EA023003B1

EA023003B1 - Бумага для курительного изделия, имеющая свойства, снижающие возможность воспламенения

Info

Publication number: EA023003B1
Application number: EA201291216A
Authority: EA
Inventors: Жослин Дюма; Жоэль Малаши; Арно Рюффен; Жюли Жанрот
Original assignee: Папетри Дю Леман
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2016-04-29
Also published as: SMT201500150B; AU2011254607B2; ES2539461T3; CN102946744B; EP2571386A1; HK1181269A1; EA201291216A1; CY1116507T1; DK2571386T3; EP2571386B1; FR2960133B1; US8580081B2; WO2011144701A1; JP2013527337A; PT2571386E; CA2799665A1; US20110290436A1; SI2571386T1; CA2799665C; KR20130113959A

Abstract

Изобретение относится к бумаге для курительного изделия, в частности для сигареты, содержащей области, обработанные композицией покрытия, обеспечивающей снижение возможности воспламенения обработанных областей, которая содержит наночастицы целлюлозы, имеющие медианный размер (d50), равный пяти микрометрам или менее.

Description

Изобретение относится к бумаге для курительных изделий, обладающей низкой способностью к воспламенению.

Сигаретную бумагу, предназначенную для промышленного производства сигарет, традиционно изготавливают из целлюлозных волокон (волокон из древесины и/или растительных текстильных волокон) с добавлением к волокнистой суспензии карбоната кальция в качестве стандартного пигмента.

Во время изготовления на всю поверхность бумаги обычно наносят соли, замедляющие или ускоряющие сгорание, для регулирования некоторых параметров горения полученной сигареты. Обычно используют соли натрия, соли калия, соли магния и т.п. Они также придают сигаретам повышенную воспламеняемость.

Современные стандарты требуют от производителей сигарет контроля за тем, чтобы содержание смол, никотина, монооксида углерода (СО) в пересчете на одну сигарету было ниже установленных предельно допустимых значений. Например, европейские стандарты устанавливают предельно допустимые значения, равные 10 мг в пересчете на одну сигарету для смол, 1 мг в пересчете на одну сигарету для никотина и 10 мг в пересчете на одну сигарету для монооксида углерода.

Установлено, что снижение конденсатов фазы частиц (смол и никотина) и монооксида углерода в сигаретном дыме пропорционально увеличению естественной пористости бумаги. Например, использование бумаги, обладающей высокой первоначальной проницаемостью в диапазоне от 10 до 200 единиц Кореста (Си, или мл/мин/см²), позволяет получить снижение содержания смол на 28%, никотина - примерно на 20% и монооксида углерода - на 45%.

Наибольшая часть этого эффекта обеспечивается по достижении уровня, равного 70 единицам Кореста, с дополнительным снижением в диапазоне от 100 до 200 единиц Кореста.

Кроме того, производителей бумаги принуждают производить сорта бумаги с низкой способностью к воспламенению для ограничения рисков самопроизвольного горения сигарет. Назначение таких сортов бумаги состоит в том, чтобы обеспечить гашение сигареты, если ее горение не поддерживается притоком кислорода, то есть если курильщик не затягивается сигаретой. Такие сорта бумаги в настоящее время известны под названием ЫР-бумаги (Ьоте Ι^ηίΙίοη Ргореикйу = низкая возможность воспламенения) и содержат полосы с низкой способностью к воспламенению (ЫР-полосы), обработанные пленкообразующей композицией, способной закупоривать поры бумаги и за счет этого снижать проницаемость бумаги в этих областях. Чередование областей, обработанных пленкообразующей композицией, и не обработанных областей обеспечивает снижение возможности воспламенения бумаги за счет частичного снижения поступления кислорода к горящему концу сигареты при достижении им областей с низкой проницаемостью (закупоренных областей).

Однако области с низкой способностью к воспламенению (ЫР-области) оказывают неблагоприятное влияние на содержание смол, никотина и монооксида углерода в пересчете на одну сигарету, так как они снижают естественную пористость бумаги. Поэтому было предложено значительно повысить исходную пористость посредством нанесения на бумагу солей, способствующих горению, перед обработкой определенных областей пленкообразующей композицией.

Также было предложено покрывать всю бумагу или часть бумаги солями, задерживающими горение, которые вызывают эндотермические реакции во время горения бумаги. С другой стороны, при их сгорании образуются диоксид углерода (СО₂), молекулярный азот (Ν₂) и вода.

Обработанные области обычно являются поперечными кольцами, сформированными на всей сигарете или на части сигареты. Тем не менее, при отдельной обработке листа бумаги в виде последовательных полос, разделенных областями, не обработанными пленкообразующей композицией, в листе бумаги возникают напряжения, из-за которых часто возникают проблемы при переработке бумаги, в частности когда обработанную бумагу сворачивают. У бумаги имеется выраженная тенденция к выпячиванию наружу в определенных областях.

В данной работе пожароопасность сигарет была оценена с использованием способа испытания АЗТМ Е 2187-04. В этом способе испытания измеряют вероятность того, что сигарета, помещенная на основу, выделит достаточное количество тепла для поддержания горения табачного стержня, независимо от состава использованного табака. Каждое определение состоит в помещении зажженной сигареты на горизонтальную поверхность, образованную определенным числом слоев фильтровальной бумаги (десятикратная толщина).

Затем определяют, будет ли сигарета продолжать гореть по всей длине до конца бумаги.

Для определения относительной вероятности того, что сигарета будет продолжать гореть, несмотря на поглощение тепла основой, проводят сорок определений (составляих одно испытание).

