过包装材料扩散进入周围环境，可意在减轻被动吸烟的有害影响，而来自周围环境的氧气应当能够相当容易地经过包装材料进行扩散，以确保吸烟制品持续阴燃并且通过增加氧气的利用率而降低一氧化碳的产生率。同样在这种情况下，结果可能是如以上所述的目标冲突，但是情形相反。

发明概述

本发明的目标在于提供用于吸烟制品的包装材料，所述包装材料有助于在CO从吸烟制品的内部至外部的扩散与氧气从外部进入吸烟制品的扩散之间实现最佳折衷。

根据权利要求1的包装材料以及根据权利要求28的吸烟制品实现了这个目标。在从属权利要求中公开了有利的其它实施方案。

本发明的包装材料具有层状形状，其在两个相互正交的空间方向X和Y比在与空间方向X和Y正交的第三空间方向Z更加远地延伸。就此而言，空间Z方向可以理解为常见方式的“厚度方向”。包装材料在+Z方向和–Z方向对于CO₂经过包装材料的扩散分别表现出(至少部分地)第一扩散能力D₁和第二扩散能力D₂。在这方面，根据第77号CORESTA推荐方法测定扩散能力D₁和D₂的值。对于本发明的包装材料，以下关系式(i)和(ii)中的一个或者两个均适用于第一扩散能力D₁和第二扩散能力D₂(各自为10个数值的平均值)：

(i)|D₁-D₂|≥0.03cm/s

误差概率为1％

(ii)

在特征(i)中的术语“误差概率为1％”意指扩散能力的差值小于绝对数0.03cm/s的概率小于1％。在优选实施方案的描述中公开了计算误差概率的计算规则。

因此，本发明的包装材料在Z方向(即厚度方向)上具有方向性扩散能力。表征包装材料的扩散性能的D₁和D₂的值涉及例如CO₂的扩散能力，特别是用于测量这种气体的扩散能力，将标准化方法提出为第77号CORESTA推荐方法，其提供了高度可重复的结果。现在完善制定出第77号CORESTA推荐方法的最终版，并且由于参与CORESTA的物理测试方法亚组而对于申请人以及其他香烟纸制造商来说是已知的；其即将被公开。然而，应当理解，CO₂扩散能力还说明了其它气体的扩散能力，特别是O₂和CO，正如CO₂的扩散能力越高表明CO和O₂的扩散能力越高，并且反之亦然。

本发明是基于可以产生出其中扩散能力在Z方向或厚度方向是方向性的吸烟制品的包装材料这个惊人的发现。这对于吸烟制品的包装材料来说是惊人的性能，并且与技术人员的预期相矛盾。相反，对于吸烟制品的常规包装材料，例如对于商业的香烟纸，技术人员将预期由菲克第一定律适当描述的扩散行为：

其中J为质量流量(mol.m^-2.s^-1)，c为摩尔浓度，D为扩散系数(m².s^-1)并且z(m)为Z方向的坐标。由菲克第一定律可立即明显看出，使浓度梯度的方向反转也意味着质量流量的方向将反转，但是绝对质量流量保持不变。

本发明提出了吸烟制品的新型包装材料，菲克扩散模型对此不再直接适用，但是相反地该新型包装材料表现出方向性扩散能力。尽管这种效果的由来还未完全清楚，但是可以公开有望具有此类行为的包装材料的一般结构。下文详细呈现的模拟和特定的示例性实施方案确认了发明人对于适当结构的理解是正确的，并且方向性扩散能力的作用并不仅仅是理论性质，而是事实上对目标的实现提供了基本上实用的贡献。

如最初所述，用于吸烟制品的本发明的包装材料为层状材料，因此在两个不同的空间方向X和Y上比在与另两个空间方向正交的第三方向Z上基本上更远地延伸。该第三方向被称为厚度方向或者Z方向，并且材料在一个位置的厚度为其在该位置沿厚度方向的延伸。包装材料具有两个大约平行的侧面，所述侧面可以被任意地称为上表面和下表面。可以用两个虚拟的中间面A₁和A₂将该材料分成三个虚拟层。中间面A₁和A₂在两个侧面之间的材料内延伸，并且在各个点均与上表面和下表面间隔了该点处的材料厚度的至少十分之一。因此，中间面A₁在各个点比中间面A₂位于更接近上表面的位置，并且类似地，中间面A₂在各个点比中间面A₁位于更接近下表面的位置。两个虚拟中间面A₁和A₂在各个点彼此间隔了该点处的材料厚度的至少十分之一。

