CN1806080B - 具有印刷催化剂的香烟包装纸 - Google Patents

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Abstract

用于烟制品的包装纸包括纸幅；和在包装纸的一个表面的至少一部分上的图案化沉积物，其中图案化沉积物包括催化剂颗粒。图案化沉积物可包括能催化转化烟制品的主流和/或侧流烟雾内的组成气体组分的纳米颗粒催化剂该组成气体成分可以是一氧化碳和/或氮氧化物和催化剂颗粒可以是氧化铁。还提供一种烟制品，它包括烟草棒，所述烟草棒具有绕烟草棒形成的包装纸，该包装纸包括在包装纸一个表面的至少一部分上的图案化沉积物，还提供制造包装纸的方法和利用该包装纸制造烟制品的方法。

Description

具有印刷催化剂的香烟包装纸
背景技术
根据35USC§119，本申请要求标题为CIGARETTE WRAPPERWITH CATALYTIC FILLER AND METHODS OF MAKING SAME且在2003年6月13日提交的美国临时申请No.60/477922的优先权，其全部内容在此引入作为参考。
在以下的说明中，将参考一些结构和方法，然而，这种参考不应当必然地解释为根据合适的法定条款承认这些结构和方法作为现有技术是合格的。申请人保留权利证明任何参考的主题不构成现有技术。
烟制品，例如香烟或雪茄烟，在一阵喷烟(puff)中产生主流烟雾和在静态燃烧过程中产生侧流烟雾。主流烟雾和侧流烟雾二者的成分是一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO)和粒状物质(例如焦炭)。降低香烟烟雾中的一氧化碳、氮氧化物和粒状物质是所需的。
在下述中公开了用于烟制品的催化剂、吸附剂和/或氧化剂：授予Snider等的美国专利No.6371127，授予Bowen等的美国专利No.6286516，授予Yamazaki等的美国专利No.6138684、授予Rongved的美国专利No.5671758、授予Quincy，III等的美国专利No.5386838，授予Shannon等的美国专利No.5211684、授予Deffeves等的美国专利No.4744374、授予Cohn的美国专利No.4453553、授予Owens的美国专利No.4450847，授予Seehofer等的美国专利No.4182348、授予Martin等的美国专利No.4108151、美国专利No.3807416和美国专利No.3720214。已公开的申请WO 02/24005、WO87/06104、WO 00/40104和美国专利申请公开No s.2002/0002979A1、2003/0037792A1和2002/0062834A1也涉及催化剂、吸附剂和/或氧化剂。
公开了铁和/或氧化铁用于香烟产品(参见，例如美国专利No.4197861、4489739和5728462)。公开了氧化铁作为着色剂(例如美国专利Nos.4119104、4195645、5284166)和作为燃烧调节剂(例如美国专利Nos.3931824、4109663和4195645)，且氧化铁已被用于改进味道、颜色和/或外观(例如美国专利Nos.6095152、5598868、5129408、5105836和5101839)。
尽管到迄今为止的开发研究，但仍需要降低在烟制品的主流和/或侧流烟雾内的气体成分含量的改进和更有效的方法和组合物。
发明概述
提供烟制品，它包括烟草棒，所述烟草棒具有绕烟草棒形成的包装纸(wrapper)，该包装纸包括在包装纸的一个表面的至少一部分上的图案化沉积物，其中图案化沉积物包括能催化、氧化和/或还原转化烟制品的主流和/或侧流烟雾内的组成气体组分的催化剂颗粒。在含包装纸的烟制品中，可降低主流和/或侧流烟雾内的一氧化碳、氮氧化物和/或总的粒状物质浓度。
在优选的实施方案中，烟制品的包装纸包括纸幅和在包装纸的一个表面的至少一部分上的图案化沉积物，其中图案化沉积物包括催化剂颗粒。许多包装纸可包括一片香烟包装纸。
制造具有图案化催化剂颗粒沉积物的卷烟纸的方法，该方法包括：(i)在造纸机内形成一片卷烟纸；和(ii)在包装纸的一个表面的至少一部分上沉积催化剂颗粒，以便在包装纸上形成颗粒的图案化沉积物。在优选的实施方案中，在没有使用粘合剂的情况下沉积催化剂颗粒，和催化剂颗粒氢键键合到包装纸上(例如键合到含包装纸的纸幅上)。
优选地，催化剂包括纳米级颗粒，所述纳米级颗粒的平均粒度小于约5微米，优选小于约50纳米，最优选小于约10纳米。催化剂颗粒优选是金属氧化物，如氧化铁(例如FeOOH、Fe3O4、α-Fe2O3、γ-Fe2O3、FeO或其混合物)，尽管催化剂颗粒可包括选自B、Al、Si、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Sn、Ce、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt和Au中的至少一种元素的至少一种氧化物。催化剂颗粒可包括承载在第二化合物上的第一氧化物颗粒(例如承载在碳酸钙颗粒上的氧化铁颗粒)。