Кроме испытания на возможность воспламенения согласно способу испытания АЗТМ Е 2187-04, можно также оценить процент сигарет, самогасящихся в свободном воздухе (испытание РАЗЕ = Ртее Αίτ ЗеИ-ЕхйидшкЬтеи! = самогашение в свободном воздухе). Горение в свободном воздухе в данном случае характеризуется способностью горящего конца сигареты перемещаться по всей длине сигареты, несмотря на наличие обработанных областей, в отсутствие затяжек сигаретой.

Наконец, было также выполнено испытание на диффузивность, обеспечивающее более быстрое и легкое прогнозирование ЫР-природы бумаги. Это испытание проводят на областях, подвергнутых ЬГР- 1 023003 обработке, путем измерения способности бумаги к пропусканию диоксида углерода. Прогнозирование дает хорошие результаты, если диффузивность для диоксида углерода меньше 0,3 см/с, более предпочтительно - меньше 0,2 см/с.

Аппаратурой, использованной для измерения диффузивности, было оборудование δΘΌΙΜ Ό-95 для измерения диффузии.

Композиции, содержащие пленкообразующие соединения, обычно наносят посредством печати, в типичном случае - посредством гелиографии, сериграфии или флексографии, и поэтому они должны иметь особые характеристики сухого экстракта и вязкости.

Однако было обнаружено, что использование бумаги с низкой способностью к воспламенению (ЫР-бумаги) неблагоприятно влияет на функциональные аспекты сигареты, в частности - на ее вкус, целостность столбика пепла, эффективный уровень монооксида углерода и т.п. Также было установлено, что в случае, если курильщик повторно зажигает сигарету на уровне одной из областей, обработанных ЫР-композицией, вкус и уровень монооксида углерода изменяются.

Одна из задач настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить новую бумагу с низкой способностью к воспламенению (ЫР-бумагу), способную сохранять функциональные аспекты сигареты, не вызывая побочных эффектов, оказывающих неблагоприятное влияние на уровни монооксида углерода, никотина и смол, даже после повторного поджига сигареты. Например, желательно получить бумагу, имеющую показатель самозатухания, равный 50% или менее, для комфорта курильщика, и процент сгорания сигарет по результатам ΑδΤΜ-испытания, равный 25% или менее.

Во-вторых, еще одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить бумагу с низкой способностью к воспламенению (ЫР-бумагу), которую было бы легче перерабатывать.

Для решения этой задачи изобретение предлагает бумагу для курительного изделия, в частности для сигареты, содержащую области, обработанные композицией покрытия, обеспечивающей снижение возможности воспламенения обработанных областей, причем эта композиция содержит наночастицы целлюлозы, имеющие медианный размер (650), равный пяти микрометрам или менее.

Целлюлоза представляет собой линейный гомополисахарид, состоящий из β-Ό-глюкопиранозных звеньев, соединенных между собой в β-1-4 конформации. Таким образом, химическая структура целлюлозы состоит из повторяющихся целлобиозных звеньев, причем каждый мономер несет на себе три гидроксильные группы. Поэтому способность формирования связей за счет водородных мостиков оказывает непосредственное влияние на физические свойства целлюлозы.

В целом, длина полимерной цепи варьирует в зависимости от источника целлюлозы и используемой части растения. Например, нативная древесная целлюлоза имеет степень полимеризации (СП), равную примерно 10000 глюкопиранозных звеньев, тогда как нативная хлопковая целлюлоза имеет СП порядка 15000.

Микроволокно целлюлозы является структурной основой целлюлозы, образующейся в процессе биосинтеза. Оно содержит гемицеллюлозу, пара-кристаллическую целлюлозу и целлюлозу.

Нановолокно целлюлозы получают из нативной целлюлозы, которую подвергают специфической стандартной обработке для освобождения ее от лигнина. Затем его отбеливают.

В целом, можно различить два семейства целлюлозных частиц наномасштаба; первое содержит целлюлозные нанокристаллы (НК, также известные под названием вискеры), второе образовано микрофибриллированной целлюлозой (МФЦ).

Термины микрофибриллированная целлюлоза, микрокристаллит и микрокристалл используют, несмотря на их размеры, лежащие в нанодиапазоне (целлюлозные микрофибриллы и целлюлозные нанофибриллы).

Целлюлозные нанокристаллы можно получить из различных источников целлюлозы (льна, конопли, однолетних растений, рисовой соломы, хлопчатника, твердой древесины, мягкой древесины, сизаля и т.п.) посредством кислотного гидролиза после традиционной варки и отбеливания.

Анализ посредством сканирующей микроскопии дает возможность охарактеризовать форму нановолокон, размеры и формы нанокристаллов, зависящие от типа источника целлюлозы и от условий гидролиза, температуры, времени обработки и чистоты сырьевого материала (процентного содержания целлюлозы и гемицеллюлозы в лигнин-целлюлозном составе волокна).

Типичные размеры целлюлозных нанокристаллов варьируют от 5 до 10 мм в диаметре и от 100 до 500 нм по длине. Их форма сходна с формой нанотрубок (наностержней).

Нанофибриллированную целлюлозу экстрагируют с использованием процесса механической дезинтеграции древесных волокон после традиционных видов химической обработки - варки и отбеливания.

Нанофибриллированную целлюлозу можно рассматривать как умеренно деградированное целлюлозное соединение с большой удельной площадью поверхности. Она состоит из отдельных нановолокон, имеющих латеральные размеры порядка 10-100 нм и длину, которая может достигать одного микрометра, и содержащих чередующиеся кристаллические и аморфные области.

Целлюлозные наночастицы (НК и НФЦ) могут быть использованы в качестве пигмента, и они могут повышать барьерные свойства биокомпозитов.