位于上表面与虚拟中间面A₁之间的包装材料的部分限定了上虚拟层，而位于下表面与中间面A₂之间的包装材料的部分限定了下虚拟层。类似地，由位于中间面A₁与A₂之间的包装材料的部分限定了中间虚拟层。

发明人发现，如果上虚拟层具有比下虚拟层更低的扩散系数，并且中间虚拟层的扩散系数基本上不超过下虚拟层的扩散系数以及基本上不低于上虚拟层的扩散系数，则可以获得在厚度方向上的所述方向性扩散能力。

正如示例性实施方案所示，此类材料对于氮气中的二氧化碳从下表面至上表面的扩散能力比相反方向的扩散能力更高。因此扩散能力在Z方向是方向性的。就此而言，任意选择术语“上”和“上表面”以及“下”和“下表面”，并且仅为了更易于口头描述的目的，将具有较低扩散系数的虚拟层称为“上虚拟层”。

由上述菲克定律，本文的“扩散系数”应当被认为涉及扩散系数D，其是对材料中颗粒的迁移率(即特定的材料性能)的测量，并且其给定单位为m2/s。与此相比，通常在本领域中通过扩散能力来描述吸烟制品的包装材料的扩散性能，所述扩散能力描述了在每单位时间、每单位面积和每浓度差下通过的气体体积，因此单位为m/s或者cm/s。然而，应当理解，对于给定厚度的包装材料，扩散能力越高，则材料的扩散系数越高。

本发明的方向性扩散能力可以根据第77号CORESTA推荐方法通过对整个包装材料的扩散能力测量两次来进行测定，一次测量是材料的下表面朝向二氧化碳进入的半室，由此获得扩散能力的D₁值，并且一次测量是上表面朝向二氧化碳进入的半室，由此获得扩散能力的D₂值。据发现，扩散能力的差值(ΔD＝D₁-D₂)总是正的，并且在统计学上高度显著地不同于零。为了统计学验证，将在各个面上不同位置重复进行测量数次，通常为十次。

如以上所述的虚拟层模型应当主要被认为是描述了包装材料的一般结构，其中可以预期本发明的包装材料的方向性扩散能力。在本公开内容中，公开了具体生产此类包装材料的四种方法，并且支持所有四种方法的概念指向于以上所述的虚拟层模型。同时，虚拟层的模型为技术人员提供了其它选择的发展的指导方针，以产生本发明的包装材料。然而，本发明并不限于生产本文具体所述的本发明的包装材料的方法。以上的虚拟层模型还主要用作对本发明的包装材料的基底结构的解释，正如向技术人员指明可以如何以不同于本文具体描述的方式生产本发明的包装材料。然而，其不用于描述寻求保护的对象，因为虚拟层一般为材料内的非物理层，并且各个虚拟层的扩散系数几乎无法在最终的包装材料中进行可靠测定。相反，本发明涉及吸烟制品的所有包装材料，其中扩散能力D₁和扩散能力D₂以上文限定的方式在+Z方向和-Z方向存在差异。

如最初所述，本发明的包装材料的扩散能力D₁与扩散能力D₂的差值应当为至少0.03cm/s，但是优选为至少0.05cm/s，特别优选为至少0.07cm/s以及尤其优选为至少0.1cm/s。扩散能力D₁与扩散能力D₂的差值越大，正面效应将越大。可选地，扩散能力的绝对差ΔD＝|D₁-D₂|应当为平均扩散能力(D₁+D₂)/2的至少3.0％，优选为平均扩散能力的至少5.0％以及特别优选为平均扩散能力的至少8.0％。所述两个扩散能力D₁和D₂以及它们的平均值(D₁+D₂)/2可以在吸烟制品的包装材料的常规范围中，并且为至少0.005cm/s，优选为至少0.05cm/s，特别优选为至少0.1cm/s和/或为至多8.0cm/s，优选为至多6.0cm/s以及特别优选为至多5.0cm/s。

在应当用于自熄性吸烟制品的包装材料的区域中，扩散能力D₁和扩散能力D₂的平均值(D₁+D₂)/2应当为至少0.005cm/s且至多0.5cm/s，然而在不具有这种功能的区域中，扩散能力可以高至8.0cm/s。

其中根据本发明在Z方向上方向性扩散能力的效应存在的区域不必延伸经过包装材料的整个表面；相反，它们可以仅包含部分。优选地，具有方向性扩散能力的包装材料的整个表面的部分为整个表面积的至少5％，优选为整个表面积的至少10％以及特别优选为整个表面积的至少25％。