沉积物优选包括具有多个离散特征的图案，例如字符-数字顺序、曲线图或几何形状，它们可沿着纸张的长度方向重复。图案可包括无规或规则排列的特征。第一部分图案可具有第一浓度的催化剂颗粒，第二部分图案可具有第二浓度的催化剂颗粒。此外，催化剂图案化纸张可沿着纸张长度和/或垂直于纸张平面方向提供催化剂含量梯度。
催化剂颗粒可沉积在包装纸的内表面和/或外表面上。此外，烟制品可具有第二层包装纸，所述第二层包装纸在其上具有与第一层包装纸不同的催化剂和/或不同量的催化剂。优选的包装纸的渗透率不小于15CORESTA单位，和在包装纸上的优选面积覆盖率小于包装纸总表面积的约90％或者小于约50％。催化剂颗粒可覆盖大于约1％或者大于约5％总的包装纸表面积。在优选的实施方案中，重复在包装纸上的催化剂图案的特征，以便未涂布的包装纸的最大面积不超过直径10mm，更优选直径1微米的圆面积。
例举的烟制品包括小于约10mg的催化剂/根烟制品，或者小于约100mg的催化剂/根烟制品。催化剂可以以有效降低至少10％或者至少25％的主流和/或侧流烟雾内一氧化碳、氮氧化物和/或其它烟雾成分浓度的用量掺入到烟制品内。
制造烟制品的优选方法包括(i)在包装纸的一个表面的至少一部分沉积催化剂颗粒，在包装纸上形成图案化颗粒沉积物；(ii)提供给制烟机含烟草的短切填料；和(iii)将含图案化沉积物的包装纸绕短切填料放置，形成烟制品的烟草棒。
可通过照相凹板印刷、转轮影印、照相凹版印刷、筛网印刷、胶版印刷、凸纹印刷、凹版印刷、平版印刷、喷涂、刷涂、辊涂或施胶压榨技术，沉积催化剂颗粒。可通过在液体(例如，醇、水和/或其它溶剂)内分散颗粒，形成混合物，并在包装纸上沉积该混合物，或者通过在包装纸的基础纸幅上沉积干燥颗粒，从而沉积催化剂颗粒。
任选地，催化剂颗粒可以以含颜料的催化剂油墨形式沉积在包装纸上。催化油墨优选包括液体和悬浮在液体内的纳米颗粒催化剂。
附图简述
图1(a)示出了粒状催化剂承载在包装纸的纸幅-填料材料上的例举烟制品。图1(b)示出了包装纸的放大视图。
图2(a)示出了粒状催化剂承载在具有第二最外层包装纸的第一层包装纸的纸幅-填料材料上的例举烟制品。图2(b)示出了具有第二最外层包装纸的第一层包装纸的放大视图。
图3(a)-3(e)示出了对于烟制品来说，在包装纸上的催化剂颗粒的例举的离散特征和/或图案。
图4示出了可与电子吸烟装置一起使用的香烟的例举构造。
图5是催化剂改性的纸张围绕燃料元件的香烟的剖视图。
图6示出了图5所示的香烟的截面视图。
优选实施方案的详细说明
含包装纸的烟制品、适合于在烟制品中使用的包装纸和制造烟制品和包装纸的方法牵涉在包装纸的至少一个表面上的催化剂颗粒的图案化沉积物。催化剂颗粒能转化烟制品的主流和/或侧流烟雾内的一种或多种气体成分。例如，通过提供包装纸图案化催化剂颗粒沉积物，可降低主流和/或侧流烟雾内的的一氧化碳、氮氧化物和/或总的粒状物质含量。“沉积物”是指催化剂颗粒沉积在包装纸的表面上。
优选地，催化剂颗粒包括纳米颗粒。“纳米颗粒”是指平均粒径小于约500纳米，优选小于约50纳米，更优选小于语文10纳米的颗粒。催化剂颗粒可包括选自B、Al、Si、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Sn、Ce、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt和Au中的至少一种元素的至少一种氧化物。优选的催化剂颗粒是氧化铁颗粒(例如纳米级氧化铁颗粒)。优选的纳米颗粒氧化铁催化剂是获自Mach I，Inc.，of King of Prussia，PA的
Figure G04816559819950411D000051
Superfine Iron Oxide。纳米颗粒氧化铁催化剂可包括FeOOH、Fe3O4、α-Fe2O3、γ-Fe2O3、FeO或其混合物。
一个实施方案涉及制造具有图案化催化剂颗粒沉积物的卷烟纸的方法，该方法包括在造纸机内形成卷烟纸片，并在该纸张的一个表面的至少一部分上沉积催化剂颗粒，在纸张上形成颗粒的图案化沉积物。使用这种纸张包装纸组装烟制品，例如香烟，并在吸烟过程中消耗。图案化催化剂颗粒沉积物可以以干燥颗粒形式沉积在包装纸的基础纸幅上。在进一步的实施方案中，催化剂颗粒可与液体混合成浆料，和该浆料可沉积在包装纸的一个表面的至少一部分上。优选地，浆料由液体和催化剂颗粒组成(即浆料不含粘合剂)。
进一步的实施方案涉及制造烟制品的方法，该方法包括(i)在包装纸的一个表面的至少一部分上沉积催化剂颗粒，在包装纸上形成颗粒的图案化沉积物；(ii)提供给造纸机含烟草的短切填料；和(iii)将含图案化沉积物的包装纸绕短切填料放置，形成烟制品的烟草棒部分。
尽管不希望受到理论的束缚，但据信，在吸烟过程中，颗粒，例如氧化铁纳米级颗粒的图案化沉积物可根据方程式2CO+O2＝2CO2，通过与烟制品的气流内的氧气反应，将一氧化碳转化成二氧化碳。该颗粒也可根据反应2NO+2CO→2CO2+N2，将氮氧化物转化(例如还原)成氮气。
还认为，在催化反应之后，该颗粒也可在不存在氧气的情况下，充当将CO转化成CO2的氧化剂，以便降低主流和/或侧流烟雾内的CO含量。此处所使用的催化剂能影响化学反应的速度，例如催化剂可增加一氧化碳的氧化速度，且没有作为反应物或者反应产物参与反应。氧化剂能例如通过供给反应物氧，氧化反应物，结果氧化剂本身被还原。还原剂能例如通过从反应物中接受氧，还原反应物，结果还原剂本身被氧化。催化剂颗粒也可降低气流内总的粒状物质(TPM)(例如焦炭)。