- 2 023003

Некоторыми предпочтительными, но не ограничивающими аспектами являются следующие: наночастицы содержат нановолокна, нанотрубочки, нанофиламенты и/или наностержни; наночастицы имеют размеры, равные по меньшей мере 100 нм или менее, если рассматривать их по отдельности;

наночастицы представляют собой нанодисперсную целлюлозу (НДЦ);

области также обрабатывают композицией, содержащей пленкообразующее соединение, такое как крахмал, карбоксиметилцеллюлоза и/или метилцеллюлоза;

композиция также содержит пленкообразующее соединение, такое как крахмал, карбоксиметилцеллюлоза и/или метилцеллюлоза;

обработанные области отделены друг от друга областями, не обработанными композицией покрытия, причем эти области, не обработанные композицией покрытия, обработаны солями, ускоряющими сгорание;

соли, ускоряющие сгорание, наносят исключительно на необработанные области;

обработанные области являются поперечными полосами, имеющими ширину в диапазоне от четырех до восьми миллиметров, которые отстоят друг от друга на расстоянии, лежащем в диапазоне от пятнадцати до двадцати миллиметров; и композиция дополнительно содержит пигменты, в частности гидроксид алюминия.

Согласно второму аспекту настоящее изобретение относится к курительному изделию, содержащему бумагу согласно настоящему изобретению.

Согласно последнему аспекту настоящее изобретение относится к способу изготовления бумаги согласно настоящему изобретению, который содержит следующие стадии:

изготовление бумаги для курительного изделия, и нанесение на отдельные области бумаги по меньшей мере одного слоя композиции покрытия, обеспечивающей снижение возможности воспламенения этих отдельных областей, причем эта композиция содержит наночастицы целлюлозы.

Некоторыми предпочтительными, но не ограничивающими аспектами способа изготовления согласно настоящему изобретению являются следующие:

способ дополнительно включает стадию нанесения по меньшей мере одного слоя солей, ускоряющих сгорание, на области, не обработанные композицией покрытия;

способ дополнительно включает стадию нанесения слоя крахмала на обработанные области; композиция, содержащая наночастицы целлюлозы, также содержит крахмал, а способ отличается тем, что он дополнительно включает стадию, во время которой композицию, содержащую наночастицы целлюлозы, смешивают с крахмалом перед нанесением этой композиции на бумагу;

наночастицы наносят в гидратированной форме в виде водного раствора, содержащего от 5 до 15% сухого экстракта наночастиц; и слои наносят посредством гелиографии, сериграфии или флексографии. Другие характеристики, задачи и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными после прочтения приведенного ниже подробного описания на основе приложенных графических материалов, приведенных в качестве неограничивающих примеров, где фиг. 1 изображает пример курительного изделия;

фиг. 2 является перспективным изображением с пространственным разделением деталей курительного изделия такого типа, которое изображено на фиг. 1; и фиг. 3 является видом в поперечном разрезе одного из вариантов осуществления бумаги согласно настоящему изобретению (без соблюдения масштаба).

Фиг. 1 иллюстрирует пример курительного изделия, к которому может быть применено настоящее изобретение. Это сигарета, содержащая табачный стержень 20, завернутый в бумагу 10, и фильтр 30.

Фиг. 2 и 3 иллюстрируют бумагу для курительного изделия 1 согласно настоящему изобретению.

Бумага 10, используемая в данном случае, имеет начальную естественную проницаемость (т.е. проницаемость до каких-либо обработок) в диапазоне от 10 единиц Кореста до примерно 200 единиц Кореста, предпочтительно - от примерно 10 до примерно 80 единиц Кореста, более предпочтительно - от 60 до 80 единиц Кореста. Она может быть любой коммерчески доступной бумагой для курительных изделий.

Для того чтобы превратить эту бумагу 10 в бумагу с низкой способностью к воспламенению (ЫРбумагу), ее обрабатывают так, чтобы получить ряд областей 11, обладающих свойствами низкой возможности воспламенения (ЫР-областей).

Для этого во время первой стадии на бумагу наносят композицию 13 покрытия, причем эта композиция предназначена для снижения пористости посредством закупоривания по меньшей мере почти всех пор или части пор. Композицию 13 предпочтительно наносят отдельно. Например, формируют поперечные полосы 11, проходящие поперек бумаги, имеющие ширину от примерно пяти миллиметров до восьми миллиметров и отстоящие друг от друга на расстоянии в диапазоне от примерно пятнадцати до двадцати миллиметров.

Согласно настоящему изобретению, композиция 13 покрытия, в частности, содержит наночастицы

- 3 023003

13а целлюлозы.

Под наночастицами целлюлозы в контексте настоящего изобретения понимают целлюлозу, частицы которой имеют медианный размер 650, равный пяти микрометрам или менее, и/или волокна которой, рассматриваемые по отдельности, по меньшей мере имеют размер менее 100 нм.

Этот медианный размер 650 является средним размером наночастиц, для которых характерна тенденция формировать агрегаты (или кластеры), и представляет собой эквивалентный диаметр частиц из суммарного распределения частиц по размеру, определенный в точке, соответствующей 50%. Например, нановолокно первичной целлюлозы, пригодное для использования согласно настоящему изобретению, может иметь толщину порядка двадцати нанометров при длине, примерно равной ста нанометрам, при этом 50% кластеров, образованных из нановолокон, будут иметь эквивалентный диаметр меньше 650 нановолокна, в типичном случае - примерно от трех до четырех микрометров.