在特别优选的实施方案中，扩散能力在所应用的那些区域是方向性的，以便成为根据ISO 12863所测量的自熄性。扩散能力为方向性的区域部分可以为总表面积的20％至40％。

术语总表面积应当理解为意指一卷包装材料的代表性样品的总面积，以及还意指取自吸烟制品的包装材料的面积，并且被用于测定扩散能力。因此，例如排除了其中包装材料与自身粘贴或与其它材料粘贴的区域。

包装材料的厚度应当为至少5μm，因为在较低的厚度时，通过包装材料的扩散将受到边缘效应的强烈影响，并且至足够的程度时本发明的该效应不再发生。优选地，包装材料的厚度为至少10μm，特别优选为至少20μm以及尤其优选为至少30μm。包装材料不应当太厚，否则通过包装材料的扩散路径太长而无法确保所需的快速气体交换。因此，厚度应当为至多300μm，优选为至多150μm，特别优选为至多100μm以及尤其优选为至多80μm。

包装材料的基重优选为至少10g/m²，优选为至少15g/m²，特别优选为至少20g/m²和/或至多200g/m²，优选为至多100g/m²以及特别优选为至多80g/m²。

在优选实施方案中，包装材料包含至少两个以紧密的物理接触而连接的板层。由此，根据本公开内容的常规选择，最上板层的扩散能力低于最下板层的扩散能力。

然而上述包装材料的“虚拟层”仅指材料的几何形状区域，并且可以是完全虚拟的，“板层”指包装材料的分别生产的组件，其可以彼此堆叠。在本文中的“分别生产的”可以意指板层完全彼此分开生产，即例如，在相同的造纸机甚至在不同的造纸机上一个接一个地进行纸板层生产的过程。然而，在包装材料的生产过程中在单独的加工步骤中形成的板层的形成也可以解释为“分别”生产，将如以下进行解释。

最下板层的扩散能力与最上板层的扩散能力的差值应当为至少0.05cm/s，优选为至少0.1cm/s，特别优选为至少0.5cm/s以及尤其优选为至少1.0cm/s。差值应当为至多6.0cm/s，优选为至多5.0cm/s以及特别优选为至多4.0cm/s。通常，根据本发明，最下板层的扩散能力与最上板层的扩散能力之间的大的差值对在Z方向的方向性扩散能力的作用是有益的。在本文应当认为各个板层的扩散性能是以常规方式通过各自的扩散能力来进行描述的。然而，不言而喻，这也定性地应用于相应的扩散系数，即对于相当的厚度，具有较高扩散能力的板层也具有较高的扩散系数。

可选地，最上板层的扩散能力应当为最下板层的扩散能力的至少1％，优选为最下板层的扩散能力的至少5％，特别优选为最下板层的扩散能力的至少10％和/或为最下板层的扩散能力的至多95％，优选为最下板层的扩散能力的至多80％以及特别优选为最下板层的扩散能力的至多50％。不同板层的使用是形成具有以上所述的不同扩散系数的虚拟层的优选方式，并且由此其自身源于以上所述的一般结构，其中可以预期方向性扩散能力。

位于包装材料的最下板层与最上板层之间的板层(如果存在)可以具有任何扩散能力，但是扩散能力可能不会高至由这种中间板层的多孔性而形成大量的死体积，并且也可能不会低至完全不可能通过包装材料扩散。优选地，中间板层的扩散能力应当为最上板层的扩散能力的至少50％且为最下板层的扩散能力的至多200％，并且特别优选地，中间板层的扩散能力应当至少为最上板层的扩散能力且至多为最下板层的扩散能力。

如果包装材料由多于一个板层组成，则各个板层的扩散系数不必在Z方向是方向性的。相反，由数个板层的复合而产生方向性。然而，如果各个板层在Z方向存在方向性，则板层的扩散能力的值将被理解为两个方向的扩散能力的平均值。

板层之间的紧密的物理接触很重要，以使在板层之间不存在死体积，尤其是如果未达到静止状态时，其中所述死体积可以作为储存器并且减缓扩散。可以通过向板层应用机械压力，任选地应用高温，从而产生这种紧密的物理接触。应当根据材料来选择压力和温度。