优选地，催化剂颗粒沉积在烟制品的包装纸上，其含量足以降低至少5％(例如至少10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％)主流和/或侧流烟雾内的一氧化碳、氮氧化物和/或总的粒状物质。
“吸烟”是指加热香烟或使之燃烧，形成可通过香烟抽吸的烟雾。一般来说，吸烟牵涉给香烟的一端点火，同时包含在其内的烟草经历燃烧反应，通过香烟的烟嘴端抽吸来自燃烧的烟雾。也可通过其它方式抽吸香烟。例如，可通过加热香烟和/或使用电子加热设备加热，从而使香烟冒烟，正如在共同转让的美国专利Nos.6053176、5934289、5591368或5322075中所述。
术语“主流”烟雾是指从烟草棒中向下流动并通过过滤嘴端冒出的气体混合物，即在吸烟过程中，从香烟的烟嘴端冒出或抽吸的烟雾量。主流烟雾含有通过点火区域以及通过卷烟纸的包装纸二者抽吸的烟雾。术语“侧流”烟雾是指通过卷烟纸的包装纸从烟草棒中冒出和/或在已点火端从烟草棒的炭燃烧中冒出的气体混合物。
数种因素导致在香烟内形成一氧化碳。除了在烟草内的成分以外，在燃烧过程中在香烟内的温度和氧气浓度可影响一氧化碳和二氧化碳的形成与反应。在冒烟过程中形成的一氧化碳的总量来自于三个主要来源的组合：热分解(约30％)、燃烧(约36％)和用碳化的烟草还原二氧化碳(至少23％)。由热分解形成一氧化碳(其主要通过化学动力学来控制)在约180℃的温度下开始并在约1050℃下结束。在燃烧过程中形成一氧化碳和二氧化碳主要通过氧气扩散到表面(ka)和藉助表面反应(kb)来控制。在250℃下，ka和kb接近相同。在400℃下，反应变为扩散控制。最后，用碳化烟草或木炭还原二氧化碳在约390℃和更高的温度下发生。
在冒烟过程中，在香烟内存在三个不同的区域：燃烧区、热解/蒸馏区和冷凝/过滤区。尽管不希望受到理论的束缚，据信图案化催化剂颗粒沉积物可以以在吸烟过程中在香烟不同区域内发生的各种反应为目标。在存在或者不存在氧源的情况下，图案化催化剂颗粒沉积物可将CO转化成CO2。
首先，燃烧区是在香烟冒烟过程中产生的香烟燃烧区域，通常在香烟的点火端。在燃烧区内的温度范围为约600℃-约950℃，和加热速度可高达500℃/秒。由于氧气在烟草的燃烧中被消耗产生一氧化碳、二氧化碳、水蒸气和各种有机化合物，因此在燃烧区内氧气浓度低。与高温相结合的低氧气浓度导致通过碳化烟草，将二氧化碳还原成一氧化碳。在这一区域内，催化剂颗粒可通过氧化和/或催化机理将一氧化碳转化成二氧化碳。燃烧区高度放热且所成的热量被携带到热解/蒸馏区。
热解区是在燃烧区后方的区域，在此处温度范围为约200℃-约600℃。在燃烧区内，催化剂颗粒也可将CO直接氧化转化成CO2和/或将NO还原成N2，主反应是利用在燃烧区内生成的热量，使烟草热解(即热降解)，产生一氧化碳、二氧化碳、烟雾组分和焦炭。在这一区域内存在一些氧气，因此催化剂颗粒可催化一氧化碳氧化成二氧化碳。在约50℃下开始催化反应并在约150-300℃下达到最大活性，并在高于约300℃下保持其最大活性。
在冷凝/过滤区内，温度范围为环境温度到约150℃。在这一区域内的主要过程是烟雾组分的冷凝/过滤。一些量的一氧化碳、二氧化碳和氮氧化物扩散出香烟和一些氧气扩散到香烟内。在冷凝/过滤区内的氧气分压通常没有恢复到大气水平。在相对低温的冷凝/过滤区内，催化剂颗粒可任选地催化一氧化碳转化成二氧化碳和/或氮氧化物转化成氮气。
在吸烟过程中，主流烟雾内的一氧化碳和氮氧化物流向香烟的过滤嘴端。当这些气体行进到香烟内时，氧气通过包装纸扩散到香烟内和一氧化碳与氮氧化物通过包装纸扩散到香烟外。在香烟典型的第2次喷烟之后，CO和NO在香烟周围，即在燃烧区前面的靠近香烟包装纸处浓缩。由于氧气扩散到香烟内，在周围区域内的氧气浓度也较高。在烟制品周围，靠近燃烧区处，在烟草棒内的气流最大，且大致与温度梯度相匹配，即较高的气流与较大的温度梯度相关。在典型的香烟内，最高的温度梯度来自于与香烟的过滤嘴端共轴的燃烧区(＞850-900℃)。在燃烧区后方数毫米内温度下降到接近环境温度。可在Richard R.Baker，“Mechanism of Smoke Formation andDelivery”，Recent Advances in TobaccoScience，vol.6，pp.184-224(1980)和Richard R.Baker，“Variationof the Gas Formation Region witjina Cigarette Combustion Coalduring the Smoking Cycle”，zur TabakforschungInternational，vol.11，no.1，pp.1-17(1981)中可找到关于气流图案的进一步信息，在冒烟过程中在香烟内各成分的形成，以及烟雾的形成与排放，这两篇的内容在此通过参考引入。
例如，藉助在烟制品内的气流，通过快速和有效地输送CO和/或NO到催化剂区域中并将CO2和/或N2输送离开催化剂区域，从而提高通过图案化催化剂颗粒将CO转化成CO2和/或将NO转化成N2的转化速度。在烟制品内的操作温度和气流氧气可影响催化剂的操作。