Использование таких частиц дает два преимущества; во-первых, основной материал композиции, то есть целлюлоза, обладает высокой совместимостью с материалом, используемым для изготовления бумаги 20, которая также изготовлена из целлюлозы. Во-вторых, покрытие бумаги, содержащее наночастицы целлюлозы, дает возможность снизить естественную пористость бумаги. Наночастицы частично заполняют естественные поры бумаги и образуют подсеть искусственных пор внутри исходных естественных пор (увеличение числа пор в бумаге и соответствующее уменьшение их размера).

Поэтому обработанные области 11 бумаги имеют меньшую проницаемость, чем области 12, не обработанные композицией, что позволяет получить уровни смол, никотина и монооксида углерода, по существу сходные с уровнями, характерными для необработанной бумаги, обладающей такой же естественной проницаемостью, как у обработанных областей 11, и придать характеристики низкой возможности воспламенения (ЫР-характеристики) бумаге 10. Поэтому можно легко обеспечить аспект низкой токсичности бумаги 10 для курительного изделия 1 и снизить ее проницаемость в отдельных областях 11.

Кроме того, было обнаружено, что бумага 10, содержащая композицию 13 с наночастицами целлюлозы в отдельных областях 11, имеет сходную (даже идентичную) диффузивность с бумагой, имеющей такую же начальную естественную пористость.

Поэтому использование целлюлозных наночастиц обеспечивает искусственное снижение проницаемости бумаги в ограниченных областях для получения бумаги, обладающей низкой возможностью воспламенения, с сохранением ее диффузивности, что свидетельствует о том, что полученную таким образом бумагу можно использовать для изготовления курительных изделий, токсичность которых (уровни никотина, смол и монооксида углерода) по существу сходна с токсичностью в случае использования бумаги, не подвергнутой ЫР-обработке. Микрокапиллярность или микроизвилистость, полученные с помощью наночастиц целлюлозы, эффективно обеспечивают лучший газообмен, по сравнению со стандартными пленкообразующими композициями, которые просто перекрывают поры посредством закупоривания (для снижения естественной пористости бумаги) и образуют препятствие для диффузии газов через бумагу.

Композиция 13 покрытия также содержит такие компоненты, как связующие, добавки, пигменты (например, гидроксид алюминия) и т.п., в пропорциях, соответствующих стандартным композициям для снижения возможности воспламенения бумаги.

Целлюлоза предпочтительно имеет растительное происхождение. Например, используют целлюлозу в форме нанокристаллов (НК) целлюлозы или микрофибриллированной целлюлозы (МФЦ).

Наночастицы также могут быть нановолокнами, нанотрубками, нанофиламентами или даже наностержнями.

Предпочтительно наночастицы являются нановолокнами, которые могут быть или могут не быть фибриллированными.

В приведенных ниже примерах приведено, например, описание использования частиц нанодисперсной целлюлозы (НДЦ), либо отдельно, либо в смеси с другими соединениями эквивалентного размера или микрометрического масштаба. Нанодисперсная целлюлоза представляет собой нерастворимые в воде нановолокна, обладающие высокой водоудерживающей способностью даже при высоких температурах и при значительных сдвиговых усилиях. В типичном случае, водный раствор, содержащий 10% сухого экстракта нанодисперсной целлюлозы, имеет форму геля, тогда как раствор, содержащий 40% сухого экстракта нанодисперсной целлюлозы, ведет себя как сухой порошок, если экстракт полностью получен из растений.

В настоящем изобретении наночастицы наносят в гидратированной форме в виде водного раствора, содержащего от 5 до 15% сухого экстракта наночастиц, предпочтительно - примерно 10%. Нанодисперсной целлюлозой может быть ультратонкая целлюлоза ЛгЬоее1 МР 40-100 производства компании 4К§ РНЛКМЛ.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения медианный размер 650 нановолокон нанодисперсной целлюлозы меньше одного микрометра.

Кроме того, нанодисперсную целлюлозу предпочтительно наносят в форме геля, так что она обладает лучшими водоудерживающими свойствами. При этом нанодисперсная целлюлоза проникает только

- 4 023003 в поры, находящиеся на поверхности бумаги (на глубину от примерно 4 до примерно 6 мкм при общей толщине бумаги, равной примерно тридцати микрометрам), за счет повторного образования водородных связей, так что она частично закупоривает поры, находящиеся на поверхности, и создает более плотную структуру пор в нанометрическом масштабе.

Поэтому слой нанодисперсной целлюлозы 13 наносят на отдельные области бумаги 10, предпочтительно - после извлечения ее из бумагоделательной машины. В частности, его можно нанести с использованием печатной машины, в типичном случае - посредством флексографии, гелиографии или сериграфии.

С этой целью можно, например, наложить на бумагу маску, соответствующую размерам необработанных областей 12 бумаги, чтобы точно отпечатать полосы с низкой способностью к воспламенению (ЫР-полосы). Этот способ локальной печати отдельных зон на бумаге известен специалистам в области печати и не будет более подробно описан в данном описании.

Использование печатных машин является значительно более гибким, чем использование бумагоделательных машин, и обеспечивает более легкое объединение различных механических ограничений, которые могут быть разными у различных курительных изделий (используемая композиция покрытия, которая изменяется в зависимости от качества табака, использованного для изготовления курительного изделия, давление, оказываемое на бумагу, вязкость композиции и т.п.).

Кроме того, композиция 13 может быть нанесена за один или несколько проходов, она может содержать различные наполнители (сухой экстракт, пигменты и т.п.), и/или она может состоять из различных материалов при каждом проходе.