将两个或者更多个具有不同扩散能力的板层层叠于彼此之上并伴有紧密的物理接触以便避免死体积，从而构成用于形成本发明的包装材料的第一方式。

从概念上讲与第一种变型有关的第二种变型具体涉及由纸形成的包装材料。根据这种变型，将两个头箱(head box)用于产生纸，其中在造纸机的网部上将不同的纸浆悬浮液应用于彼此之上。纸浆悬浮液在纸浆类型性能、精炼程度、填充剂和/或填充剂的含量中的一种或者多种上存在差异，这种方式将产生不同的扩散系数，或者对于相同的厚度，产生不同的扩散能力。例如，高的精炼程度和低的填充剂含量分别产生具有相当低的扩散系数的纸或者纸板层。

同样在这种实施方案中，“分别地”形成板层，即，是在分开的或者可区分的加工步骤中，即使它们同时进行。

在另一实施方案中，将包装材料的至少一个板层进行穿孔。穿孔的选择性使用提供了形成本发明的包装材料的第三种方式。可以使用现有技术中已知的各种方法进行穿孔。例如，可以利用机械穿孔、静电穿孔或者激光穿孔。穿孔用于增加包装材料的孔隙率并且因此增加其扩散能力。

然后可以以各种方法实现扩散能力的方向性。

在其中由至少两个板层产生包装材料以及至少一个板层被穿孔的实施方案中，通过对至少最下板层进行穿孔，以增加其孔隙率和扩散能力，从而可以获得方向性扩散能力。也可以将最上板层进行穿孔，但是至多使其扩散能力不超过最下板层的扩散能力，并且要符合上述对扩散能力及其差值的限制。尤其对于视觉原因来说，在许多情况下对最上板层穿孔并不是优选的，因为在大多数情况下，穿孔将位于吸烟制品的外部，且大多数情况下较高的扩散能力是针对将气体从吸烟制品的内部传送至外部而不是相反方向。位于最下板层与最上板层之间的板层(如果存在)可以进行穿孔，但是也应当符合本文上述的对扩散能力的限制。

在包装材料由多个板层组成的情况中，一般而言任何常规的穿孔方法都是适当的，但是那些优选的方法为那些可以产生出多于大孔洞的小孔洞的方法。因此，优选静电穿孔和激光穿孔，特别优选静电穿孔。

在包装材料仅由单个板层组成的情况中，方向性扩散能力可以通过可产生穿孔孔洞的穿孔方法来实现，其中穿孔孔洞的横截面积沿着包装材料的厚度发生变化。特别地，在下表面上的穿孔孔洞的平均横截面积应当比上表面的穿孔孔洞的横截面积大至少30％，优选比上表面的穿孔孔洞的横截面积大至少40％。

优选利用激光穿孔或者机械穿孔，特别优选利用激光穿孔来产生此类穿孔孔洞，因为用该方法可以产生较小的孔。在用机械穿孔的情况下，例如可以使用圆锥形穿孔工具(偏离常规形状)来实现本发明的穿孔，而对于激光穿孔，可以通过适当的透镜将激光束聚焦成足够的圆锥形而不是常规的平行形状，以使以这种方式穿孔形成的孔洞也具有圆锥形，并且各个此种穿孔孔洞的横截面积从下表面至上表面降低。可以看出，获得本文所述的方向性扩散能力的所有方式均与具有不同扩散系数的虚拟层的上述一般结构有关。

任何材料可以用于构成包装材料的一个或多个板层，但是除了明显的技术性能之外，其通常还必须符合法律要求，因为其与吸烟制品一起被抽吸，并且所述材料应当满足消费者对其在吸烟制品上的性能的期望，例如关于阴燃速率、对味道的影响、颜色以及其它视觉、触觉或者嗅觉性能。

如果包装材料由多于一个板层组成，则该材料可以是相同种类的或者不同种类的。预期了纸、再造烟草、烟叶或者烟草替代品。

在特别优选的实施方案中，包装材料中的一个或者多个板层中的至少一个由纸形成，优选由已知的香烟纸或者滤棒包装纸(plug wrap paper)(即当用作单层纸时被设计为香烟纸或者滤棒包装纸的纸)形成。

基本上，除了香烟纸和滤棒包装纸以外，可以考虑将已知的接装纸或者具有适当性能的其它纸作为所述纸。

为了本发明目的的适当的纸至少包含纸浆纤维，其可来源于例如木材、亚麻、大麻、剑麻、马尼拉麻、棉花、西班牙草或者其它原料。优选来自木材、亚麻和大麻的纸浆纤维。此外，可以使用不同纸浆纤维的混合物。

除了纸浆纤维，还可以采用填充剂，通常是矿物填充剂，尤其是白垩，由此由于纯度而优选沉淀白垩。填充剂在纸浆中的部分可以为纸浆的0％至60％，优选为纸浆的20％至50％。填充剂的粒径分布、晶体结构以及形状对于本发明的目的起次要作用，并且可以根据现有技术已知的它们对扩散能力的影响进行选择。