可作为在冒烟过程中显示出的温度和气流特征的函数选择图案化沉积物在包装纸上的含量、位置和分布，以便调节，例如增加或最大化CO转化成CO2和/或NO转化成N2的转化速度。可选择催化剂颗粒，以便在给定的温度范围内催化和/或氧化，和可选择沉积物的图案几何形状/分布，以便与对于催化/氧化来说的合适温度一致。
在许多情况下，在包装纸区域上印刷材料的全部涂层倾向于具有闭塞效果，这种闭塞效果倾向于抑制CO通过炭上游的包装纸扩散。通过图案印刷，香烟包装纸区域没有被印刷且可获得用于促进CO通过包装纸扩散，且与此同时，呈现印刷的区域，导致其催化效果。结果，扩散和催化二者相结合以降低在香烟冒烟过程中的CO。
在此处所述的烟制品的实施方案中，任何合适的烟草混合物可用于短切填料中，合适类型的烟草材料的实例包括烟道处理(fluecured)的、Burley、Maryland或Oriental烟草、稀有或专用烟草及其共混物。可以以烟草薄片、处理过的烟草材料，如体积扩张或膨胀的烟草、处理过的烟草茎，如切辊或cut-puffed茎，回用(reconstituted)烟草材料或其共混物形式提供烟草材料。烟草也可包括烟草替代物。
烟草柱优选包括工业典型的烟草共混物的短切填料，其中包括光亮的、Burley和Oriental烟草和其它共混物、组分，其中包括超过的烟草香料。在优选的实施方案中，烟草柱的粉碎的烟草(短切填料)包括光亮的、Burley、Maryland和Oriental烟草且包括或不包括回用烟草或任何后切割香料的共混物。任选地，膨胀烟草组分可包括在该共混物内，以调节棒的密度，和可添加香料。任选地，可使用单一的各种前述烟草替代共混物。
在香烟制造中，烟草通常以短切填料形式，即以切割成宽度范围为约1/10英寸-约1/20英寸或者甚至1/40英寸的碎条或绳股形式使用。绳股的长度范围可介于约0.25英寸-约3.0英寸。香烟可进一步包括本领域已知的一种或多种调味剂或其它添加剂(例如燃烧添加剂、燃烧改性剂、着色剂、粘合剂等)。
包装纸可以是围绕短切填料的任何包装，其中包括含亚麻、大麻、洋麻、针茅草、稻草、纤维素等等。可包括任选的填料材料，香料添加剂，和燃烧添加剂。在生产烟制品如香烟中，包装纸通过制烟机绕短切填料包裹，形成烟制品的烟草棒部分，所述制烟机事先被供应或者被连续供应烟草短切填料和一条或多条包装纸上。当包装纸被供应到制烟机中时，可由连续片材的单一线轴(单包装)或多个线轴(多包装，例如来自两个线轴的双包装)供应包装纸。此外，包装纸可具有大于一层的截面，如双层纸张，正如在共同拥有的美国专利No.5143098中所述，其全部内容在此通过参考引入。
香烟长度可以是约50mm-约120mm。一般来说，规格的香烟为约70mm长，“King Size”为约85mm长，“Super King Size”为约100mm长，和“Long”为约120mm长。周长为约15mm-约30mm，和优选约25mm。烟草的堆积密度范围地介于约100mg/cm3-约300mg/cm3，和优选150mg/cm3-约275mg/cm3。
参考图1(a)，烟制品100的优选实施方案具有烟草棒部分102和过滤嘴104。任选地，可在没有过滤嘴104的情况下操作烟制品100的实施方案。优选地，烟草棒部分102包括用香烟(烟草)包装纸108包裹的烟草柱106。正如图1(b)的放大视图所示，催化剂颗粒110的无规沉积物位于包装纸108的至少一部分表面上。在实践中，催化剂颗粒110可渗透到纤维状纤维素材料112的纸幅外部，其中所述纤维状纤维素材料112形成包装纸108的基础材料。
在包装纸上的催化剂颗粒的粒度分布和密度可影响包装纸108的渗透率(典型地以单位CORESTA测量，其定义为在1分钟内，在1.0kPa的压降下，流经1cm2材料的空气量(以cm3测量))。
催化剂颗粒的图案(它可包括无规或规则的系列特征)可包括在单位面积的包装纸上颗粒的浓度梯度或者分布。例如，在图案内的催化剂浓度梯度可在具有低浓度特征的第一部分和具有高浓度特征的第二部分之间变化。催化剂颗粒在第一低浓度部分内的总负载可低于在第二高浓度部分。第一低浓度部分优选催化剂的总负载小于约1mg，更优选0mg。第二高浓度部分优选催化剂的总负载小于约100mg，更优选1-50mg。相对于烟制品的一端，例如过滤嘴端(若存在的话)，第一低浓度部分和第二高浓度部分可以分别为包装纸的直线远离的部分和直线相邻的部分。在进一步的实施方案中，催化剂颗粒的负载可连续或间断和/或线性或非线性地从直线远离的部分变化到直线相邻的部分。
可通过改变图案的表面积(例如增加几何特征的尺寸或者字符-数字特征的字体尺寸)来实现浓度梯度。另外，可通过(例如在第一印刷步骤中使用第一浓度源和在第二印刷步骤中使用第二浓度源，形成沉积物)改变沉积的浆料内的催化剂浓度来实现浓度梯度。通过改变沉积的浆料浓度，可改变图案内离散特征的厚度(例如，与具有低浓度催化剂颗粒的浆料相比，具有高浓度催化剂颗粒的浆料可用于印刷较厚的特征)。较厚的特征在单位面积的图案化沉积物上具有更多的颗粒。最后，可沉积不同的催化剂材料(例如，第一低活性的催化剂材料和第二高活性的催化剂材料可用于形成催化活性可变的图案化沉积物)。作为实例，可使用单辊，利用逐渐施涂(例如在每一步骤内使用不同催化剂和/或催化剂浓度)，或者通过使用多辊，其中每一辊沉积特定的催化剂和/或催化剂浓度，从而沉积图案化催化颗粒。