Например, для дальнейшего повышения ЫР-эффекта обработанных областей 11 можно нанести две различных композиции 13а и 13Ь покрытия (как показано на фиг. 3) во время по меньшей мере двух последовательных проходов; при этом во время первого прохода наносят композицию 13а покрытия, содержащую нанодисперсную целлюлозу, а во время второго прохода наносят композицию 13Ь покрытия, содержащую пленкообразующее соединение, такое как крахмал, поливиниловый спирт, метилцеллюлоза, гидроксиметилцеллюлоза и т.п. Заявитель обнаружил, что в присутствии нанодисперсной целлюлозы 13а связующие и добавки (в частности, пленкообразующее соединение 13Ь), содержащиеся в композиции 13, лучше удерживаются на поверхности, за счет чего улучшаются их соответствующие свойства.

В качестве варианта, композиция 13 покрытия содержит как нанодисперсную целлюлозу, так и пленкообразующее соединение, например крахмал, так что нанодисперсную целлюлозу и крахмал наносят на бумагу одновременно.

Независимо от того, наносят ли нанодисперсную целлюлозу и крахмал на бумагу по отдельности или одновременно, обнаружено, что полученный ЫР-эффект (снижение возможности воспламенения) является результатом синергии между нанодисперсной целлюлозой и крахмалом. Полученная бумага 10 не только обладает низкой возможностью воспламенения, но и эта возможность ниже, чем можно получить при нанесении только нанодисперсной целлюлозы или только крахмала в сходных пропорциях.

Кроме того, бумага 10 в обработанных областях 11 обладает высокой диффузивностью, что означает, что токсичность (уровни никотина, смол и монооксида углерода в пересчете на одну сигарету) полученной бумаги 10 по-прежнему соответствует принятым стандартам (10 мг/сигарету для смол, 1 мг/сигарету для никотина и 10 мг/сигарету для монооксида углерода).

Наконец, улучшается также процент самогашения в свободном воздухе (РАЗЕ) по сравнению со случаями, когда используют только крахмал.

Таблица, приведенная ниже, содержит примеры композиций, содержащих нанодисперсную целлюлозу и крахмал, которые наносят на отдельные области бумаги для курительных изделий.

Во всех случаях, независимо от того, наносили ли покрытие с использованием одной или более секций нанесения покрытия, в этом плане испытания лишь часть поверхности бумаги была покрыта поперечными полосами 11 шириной 7 мм, отстоящими друг от друга на расстоянии, лежащем в диапазоне от 18 до 20 мм.

В промышленности этот тип плана испытания осуществим на печатных машинах с использованием гелиографии, флексографии или сериграфии, в частности - флексографической машины, содержащей от 1 до 8 печатных секций.

АЗТМ- и РАЗЕ-испытания были проведены на сигаретах 1, произведенных промышленно из бумаги, полученной с использованием описанной выше обработки. Использованная бумага 10 была равномерно обработана солями, увеличивающими скорость горения (цитратом калия).

Для испытания № 1 композиция 13 покрытия содержала объем, равный 69 см³/м², нанодисперсной целлюлозы с содержанием твердых веществ, равным 10% (что соответствует теоретической плотности осадка, равной 6,9 г/м²).

Для испытания № 2 композиция 13 покрытия содержала объем, равный 55 см³/м², крахмала (РегГес1ай1ш 150 - модифицированный кукурузный крахмал) с содержанием твердых веществ, равным 10% (что соответствует теоретической плотности осадка, равной 5,1 г/м²).

Для испытания № 3 композиция 13 покрытия содержала смесь в равных долях (50/50) крахмала и нанодисперсной целлюлозы в форме раствора с содержанием твердых веществ, равным 10%, в объеме,

- 5 023003 равном 55 см³/м² (что соответствует теоретической плотности осадка, равной 5,5 г/м²).

Для испытаний № 4, 5 и 6 на бумагу последовательно были нанесены две различные композиции 13 а, 13Ь. Первая композиция 13а содержала нанодисперсную целлюлозу, тогда как вторая композиция 13Ь содержала крахмал.

Объемы передаточных валиков были выбраны такими, чтобы теоретически было возможно нанести 2,1 г/м² нанодисперсной целлюлозы в пересчете на сухую массу (количество, которое было постоянным во всех трех испытаниях) и различные теоретические количества крахмала, а именно - 1,0 г/м² крахмала в испытании 4 (И-4), 2,0 г/м² крахмала в испытании 5 (И-5) и 2,6 г/м² крахмала в испытании 6 (И-6).

	НДЦ	Крахмал	Смесь НДЦ+крахма л	НДЦ + КРАХМАЛ (нанесенные по отдельности)
	И-1	И-2	и-з	И-4	И-5	И-6
Теор этическая плотность осадка (г/м²)	1,5	5,1	5,5	НДЦ: 2,1 Крахмал: 1,0	НДЦ:2,1 Крахмал: 2,0	НДЦ:2,1 Крахмал: 2,6
Плотность осадка, оцененная после нанесения покрытия (г/м²)	1,3	3,5	4	2,7	3,3	3,2
Средний уровень переноса(%)	87	69	73	87	73	68
Проницаемость базовой основы, покрытой цитратом (ед. Кореста)	40	40	40	40	40	40
Проницаемость иР-обпастей (ед. Кореста) (среднее	14,7	5,4	60	5,4	6,0	5,0

значение из 40 измерений)
иР-эффекг: Испытание А5ТМ Е2187-04 (% полностью сгоревших сигарет) □Р-эффект, если <25%	100	50	21	50	22	17
% сигарет, затухших в свободном воздухе - РАЗЕ	0	70	30	55	45	60
Диффузивност ь ЦР-обласгей (оборудование ЗосЯт) (см/с)	0,838	0,075	0,187	0,143	0,108	0,087

Поэтому достигнут наилучший компромисс между пористостью бумаги 10, полученным ЫРэффектом и диффузивностью бумаги (токсичностью изделия).