纸可以包含燃烧添加剂，例如以影响吸烟制品的阴燃速率。柠檬酸三钠和柠檬酸三钾以及它们的混合物是特别适合的。此外，燃烧添加剂(可以用其实现本发明)的群包括柠檬酸盐、苹果酸盐、酒石酸盐、醋酸盐、硝酸盐、琥珀酸盐、富马酸盐、葡萄糖酸盐、羟乙酸盐、乳酸盐、草酸盐(oxylates)、水杨酸盐、α-羟基辛酸盐、碳酸氢盐、碳酸盐和磷酸盐以及它们的混合物。

燃烧添加剂优选以相对于纸浆的0至7％，优选为相对于纸浆的0至3％的部分包含在纸中。

对于纸的扩散能力，如以上进一步所述的相同限制应用于包装材料和形成包装材料的板层。

纸的基重为至少10g/m²，优选为至少15g/m²以及特别优选为至少20g/m²。其应当为至多100g/m²，优选为至多80g/m²以及特别优选为至多60g/m²。

纸的厚度应当为至少10μm，优选为至少20μm以及特别优选为至少30μm。纸的厚度应当为至多200μm，优选为至多120μm以及特别优选为至多80μm。

用于包装材料的一个或者多个板层的纸的使用可以结合以上所解释的穿孔或者区域的规定，以获得自熄性。

可以通过应用压力来制造数个纸板层的包装材料，其中在板层之间不出现相关死体积。例如，板层可以在2N/mm至10N/mm的线负载下通过两个辊子之间的辊隙。由此可以将辊子加热至80℃至120℃的温度，并且可以使纸在通过辊子之前润湿。

由于对包装材料的扩散能力产生相关的较大的影响，因此并不优选诸如使板层呈锯齿状或者将板层粘合的替代方法。此外，并不优选将包装材料的板层松散地简单堆叠在彼此之上，因为之后在某些情况下，板层之间的虚拟中间板层的扩散能力可能太高或者形成大量的死体积。

如果包装材料仅由一个纸板层组成，则该纸在造纸机上的生产也提供了在Z方向产生方向性扩散能力的可能性。这是第四种变型，以产生用于吸烟制品的本发明的包装材料。在常见的长网造纸机上，水性纸浆悬浮液从头箱输送至造纸机的网部上。在网部上，悬浮液通过重力脱水以及通过由所谓的吸水箱产生的低压进行脱水或者通过适当的异形箔进行脱水，然后形成纸张。然后将纸送入压力部和干燥部，以进行进一步干燥并且最终被卷起。在网部通过重力和低压进行的脱水仅在一个方向发生并且产生两面性的纸，即纸的两面的性能存在差异。这些差异涉及例如平滑度和填充剂含量，这两者在远离网部的那一面上都较高。通常，试图限制这种两面性，并且对于在现有技术中已知的机器设置，其还不足以明显地产生在扩散能力上的可检测的方向性。然而，可以改变与网部接触的侧面的多孔结构，例如通过吸水箱中的格外强的低压或者通过箔的适当的桨叶角，以使靠近网部的所述纸的虚拟层的孔隙率以及由此产生的扩散能力与远离网部的所述纸的虚拟层相比显著增加。

因此，这在Z方向引起方向性扩散能力，并且通过适当选择工艺参数，产生本发明的包装材料。必须选择高于造纸生产的常用值的低压，并且其取决于造纸机的结构。技术人员通过实验将能够易于发现所需的设置。

可以将这种作用以特别有利的方式用于吸烟制品的包装材料，因为在纸的生产过程中朝向网部的纸的侧面通常在吸烟制品上朝向烟草。通过应用本发明的方法，在从烟草柱向周围环境的方向上的扩散能力大于相反方向的扩散能力，由此，可以预期从吸烟制品的嘴端流出的烟雾中一氧化碳含量的正效应。

在另一实施方案中，由包装材料形成吸烟制品，所述吸烟制品包含由包装材料包裹的烟草柱。在另一优选实施方案中，吸烟制品还包含过滤嘴，所述过滤嘴的前端与经包裹的烟草柱连接。在特别优选的实施方案中，吸烟制品为过滤嘴香烟。