在其中印刷有催化剂颗粒的情况下，催化剂颗粒的图案可通过降低空气经过的表面积，从而降低包装纸的渗透率。图案沉积在其上的包装纸可以是任何合适的常规包装纸。例如，在其上具有图案化沉积物的优选包装纸可具有约18g/m2-约60g/m2的基础重量，和约15CORESTA单位-约80CORESTA单位的渗透率。更优选地，包装纸具有约30g/m2-约45g/m2的基础重量，和约30-35CORESTA单位的渗透率。然而，可选择对于包装纸来说任何合适的基础重量和渗透率。可调节沉积的催化剂的浓度和粒度以实现所需的结果。
优选地，催化剂沉积在包装纸上，以便含图案化沉积物的包装纸的渗透率不小于15CORESTA单位，优选30-40CORESTA单位。可基于包装纸的应用和位置来选择包装纸的其它渗透率(以CORESTA单位形式测量)。例如，在多层包装纸中，第一层的渗透率可以小于1000CORESTA单位，但可使用较高的渗透率。单层包装纸的厚度可优选为15-100微米，更优选20-50微米。在多层包装纸内的额外层的渗透率可以是第一层的0.1-10倍，和厚度可以是第一层的0.1-2倍。可选择第一层和第二层的渗透率与厚度，以实现对于烟制品来说所需的总的空气渗透率和总的厚度。
再次参考图1，视需要，包装纸108可任选地包括无图案的部分表面。要理解，在图1(a)和1(b)中，在包装纸108的外表面上所示的图案化沉积视需要可以是在包装纸的内表面上或者在内表面和外表面这二者上。
图2(a)和2(b)示出了在具有第二最外层包装纸的第一层包装纸的一部分表面上具有图案化沉积物的烟制品的实施方案。在图2(a)的实施方案中，烟制品100包括被第一内部包装纸114围绕的香烟的烟草柱106。正如图2(b)的放大视图所示，图案化沉积物116位于至少一部分第一层包装纸114的表面上。视需要，第一层包装纸114可任选地包括不含沉积物的表面或者不含沉积物的部分表面。
在图2(a)和2(b)中，烟制品100具有围绕第一层包装纸114的第二层包装纸118。对于给定的单根烟制品100，例如单根香烟来说，在第二外部包装纸118内的催化剂总量优选小于1mg。在一个优选的实施方案中，第二层包装纸118不含催化剂，以便提供香烟100不受催化剂任何着色影响的外观。在例举的实施方案中，催化剂颗粒在第一层包装纸内的总量为1-100mg，和在第二层包装纸内的总量小于1mg，优选0mg，和/或以重量百分数计，在120内的催化剂对第一层包装纸112内催化剂之比小于0.25。作为例举，每根香烟中催化剂的优选量为1-100mg，1-50mg或50-100mg，2-25mg或25-50mg，1-15mg或15-40mg或4-10mg或10-20mg。
要理解，视需要，第一层包装纸和第二层包装纸可以互换。例如，外部第二层包装纸可包括图案化沉积物和内部第一层包装纸可具有相同或不同的催化剂颗粒排列或者可不含催化剂。此外，若沉积物不打算被看到，例如不是给观察的消费者传达所需图像和或信息的图案，则从观察的美学角度考虑，可优选将沉积物放置在第一层包装纸的内表面上，这是因为一些催化剂包装纸使着色。然后在内部第一层包装纸的周围放置任选的不含催化剂的外部第二层包装纸。
图3(a)-3(e)示出了对于烟制品来说，在包装纸上的催化剂颗粒的规则图案的实例。该图案包括多个离散的特征，在例举的实施方案中，离散特征包括字符-数字顺序、曲线图或几何形状。图案的其它任选的形式包括各种离散的图案，例如交叉阴影线、斜面和/或梯度形状、不规则形状等。在图3(a)和3(b)中，烟制品300的包装纸302具有离散特征的图案304，其中包括字符-数字顺序306。图案304还包括重复序列的几何形状，如线308所示。图案在第一个方向上，沿着烟制品长度或者直线或者圆周状重复。对于给定的美学效果来说，视需要，可取向图案304的字符-数字顺序306，例如可直线取向(图3(a))或者圆周取向(图3(b))。在图3(c)-3(e)中，烟制品300的包装纸302具有离散特征的图案304，其中包括几何形状。在所示的实施例中，几何形状包括圆周线310(图3(c))，和一系列第一密度的重叠螺旋线312(图3(d))以及第二较高密度的重叠螺旋线(图3(e))。
在一种方法中，催化剂颗粒通过印刷技术沉积在烟制品的包装纸上。例如，通过常规制烟技术制造且具有任何常规的烟草和烟草香料添加剂共混物的香烟可通过制烟技术中已知的工序具有印刷在包装纸上的图案。这一工序通常牵涉使用所需构造的一个或多个软质压辊。在将要施涂到香烟包装纸上的浆料，例如含分散在液体内的催化剂颗粒的浆料内旋转给液辊，起到将液体传输到用于印刷步骤的压辊上的作用。优选的浆料不含粘合剂。类似地，可通过照相凹板印刷和胶版印刷和/或凸纹、凹版印刷或其它印刷方法这些常规技术，印刷图案。可使用施胶压榨技术，油漆技术，转轮影印技术，照相凹板印刷技术或类似技术，将图案掺入到包装纸上。在包装纸的表面上沉积催化剂颗粒所使用的其它方法包括静电沉积，用粘合剂施涂，用印刷施涂器图案化施加，使用印刷方法、喷涂、刷涂等施涂油墨溶液。此外，可在单一涂布步骤或者在多步涂布步骤中，使用印刷技术并控制在任何一次沉积中施涂的浆料量，从而施涂催化剂颗粒到包装纸上。根据一个实施方案，干燥催化剂颗粒可沉积在润湿的包装纸表面上。
可通过前述印刷技术中的任何一种或其结合，进行图案印刷。此外，这些印刷操作可在组装香烟的包装纸上和/或在组装香烟之前，在包装纸的任何一侧上的任何点处产生图案化沉积物。