Способ может также содержать стадию, во время которой всю поверхность бумаги 10 или ее часть покрывают солями 14, ускоряющими сгорание, для снижения уровней никотина, смол и монооксида углерода в пересчете на одну сигарету.

Согласно предпочтительному примеру осуществления настоящего изобретения, покрытие 14 нано- 6 023003 сят на отдельные области, более предпочтительно - на все области 12, не обработанные композицией 13 покрытия, или на часть этих областей. Предпочтительно соли наносят на все области 12 бумаги, которые не были подвергнуты ЫР-обработке.

Заявитель установил, что покрытие ЫР-областей солями-ускорителями с использованием способов, соответствующих известному уровню техники, обеспечивает многочисленные преимущества.

Во-первых, назначение солей-ускорителей 14 состоит в повышении скорости горения сигареты, тогда как назначение композиции 13 покрытия состоит в ограничении поступления молекулярного кислорода с целью подавления горения сигареты. Поэтому соответствующие эффекты солей-ускорителей 14 и композиции 13 являются противоположными, и полное покрытие бумаги 10 солями-ускорителями предполагает использование композиции, дополнительно снижающей проницаемость бумаги для компенсации эффекта солей.

Кроме того, покрытие всей поверхности бумаги 10 создает области с менее интенсивной обработкой поверхности, а именно - полосы 12, не обработанные композицией, что создает поверхностные напряжения, являющиеся причиной многочисленных проблем при переработке бумаги 10. Поэтому при нанесении солей-ускорителей 14 только на области 12, не обработанные композицией, можно нейтрализовать напряжения на поверхности бумаги 10. Соответственно, бумагу 10 становится легче перерабатывать, что, в свою очередь, уменьшает отходы бумаги.

Наконец, локальное покрытие солями 14, ускоряющими сгорание, дает возможность уменьшить общее количество солей, наносимых на бумагу 10, и, соответственно, обеспечить значительную экономию количества используемого продукта. Тем не менее, эта стадия создает дополнительные трудности в осуществлении по сравнению с нанесением покрытия на всю поверхность бумаги, поскольку соли 14 необходимо избирательно наносить на бумагу 10. Тем не менее, это облегчается за счет использования печатных машин для покрытия бумаги 10 солями 14.

Соли-ускорители 14 являются обычными солями и могут быть выбраны, например, из цитрата калия или цитрата натрия.

Кроме того, полосы 12, покрытые солями-ускорителями, и полосы 11, прошедшие ЫР-обработку, необязательно наносить на одну и ту же поверхность бумаги 10. Например, можно нанести ЫР-полосы на одну сторону бумаги 10, а полосы 12 солей-ускорителей на другую сторону бумаги 10 между ЫРполосами 11. В качестве варианта ЫР-полосы 11 и полосы 12, обработанные солями-ускорителями, наносят на обе стороны бумаги.

Поверхность, покрытая ЫР-композицией 13, предпочтительно составляет от 10 до 45%, более предпочтительно - от 15 до 35%, и еще более предпочтительно - от 20 до 33% от общей площади поверхности, соответствующей одной стороне.

Соответственно, поверхность, покрытая солями-ускорителями 14, составляет от 90 до 55%, предпочтительно - от 85 до 60%, и еще более предпочтительно - от 80 до 67% от общей площади поверхности, соответствующей одной стороне.

Согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения увеличение массы в граммах на квадратный метр (граммажа) поэтому относится ко всей поверхности и не ограничено локальными полосами, соответствующими полосам 11, подвергнутым ЫР-обработке.

Изменения массы в граммах на квадратный метр обработанной бумаги, обеспечиваемые обработкой ускорителями горения, варьируют от 0,5 до 5% от исходного граммажа базовой сигаретной бумаги, предпочтительно - от 1 до 4% и более предпочтительно - от 1,5 до 3,5%.

Изменения массы в граммах на квадратный метр обработанной бумаги, обеспечиваемые ЫРобработкой, варьируют от 1 до 10% от исходного граммажа базовой сигаретной бумаги, предпочтительно - от 3 до 6%, так что общее изменение в пересчете на квадратный метр, по сравнению с необработанной бумагой, лежит в диапазоне от 1,5 до 15%.

Далее будет приведено описание нескольких примеров бумаги 10 для курительных изделий, соответствующей настоящему изобретению, с результатами испытаний, проведенных на этой бумаге, а именно - испытаний на диффузивность, РАЗЕ и ΑδΤΜ Е2177-04 испытаний или измерений проницаемости ЫР-областей и т.п.

Эти примеры изготовлены на производственной линии посредством процесса печати с использованием флексографии.

Во всех этих испытаниях проволочную сторону бумаги, которая обычно соответствует стороне бумаги, контактирующей с формующей и дренажной проволокой так называемой плоскосеточной машины столового типа (машины Фудринье), обрабатывали композицией покрытия. Эта сторона бумаги является более макропористой, чем фетровая сторона, соответствующая противоположной стороне, поскольку она лежит в непосредственной близости от дренажных элементов машины. Тем не менее, можно предусмотреть и обработку фетровой стороны.

Важно учесть, что можно привести сторону, обработанную композицией 13 ЫР-покрытия, в контакт с табачным стержнем 20, или ее можно расположить на наружной стороне курительного изделия без значимого статистического эффекта на результаты ΑδΤΜ и РАЗЕ испытаний. В приведенных ниже примерах сторона, обработанная композицией покрытия, контактировала с табачным стержнем.