根据将要促进通过扩散而进行的气体输送的方向，将包装材料布置在烟草柱周围。如果需要从吸烟制品的烟草柱向周围环境进行更好的气体输送，则包装材料的下表面将朝向烟草柱。相反，如果要促进向烟草柱的气体输送，则包装材料的上表面将朝向烟草柱。

可以考虑将现有技术中已知的方法用于吸烟制品的生产。具体地，可以通过机器、手工或者部分手工由包装材料、烟草和其它任选组分生产吸烟制品。

以下示例性实施方案意在证明本发明的效果。

附图简述

图1a示出了包装材料的透视图，其例示了包装材料的几何结构。

图1b示出了图1a的包装材料的剖视图。

图2显示了包装材料的扩散能力的方向性与构成双层包装材料的两个板层的扩散能力的差值之间的关系示意图。

优选实施方案的描述

首先，本发明的一个实施方案的包装材料的一般结构应当参照图1a和图1b进行解释。

图1a和图1b所示的包装材料101为层压结构，因此其在标记为102的方向X和标记为103的不同方向Y上比在标记为104的第三方向Z上基本上更远地延伸，方向Z与X方向102和Y方向103正交。包装材料具有上表面105和下表面106，其中名称可任意选择，并且特别是不需要与纸制造中已知术语的上侧面相一致。Z方向104限定包装材料的厚度107，并且通过上表面105与下表面106之间的距离在各个点进行限定。

在图1b中，还示出了标记为108的虚拟中间面A₁，其与上表面105在各个点均间隔了在该点处包装材料的厚度的至少十分之一。图1b还示出了标记为109的另一虚拟中间面A₂，其与下表面106在各个点均间隔了在该点处包装材料的厚度的至少十分之一。虚拟中间面A₁(108)和A₂(109)也在各个点彼此间隔了该包装材料的厚度的至少十分之一，并且进行定位以使虚拟中间面A₁(108)在各个点比虚拟中间面A₂(109)更接近于上表面105。

上表面105和中间面A₁(108)限定了位于这两个面之间的包装材料的虚拟上层110。此外，在下表面106与中间面A₂(109)之间限定了虚拟下层111。以类似的方式，通过位于中间面A₁(108)与中间面A₂(109)之间的包装材料的部分而限定虚拟中间层112。

在本示例性实施方案中的包装材料，其特征在于虚拟上层110的扩散能力或者相应地在虚拟上层110中的材料的扩散系数比虚拟下层111的更低，并且虚拟中层112的扩散能力或者相应地扩散系数基本上不超过虚拟下层111的扩散能力或者相应地扩散系数，并且基本上不会低于虚拟上层110的扩散能力或者相应地扩散系数。

因此，总之，包装材料在Z方向产生具有方向性的扩散能力。特别地，氮气中的二氧化碳从下表面至上表面的扩散能力比反方向的更高。

尽管未完全解释本发明的效应的起源，但是在任何情况下确定的是，其无法根据对于技术人员来说显而易见的扩散模型方程(即从以上所述的菲克定律)来辨别。

由此，其将遵循：通过使浓度梯度的方向反转，从而也使质量流量的方向反转，但是绝对质量流量保持相同。这种形式的菲克定律仅对自由扩散有效。然而，在多孔材料中扩散的模型方程通常基于这个方程，但是使用与材料的孔隙率相应的减小的扩散系数。因此，根据此类简单的模型，在多孔材料中对于浓度梯度的方向反转，绝对质量流量也是不变的。

仅在当多孔材料不再被认为是连续体时，使用更复杂的模型描述经过各个孔的扩散，例如在适当的边界条件下以逐步方式或者连续方式变窄的孔的相应方程的数值解析，可以看出，浓度梯度的方向反转不仅引起质量流量的方向反转，而且还引起其绝对值的变化。本发明的包装材料利用了这种效应。

根据第77号CORESTA推荐方法在Borgwaldt KC公司的扩散率测试仪A50上进行扩散能力的所有测量。

比较例

为了进行比较，使用现有技术的五份香烟纸和滤棒包装纸，并且在第一步中，经检验，命名为A至E的这些常规纸并未表现出本发明的效果。

在表1中，给出了常规纸A至E的厚度以及它们的基重。在不同的位置对各个纸A至E的扩散能力测量10次。将平均值(MW)和标准偏差(STD)用“测量1”进行标注并且示于表1中。在将纸翻转之后，以使现在纸的另一面朝向测量仪的包含二氧化碳的半室。再次地，在不同位置进行10次测量，并且将相应的平均值(MW)和各自的标准偏差(STD)给出为表1中的“测量2”。用于对比两个样品(其p值在表1中给出)的平均值的t-检验显示出误差概率为5％时，扩散能力不存在统计学上的差异，因此没有可检测的在Z方向的扩散能力的方向性。