在优选的实施方案中，催化剂颗粒分散和/或悬浮在合适的液体内，形成脆油墨(例如浆料)。任何快干液体可用于形成浆料，例如水、乙醇或丙酮。催化油墨也可包括其它成分，例如含水组分，非水组分和/或表面活性剂。优选地，浆料不含粘合剂。催化油墨的进一步的任选组分包括流变剂，它在印刷工艺过程中提供油墨合适的转印。对于在纸张基底，例如在烟制品中所使用的包装纸上印刷来说，印刷油墨优选适合于纸张基底，且也可包括一种或多种树脂、溶剂、消泡剂和干燥剂。
在任选的实施方案中，催化油墨包括着色剂，例如有机或无机颜料。在着色剂的实例中，颜料是氧化硅基颜料，其产生导致白色干燥的催化剂沉积物的催化剂油墨。除了颜料以外或者作为颜料的替代物，也可使用赋予干燥沉积物彩色或色调的纳米颗粒催化剂。例如，钛基纳米颗粒催化剂可赋予干燥沉积物白色或阴影。
可使用常规造纸设备进行造纸工艺。香烟包装纸可包括形成纸幅的纤维素材料，和可用于控制纸张渗透率的纸幅-填料(web-filler)。
支持纸幅可以是常规纸幅，例如亚麻支持纸幅，或者可包括具有掺入的催化剂组分，如纳米颗粒催化剂的纸幅。若支持纸幅包括催化组分，则掺入的催化组分可承载在纸幅-填料材料上，或者可直接承载在不具有纸幅-填料材料的支持纸幅上。纸幅-填料包括CaCO3颗粒或者任何其它合适的纸幅-填料材料，例如第II族、第III族或第IV族金属的氧化物，碳酸盐，或者氢氧化物，CaCO3，TiO2，硅酸盐，例如SiO2，Al2O3，MgCO3，MgO和Mg(OH)2。
包装纸可包括层压包装纸、双层包装纸或多层包装纸。在共同拥有的美国专利No.5143098中公开了双层和多层包装纸的实例，在此通过参考将其引入。
在含图案化催化剂颗粒沉积物的双层和多层包装纸的实施方案中，径向里层和/或径向外层的至少一个表面可包括图案化沉积物。优选地，多层纸张的径向最里层包括催化剂颗粒。
在其上具有图案化催化剂颗粒沉积物的包装纸可用于制造常规的香烟或者非常规的香烟，例如正如在共同转让的美国专利Nos.6026820、5988176、5915387、5692526、5692525、5666976、5499636和5388594中所述的用于电子冒烟体系的香烟，或者正如在共同转让的美国专利No.5345951中所述的具有燃料棒的非常规类型的香烟。
图4示出了香烟300的一类结构，其可与电子吸烟装置一起使用。正如所示的，香烟300包括烟草棒360和通过滤嘴纸张364相连的过滤器部分362。过滤器部分362优选含有管状自由流动的过滤器元件302和接口过滤器插塞(plug)304。自由流动的过滤器元件302和接口过滤器插塞304作为组合插塞310可与插塞包装纸312连接在一起。烟草棒360可具有掺入一种或多种下述物体的各种形式：外包装371、另一管状自由流动的过滤器元件374、优选包裹在插塞包装384内的圆柱形烟草插塞380，含基础纸幅368的烟草纸幅366，和孔隙空间391。催化剂颗粒，例如纳米级图案化催化剂颗粒沉积物优选印刷在外包装371上，但除了外包装或者替代外包装以外，也可印刷和/或沉积在任何一个或多个插塞包装384或烟草纸幅366的一个或多个组件上。
图5示出了具有燃料元件411的香烟410的结构，正如在美国专利No.5345951中所述，其公开内容在此通过参考引入。香烟410包括燃料元件411和通过香烟包装纸414外包装的膨胀管道412，和通过滤嘴纸405连接的过滤器元件413。参考图6，燃料元件411包括热源420和香料床421，所述香料床421，当与流经热源内的一个或多个纵向通道的炽热气体接触时，释放加香的蒸汽和气体。蒸汽进入膨胀腔室412内，然后到达接口元件413。热源可含有基本上纯的碳和任选的催化剂或燃烧添加剂。可例如通过印刷催化油墨的图案，围绕热源420的一层或多层纸张418具有在其上的图案化催化剂颗粒，并且可用于还原通过热源420产生的CO、NO和/或TPM。或者，或除此以外，可在热源420下游提供具有图案化沉积物的纸张。例如，在其至少一个表面上包括图案化沉积物的纸张可位于热源和香料床421之间或者位于香料床421内。香料床421可包括释放所需香料的任何材料，例如烟草填料或者形成香味的化合物(例如薄荷醇)掺入到其上的基底。
燃料元件411位于具有辐射能量反射器套筒(sleeve)422(例如穿孔的金属纸)和任选的内部套筒423(例如穿孔的金属纸)的复合套筒内。内部套筒422可折叠，在其上游端形成尖端424，以便与在其间的环形空间一起保持远离反射器套筒422内壁的热源。香料床421容纳在内部套筒423内。容纳燃料元件和膨胀腔室412的包装纸414一起优选具有充足的孔隙度，以允许空气通过纸张414进入并支持热源的燃烧。燃料元件411还包括具有一个或多个开口416的反射端盖帽415，以允许空气进入燃料元件411内。烟制品可包括双层纸张包装纸，例如内部包装纸和外部包装纸。视需要，可在其它位置处和/或对于图5和6所示的香烟的任何纸张层来说，使用在其上具有图案化催化沉积物的纸张。此外，图5和6示出了燃料元件的一个实施方案，但含图案化催化颗粒的纸张可用于围绕燃料元件和/或替代在其它燃料元件香烟组件内的纸张层。