- 7 023003

В промышленности этот тип плана испытания осуществим на гелиографических или флексографических печатных машинах. Например, флексографическая печатная машина, содержащая от одной до восьми печатных секций, пригодна для осуществления настоящего изобретения.

Было испытано два типа базовой бумаги.

Первый тип бумаги 10 имел начальный граммаж, равный 25,5 г/м², и проницаемость, равную 70 единицам Кореста. Бумага также содержала 27% карбоната кальция и была равномерно обработана 1,3% трикалия цитрата в качестве соли, ускоряющей сгорание (уровень обработки выражен в процентах безводной лимонной кислоты от массы бумаги).

Второй тип бумаги 10 также имел граммаж, равный 25,5 г/м², проницаемость, равную 70 единицам Кореста, содержал 27% карбоната кальция, но не был равномерно обработан цитратом.

Два типа бумаги 10 были обработаны композицией 13 покрытия, снижающей возможность воспламенения, которая соответствовала одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, в виде полос 11 шириной семь миллиметров, отстоящих друг от друга на расстоянии, равном двадцати миллиметрам, с использованием четырех последовательных печатных секций.

Второй тип бумаги, не подвергнутый ЫР-обработке в областях 12, был покрыт трикалия цитратом 14 в качестве соли, ускоряющей сгорание, с использованием других доступных секций печатной машины. Концентрации твердого вещества соли лимонной кислоты в испытаниях Т-10 и Т-11 были равны соответственно 7 и 3%. При этих концентрациях оказалось возможным приблизиться к целевому конечному уровню трикалия цитрата, равному 1,3% в пересчете на безводную лимонную кислоту в обработанной бумаге (полученной посредством обработки только областей, не подвергнутых ЫР-обработке).

СТРУКТУРА ИСПЫТАНИЙ (г/м²)	Первый тип бумаги	Второй тип бумаги
И-7	И-δ	И-9	И-10	И-11
НДЦ: 1,1 Крахмал: 2,6	НДЦ: 2,1 Крахмал: 2,0	НДЦ: 3,0 Крахмал: 2,0	НДЦ: 2,1 Крахмал: 2,0	НДЦ: 2,1 Крахмал: 2,0
Теоретическая плотность осадка 1_1Р- композиции на полосах (г/м²)	3,7	4,1	5,0	3,7	4,1

Плотность осадка Ι_ΙΡ- композиции, оцененная после нанесен ия покрытия на полосы (г/м²)	2,8	3,1	3,6	2,8	3,3
Теоретическая плотность осадка трикалия цитрата/граммаж основы (г/м²)				0,54	0,56
Конечный граммаж бумаги (г/м²)	26,3	26,4	26,5	26,3	26,9
Безводная лимонная кислота/обработанная бумага (%)	1,3	1,3	1,3	1,25	1,31
Проницаемость базовой основы, обработанной цитратом, в ед. Кореста	70	70	70	70	70
Проницаемость ЫРобластей (среднее из 40 измерений) (ед. Кореста)	19	11	9	17	10
ИР-эффекг по результатам испытания АЗТМ Е2187-04 (% сгоревших сигарет) ИР-эффект, если <25%	90	57	22	62	10
% самозатухших сигарет в свободном воздухе (ΡΑδΕ)	0	0	40	0	30
Диффузивность ИР-	0,216	0,198	0,120	0,215	0,177

областей - аппарат δούίιτι (см/с)

- 8 023003

Был выполнен план эксперимента с прогрессивным возрастанием уровня нанодисперсной целлюлозы 13 на первых флексографических станциях для получения естественной и значимой реструктуризации основы, проницаемость которой была равна 70 единицам Кореста по результатам измерения аппаратом ЗоФт.

Для испытаний с №7 по № 11 на области бумаги, подлежащие ЫР-обработке, последовательно были нанесены две различные композиции 13 а, 13Ъ. Первая композиция 13а содержала нано дисперсную целлюлозу, тогда как вторая композиция 13Ъ содержала крахмал.

Объемы передаточных валиков были выбраны такими, чтобы теоретически было возможно нанести:

в испытаниях № 7 и № 10: 1,1 г/м² (в сухом виде) нанодисперсной целлюлозы 13а (V = 11 см³/м²) и 2,6 г/м² крахмала 13Ъ (V = 26 см³/м²);

в испытаниях № 8 и № 11: 2,1 г/м² (в сухом виде) нанодисперсной целлюлозы 13а (V = 21 см³/м²) и 2,0 г/м² крахмала 13Ъ (V = 20 см³/м²); и в испытании № 9: 3,0 г/м² (в сухом виде) нанодисперсной целлюлозы 13а (V = 30 см³/м²) и 2,0 г/м²крахмала 13Ъ (V = 20 см³/м²);

Испытания № 7 и № 8 относились к первому типу бумаги 10, а испытания № 10 и № 11 относились ко второму типу бумаги 10, которая дополнительно содержала трикалия цитрат 14, отдельно нанесенный на бумагу 10 в количестве, обеспечивающем теоретическую плотность осадка, равную 0,98 г/м² (V = 14

2 3 2 2 3 2 см /м , получено при 2x7 см /м и при 3% сухого экстракта) в испытании № 10 и 1,08 г/м (V = 36 см /м , при 3 х V = 12 см³/м² и при 7% сухого экстракта) в испытании № 11.

В испытании № 10 примерно 70% раствора 14 солей-ускорителей было перенесено на бумагу, так что теоретический перенос, равный 0,69 г/м соли на локальную область, для обработанной поверхности 12, составлявшей 70% от начальной площади поверхности, соответствовал общему увеличению массы в граммах на квадратный метр для готовой бумаги 10 на 0,48 г/м² за счет солей.