表1：材料以及比较例的数据

示例性实施方案

现在以两张纸的所有可能组合通过两个辊子之间的压力用5N/mm的线负载将纸A-E结合在一起，其中将所述辊子加热至90℃的温度。这产生15种可能的双层包装材料。

再次测量这15种包装材料中各自的扩散能力。在第一测量系列中，对各个包装材料在不同的位置进行10次测量，由此具有较高扩散能力的板层朝向进入二氧化碳的半室。这一测量系列标记为“测量3”并计算相应的平均值(MW)和标准偏差(STD)并且示于表2中。

此后，将包装材料翻转，以使现在具有较低扩散能力的板层朝向一氧化碳进入的半室。再次地，对各个包装材料在不同位置进行10次测量。该测量系列标记为“测量4”并计算相应的平均值(MW)和标准偏差(STD)并且输入表2中。

对于由两层相同的纸组成的包装材料，即AA、BB、CC、DD和EE，两个板层的扩散能力之间并不存在差异。因此，在测量系列3中的任意选择的第一侧面以及在测量系列4中的包装材料的第二侧面朝向二氧化碳进入的半室。

正如可以期望从0.03cm/s的差值开始的技术上的相应效果，进行t-检验以测试在误差概率为1％下平均值的绝对差是否大于0.03cm/s。并且以如下常用方式进行t-检验：

假设d_1,i和d_2,i(其中i＝1,2,3,…,10)为N＝10时所测量的各个扩散能力的值。然后将扩散能力的平均值D₁和D₂通过以下进行估算：

以及

将各个值的标准偏差s₁和s₂通过以下进行估算：

以及

将平均值的绝对差ΔD通过以下进行计算：

ΔD＝|D₁-D₂|

平均值的差值大约为具有标准偏差s的正态分布，其中标准偏差s由以下给出：

检验统计量t由以下测定：

由此，ΔD和s必须以cm/s给出。

如果t>2.82，则误差概率小于1％时拒绝零假设H₀:ΔD<0.03cm/s，并且平均扩散能力D₁和D₂相差大于0.03cm/s。误差概率在表2中给出为“p值”。

结果显示出对于两种不同材料的除了组合BC以外的所有组合，测量系列3和测量系列4的扩散能力的平均值在统计学上相差至少0.03cm/s，误差概率为1％。因此，所有这些材料在Z方向显示出方向性扩散能力。

对于材料组合BC，板层B和板层C的扩散能力的差值仅为0.02cm/s，这明显不足以在统计学上检测本发明的效果。

在这种测试中，来自相同材料的所有五种材料组合在平均扩散能力上都未显示出足够大的绝对差，这证实扩散能力的方向性由材料的选择所引起，而不是由在板层结合过程中的机械处理所引起。

表2：示例性实施方案的数据

数据的进一步分析显示出以下之间的关系：

-两个板层的扩散能力的差值

-扩散能力的方向性的程度，特征在于测量系列3和测量系列4的扩散能力的差值

在图2中，示出了表2的所有包装材料的数据以及产生判定系数为0.9122的二次回归线。这表明在两个参数之间存在相当好的统计关系，并且与以下预期一致：即板层之间的扩散能力的差值较大也导致包装材料的扩散能力的方向性较大。因此，该图表明也可以将本发明用于超出这些范围的材料。

为了证明适当穿孔的作用，选择厚度为70μm并且基重为78g/m²的纸。这种纸的无孔扩散能力小于0.01cm/s，由于此原因，未进一步研究方向性。然后用适当设置的激光沿6条轨迹对该纸进行穿孔。在平行延伸的轨迹之间，存在0.5mm的距离，并且在各条轨迹上每厘米穿有50个孔。激光呈圆锥形聚焦，以使在纸的一个面上，孔洞具有约0.1mm的直径，而在另一面上，直径通常为0.07mm。

用开口为3×20mm的测量头测量扩散能力，以使所有的6条轨迹定位于测量头开口下与测量头的较长的边平行。在10个不同的位置进行测量。在测量的第一系列中，具有较大孔径的面朝向包含二氧化碳的半室，并且在0.012cm/s的标准偏差下产生0.163cm/s的平均扩散能力。此后，将纸翻转，以使现在具有较小孔径的面朝向包含二氧化碳的半室。再次地，在10个不同的位置测定扩散能力，并且这产生0.103cm/s的平均值，标准偏差为0.011cm/s。用以检验平均值的绝对差是否超过0.03cm/s的值的t-检验显示出p值小于10^-3，并且由此示出在Z方向的方向性扩散能力，误差概率为1％。