图7示出了具有同心烟草棒510的香烟500，所述同心烟草棒510包括在包装纸的一个表面的至少一部分上具有图案化催化剂颗粒沉积物的内部管道或香烟包装纸515的鞘。正如所示的，香烟500包括过滤嘴505和烟草棒510，它们通过用覆盖端部的纸张511彼此相连。烟草棒510是“同心芯”或者“共轴”结构，其可在获自于HauniMachinenbau AG of Hamburg，德国的Hauni Baby棒制造机上生产。内部芯区域512通过被烟草短切填料材料520围绕的内部包装纸515来限定。外部香烟包装纸525沿着烟草棒510的外侧延伸。过滤嘴505可包括一个或多个纤维素束芯棒，和任选地包括吸附剂如碳。在这一实施方案中，在内部包装纸515内的纸张上的催化剂颗粒沉积物引起的任何变色被隐藏看不见。
中心芯区域512可以是中空的和/或可部分或完全用烟草短切填料填充，且优选直径约2-5mm，更优选直径2-3mm。在一个可供替代的实施方案中，可以以由在其表面上具有图案化催化剂颗粒沉积物的纸张形成的至少一层的层状布局制造内部包装纸515。催化剂颗粒可沉积在内部包装纸的内表面，内部包装纸的外表面上，外部包装纸的内表面和/或外部包装纸的外表面上。
再次参考图2(a)和2(b)的实施方案，内部包装纸和外部包装纸是在独立的造纸机内形成的单独的包装纸，且后者绕烟草短切填料包裹，形成香烟的烟草棒。内部包装纸、外部包装纸或这两种包装纸可包括含纳米颗粒催化剂的干燥沉积物。在其中两种包装纸包括图案化催化剂颗粒沉积物的实施例中，特定的催化剂和在每一包装纸上的催化剂负载可以相同或者不同。在一些实施方案中，添加催化剂颗粒可使包装纸变色，例如包装纸变为非白色或者褐色。为了美学原因，具有常规颜色，例如白色的外部包装纸可围绕内部包装纸放置。可选择内部包装纸和外部包装纸二者，以得到所需的烟制品性能，关于烟制品的性能，例如喷烟计数，焦炭，燃烧速度和灰分外观。因此且正如例如参考图2(a)和2(b)所示和所描述的，烟制品和制造烟制品的方法的优选实施方案可包括在第一层包装纸上具有图案化催化剂颗粒沉积物的香烟的烟草棒部分，进一步包括在其上没有沉积任何催化剂颗粒的第二最外层包装纸。
在烟制品的包装纸上使用的优选催化剂在低至环境温度的温度下具有催化活性，和更优选在高至900℃的温度下没有失活。催化剂颗粒可沿着预期的燃烧区的整个轴向长度印刷，例如不仅在烟制品的过滤嘴端印刷，而且在使用过程中从点火端到过滤嘴端均具有催化活性。催化剂的轴向分布提供主流烟雾和催化剂之间充足的接触时间以供CO转化成CO2和/或NO转化成N2。
在进一步的实施例中，催化剂颗粒可包括混合催化剂，例如各自在不同温度范围下或者在重叠的温度范围内操作的各催化剂组合物的结合催化剂。当烟制品燃烧时，这种不同催化剂颗粒的混合物可用于拓宽可能发生的CO转化成CO2和/或NO转化成N2的温度范围并增加催化剂的催化效率。例如，混合催化剂可在燃烧区和在燃烧区后方将CO转化成CO2和/或NO转化成N2。
当在纸张上使用时，图案化催化剂对CO可具有选择性。因此，与粒状物质(TPM)相比，可较大比例地降低CO，因此降低CO∶TPM之比。在商业抽烟机上抽吸对照香烟，并测量在主流烟雾内的粒状物质和一氧化碳含量。对照香烟包括常规的包装纸。对于包装纸包括在包装纸内侧上印刷的12.5wt％的纳米级氧化铁颗粒的试验香烟来说，还测量主流烟雾成分。从对照香烟中冒出的总的粒状物质(TPM)和一氧化碳(CO)含量分别为18.3mg和14.7mg。对于试验香烟来说，TPM和CO量分别为12.9mg和7.6mg，这相当于TPM和CO下降30％和48％。
此处所述的任何沉积物材料、包装纸、烟制品或方法可包括在烟制品的包装纸中常规地使用的额外的添加剂。这些添加剂可包括例如控制外观，例如包装纸的颜色的添加剂，控制包装纸的燃烧速度的添加剂和/或导致所需的灰分外观和/或在卷烟纸中所使用的纸幅-填料的添加剂。
尽管结合本发明的例举实施方案描述了本发明，但要理解，对于领域的技术人员来说，可在没有脱粒所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下作出此处没有具体地描述的添加、删除、改性和替代。

Claims (52)

1.一种烟制品，它包括：
烟草棒，所述烟草棒具有绕烟草棒形成的包装纸，该包装纸包括在包装纸的一个表面的至少一部分上的包括多个离散特征的图案化沉积物，
其中图案化沉积物包括能催化、氧化和/或还原转化烟制品的主流和/或侧流烟雾内的组成气体组分的催化剂颗粒。
2.权利要求1的烟制品，其中催化剂的平均粒度小于5微米。
3.权利要求2的烟制品，其中催化剂的平均粒度小于50纳米。
4.权利要求1的烟制品，其中沉积物不含粘合剂。
5.权利要求1的烟制品，其中催化剂包括氧化铁。
6.权利要求1的烟制品，其中催化剂包括FeOOH、Fe3O4、α-Fe2O3、γ-Fe2O3、FeO或其混合物。
7.权利要求1的烟制品，其中催化剂包括承载在碳酸钙颗粒上的氧化物颗粒。
8.权利要求1的烟制品，其中所述图案包括字符-数字序列、曲线图或几何形状。
9.权利要求1的烟制品，其中图案包括在具有低浓度特征的第一部分和具有高浓度特征的第二部分之间的催化剂浓度梯度。
10.权利要求1的烟制品，其中图案特征沿着烟制品的轴向反复。
11.权利要求1的烟制品，其中催化剂沉积在包装纸的内表面上。
12.权利要求1的烟制品，其中催化剂沉积在包装纸的外表面上。