Claims (21)

1.吸烟制品，包括烟草柱和包围所述烟草柱的包装材料，其中所述包装材料具有在两个相互正交的空间方向X和Y上比在与所述两个空间方向X和Y正交的空间方向Z上更远地延伸的层状形状，

由此，所述包装材料的至少25％的区域在+Z方向和–Z方向分别具有对于CO₂扩散通过所述包装材料的第一扩散能力D₁和第二扩散能力D₂，其中根据第77号烟草科学研究合作中心推荐方法来测定所述扩散能力D₁和扩散能力D₂，其特征在于对于各自为10个数值的平均值的所述扩散能力D₁和扩散能力D₂，以下关系式(i)和(ii)中的一个或者两个成立：

(i)|D₁-D₂|≥0.03cm/s

误差概率为1％

(ii)

其中所述包装材料具有上表面和下表面，由此与所述上表面邻接的虚拟层的扩散系数低于与所述下表面邻接的虚拟层的扩散系数，其中所述下表面朝向所述烟草柱，以及

其中CO₂从所述烟草柱通过所述包装材料朝向外部的扩散能力高于在相反方向的扩散能力。

2.如权利要求1所述的吸烟制品，其中对于所述第一扩散能力D₁和第二扩散能力D₂，以下关系式(iii)和(iv)中的一个或者两个成立：

(iii)|D₁-D₂|≥0.05cm/s

(iv)

3.如权利要求1或2所述的吸烟制品，其中

和/或

4.如权利要求3所述的吸烟制品，其中在意于用于由所述包装材料制造的吸烟制品的自熄性的所述包装材料部分中，下式成立

5.如权利要求1或2所述的吸烟制品，其中在意于获得由所述包装材料制造的吸烟制品的自熄性的所述包装材料的区域中，所述关系式(i)和(ii)中的一个或者两个成立，其中这些区域占所述包装材料的总区域的20％至40％。

6.如权利要求1或2所述的吸烟制品，其中所述包装材料的厚度d对以下成立：d≥5μm和/或d≤300μm。

7.如权利要求1或2所述的吸烟制品，其中所述包装材料的基重为至少10g/m²和/或至多200g/m²。

8.如权利要求1或2所述的吸烟制品，其中所述包装材料或者所述包装材料的各个板层由纸、再造烟草、烟草叶或者烟草替代材料组成。

9.如权利要求8所述的吸烟制品，其中所述纸包含来源于木材、亚麻、大麻、剑麻、马尼拉麻、棉花或者西班牙草的纸浆纤维。

10.如权利要求9所述的吸烟制品，其中所述纸包含至少一种矿物填充剂。

11.如权利要求10所述的吸烟制品，其中相对于所述纸的质量，所述填充剂的部分为总的纸浆的20％至50％。

12.如权利要求1或2所述的吸烟制品，其包含至少一种燃烧添加剂，由此所述至少一种燃烧添加剂选自：柠檬酸三钠、柠檬酸三钾、苹果酸盐、酒石酸盐、醋酸盐、硝酸盐、琥珀酸盐、富马酸盐、葡萄糖酸盐、羟乙酸盐、乳酸盐、草酸盐、水杨酸盐、α-羟基辛酸盐、碳酸氢盐、碳酸盐和磷酸盐以及它们的混合物。

13.如权利要求12所述的吸烟制品，其中相对于所述包装材料的质量，所述燃烧添加剂的部分少于7％。

14.如权利要求8所述的吸烟制品，其中所述纸的基重为至少10g/m²和/或至多100g/m²。

15.如权利要求8所述的吸烟制品，其中所述纸的厚度为至少10μm和/或至多200μm。

16.如权利要求14所述的吸烟制品，在所述吸烟制品的末端提供过滤嘴。

17.如权利要求1或2所述的吸烟制品，其中

和/或

18.如权利要求1或2所述的吸烟制品，其中所述包装材料的厚度d对以下成立：d≥20μm和/或d≤100μm。

19.如权利要求1或2所述的吸烟制品，其中所述包装材料的基重为至少20g/m²和/或至多80g/m²。

20.如权利要求8所述的吸烟制品，其中所述纸的基重为至少20g/m²和/或至多60g/m²。

21.如权利要求8所述的吸烟制品，其中所述纸的厚度为至少20μm和/或至多120μm。

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