13.权利要求1的烟制品，其中相对于烟制品一端，包装纸具有线性远端部分和线性近端部分，和线性远端部分具有第一浓度催化剂负载，和线性近端部分具有第二浓度催化剂负载。
14.权利要求13的烟制品，其中第一浓度催化剂负载小于第二浓度催化剂负载。
15.权利要求1的烟制品，其中包装纸的渗透率不小于15CORESTA 单位。
16.权利要求1的烟制品，其中在包装纸上催化剂的面积覆盖率小于包装纸总表面积的90％。
17.权利要求16的烟制品，其中在包装纸上催化剂的面积覆盖率小于包装纸总表面积的50％。
18.权利要求16的烟制品，其中在包装纸上催化剂的面积覆盖率大于包装纸总表面积的1％。
19.权利要求18的烟制品，其中在包装纸上催化剂的面积覆盖率大于包装纸总表面积的5％。
20.权利要求1的烟制品，其中重复图案特征，以便未涂布的包装纸的最大面积没有超过直径10mm的圆面积。
21.权利要求20的烟制品，其中重复图案特征，以便未涂布的包装纸的最大面积没有超过直径1微米的圆面积。
22.权利要求1的烟制品，其中催化剂的总量小于100mg/根烟制品。
23.权利要求22的烟制品，其中催化剂的总量小于10mg/根烟制品。
24.权利要求1的烟制品，其中以足以降低至少10％主流和/或侧流烟雾中一氧化碳和/或氮氧化物浓度的用量沉积颗粒。
25.权利要求24的烟制品，其中以足以降低至少25％主流和/或侧流烟雾中一氧化碳和/或氮氧化物浓度的用量沉积颗粒。
26.权利要求1的烟制品，其中催化剂氢键键合到包装纸上。
27.权利要求1的烟制品，其中包装纸是第一层包装纸，和烟制品进一步包括第二层包装纸。
28.权利要求27的烟制品，其中在第二层包装纸上的催化剂总量为0。
29.权利要求27的烟制品，其中以重量百分数计，在第二层包装纸上的催化剂对在第一层包装纸上的催化剂之比小于0.25。
30.一种烟制品，它包括：
具有包装纸的烟草棒，所述包装纸包括在包装纸的一个表面的至少一部分上的包括多个离散特征的图案化沉积物，其中图案化沉积物包括 氧化铁纳米颗粒催化剂。
31.一种制造烟制品的方法，该方法包括：
(i)在包装纸的一个表面的至少一部分上沉积催化剂颗粒，在包装纸上形成催化剂颗粒的包括多个离散特征的图案化沉积物，所述催化剂颗粒能催化、氧化和/或还原转化烟制品的主流和/或侧流烟雾内的组成气体组分；
(ii)提供给制烟机含烟草的短切填料；和
(iii)将含图案化沉积物的包装纸绕短切填料放置，形成烟制品的烟草棒部分。
32.权利要求31的方法，其中通过凹版印刷、筛网印刷、胶版印刷、凸纹印刷、平版印刷、喷涂、刷涂、辊涂或施胶压榨技术，沉积催化剂颗粒。
33.权利要求31的方法，其中通过转轮影印或照相凹版印刷，沉积催化剂颗粒。
34.权利要求31的方法，其中在不存在粘合剂的情况下沉积催化剂颗粒。
35.权利要求31的方法，其中在包装纸的基础纸幅上沉积干燥催化剂颗粒。
36.权利要求31的方法，其中通过在液体内分散颗粒，形成混合物，并在包装纸上沉积该混合物，从而沉积催化剂颗粒。
37.权利要求36的方法，进一步包括添加颜料到该混合物中。
38.权利要求31的方法，其中包装纸是第一层包装纸，和该方法进一步包括：
(iv)将第二层包装纸绕烟草棒部分放置。
39.用于烟制品的包装纸，该包装纸包括：纸幅；和在包装纸的一个表面的至少一部分上的包括多个离散特征的图案化沉积物，其中该图案化沉积物包括能催化、氧化和/或还原转化烟制品的主流和/或侧流烟雾内的组成气体组分的催化剂颗粒。
40.权利要求39的包装纸，其中催化剂的平均粒度小于5微米。 
41.权利要求40的包装纸，其中催化剂的平均粒度小于50纳米。
42.权利要求39的包装纸，其中催化剂包括氧化铁。
43.权利要求39的包装纸，其中催化剂包括承载在碳酸钙颗粒上的氧化物颗粒。
44.权利要求39的包装纸，其中所述图案包括字符-数字序列、曲线图或几何形状。
45.权利要求39的包装纸，其中图案包括在具有低浓度特征的第一部分和具有高浓度特征的第二部分之间的催化剂浓度梯度。
46.权利要求39的包装纸，其中重复图案特征，以便未涂布的包装纸的最大面积没有超过直径10mm的圆面积。
47.权利要求46的包装纸，其中重复图案特征，以便未涂布的包装纸的最大面积没有超过直径1微米的圆面积。
48.一种卷烟纸片材，它包括多种权利要求39的包装纸。
49.一种制造按照权利要求48的卷烟纸片材的方法，所述方法包括：
(i)在造纸机内形成卷烟纸片材；和
(ii)在该纸张的一个表面的至少一部分上沉积催化剂颗粒，在纸张上形成催化剂颗粒的包括多个离散特征的图案化沉积物，所述催化剂颗粒能催化、氧化和/或还原转化烟制品的主流和/或侧流烟雾内的组成气体组分。
50.权利要求49的方法，其中通过凹版印刷、筛网印刷、胶版印刷、凸纹印刷、平版印刷、喷涂、刷涂、辊涂或施胶压榨技术，沉积催化剂颗粒。
51.权利要求49的方法，其中通过转轮影印或照相凹版印刷，沉积催化剂颗粒。
52.包含分散和/或悬浮在液体中的催化剂颗粒的催化油墨在制备权利要求1的烟制品、权利要求39的包装纸或权利要求48的卷烟纸片材中的用途，其中催化油墨颗粒包括能催化、氧化和/或还原转化烟制品的主流和/或侧流烟雾内的组成气体组分的催化剂颗粒。 
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