Применив те же рассуждения к ЫР-полосам 11, но в этом случае - для 30% оставшейся площади поверхности, мы получили теоретическое увеличение массы в граммах, равное 0,78 г/м².

Фактическое увеличение плотности осадка на ЫР-областях составило 2,8 г/м², т.е. общий граммаж увеличился на 0,84 г/м². Конечный граммаж был равен 26,8 г/м², то есть обработка солью обеспечила теоретическое количество безводной лимонной кислоты, равное 1,1%.

В испытании № 11 концентрация солей-ускорителей была снижена в растворе 14, а объем раствора 14, нанесенного на бумагу 10, был увеличен для дополнительного повторного увлажнения бумаги 10 с целью обеспечения ее релаксации. Нанесение покрытия на ЫР-обработанные области 11 осуществляли с использованием последовательных проходов с просушиванием после каждого прохода, что, как мы обнаружили, создает напряжения на поверхности бумаги 10, которые способны вызывать прогиб бумаги. За счет того, что вся бумага 10 была подвергнута одинаковой обработке сточки зрения смачивания, которая включала в себя последовательное увлажнение и просушивание областей 12, которые не были подвергнуты ЫР-обработке, но были обработаны солями-ускорителями 14, можно получить лучшую компенсацию различий между напряжениями, возникающими в областях 11, подвергнутых ЫР-обработке, и в областях 12, обработанных солью. В данном случае были произведены три последовательные обработки солью.

Применив те же рассуждения, что и выше, получаем, что теоретическое увеличение граммажа готовой бумаги, связанное с солью, составляет 0,53 г/м², а увеличение, связанное с ЫР-обработкой, составляет 0,86 г/м², так что конечный граммаж равен 26,9 г/м².

Теоретическое увеличение граммажа в процентах в пересчете на безводную лимонную кислоту близко к 1,2%, по сравнению с обработанной бумагой.

Различия, полученные между результатами испытаний И-7 и И-9, снова демонстрируют большую эффективность нанодисперсной целлюлозы в отношении способности обеспечивать локальное снижение пористости сигаретной бумаги 10.

ΆδΤΜ-испытания, проведенные на сигаретах, изготовленных промышленно из бумаги первого типа, то есть полностью обработанной цитратом, показали, что возможность воспламенения бумаги снижена, поскольку количество сгоревших сигарет было меньшим в испытании И-9 по сравнению с испытанием И-7. Сходным образом, процент ΡΑδΕ, связанный с удовольствием от курения, демонстрирует полностью приемлемое поведение, так как он увеличивается от 0 до 40% для бумаги с наивысшим уровнем ЫР.

Комбинация И-9 является очень хорошим компромиссом между ЫР-испытанием в соответствии со стандартом ΑδΤΜ и ΡΑδΕ-испытанием для полностью обработанной цитратом бумаги.

Наконец, значения диффузивности снижались совместно с возможностью воспламенения исследованной бумаги, но токсичность произведенных сигарет оставалась ниже токсичности стандартных ЫРсигарет.

Сравнение результатов испытаний, проведенных вначале на полностью обработанной цитратом бумаге (первый тип бумаги), и результатов испытаний, проведенных на бумаге, отдельно покрытой раство- 9 023003 ром соли, ускоряющей сгорание (второй тип бумаги), показало, что этот тип покрытия 14 оказывает очень малое влияние на проницаемость ЫР-полос 11 (см., в частности, Т-7 и Т-10, а также Т-8 и Т-11). Поэтому нанесение солей-ускорителей на отдельные области 12 бумаги 10 позволяет получить лучшие результаты в отношении токсичности (большая диффузивность) с сохранением свойств низкой возможности воспламенения (ЫР) бумаги 10.

Тем не менее, ЫР-эффект в соответствии со стандартом ΑδΤΜ выше у бумаги, отдельно покрытой солевым раствором 14.

Поэтому нанесение солей-ускорителей 14 исключительно между полосами, подвергнутыми ЫРобработке, обеспечивает при эквивалентной проницаемости значительное увеличение ЫР-эффекта бумаги 10 согласно стандарту ΆδΤΜ. Также этот способ является очень перспективным в отношении влияния на аспекты, связанные с уровнями монооксида углерода, никотина и смол, поскольку уровни диффузивности и проницаемости демонстрируют, что эта новая обработка оказывает малое неблагоприятное влияние на токсичность бумаги 10, тогда как выигрыш в потенциальной возможности самогашения является значительным.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Бумага для курительного изделия, в частности для сигареты, содержащая области в виде поперечных полос, покрытые композицией, обеспечивающей снижение возможности воспламенения указанных областей, которая содержит наночастицы целлюлозы, имеющие медианный размер (650), равный пяти микрометрам или менее.
2. Бумага по п.1, отличающаяся тем, что наночастицы содержат нановолокна, нанотрубки, нанофиламенты и/или наностержни.
3. Бумага по п.1, отличающаяся тем, что размер индивидуальных наночастиц составляет 100 нм или менее.
4. Бумага по п.3, отличающаяся тем, что наночастицы представляют собой нанодисперсную целлюлозу.
5. Бумага по п.4, отличающаяся тем, что на указанные области дополнительно нанесена композиция, содержащая пленкообразующее соединение, выбранное из группы, состоящей из крахмала, карбоксиметилцеллюлозы и метилцеллюлозы.
6. Бумага по п.1, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит пленкообразующее соединение, такое как крахмал, карбоксиметилцеллюлоза и/или метилцеллюлоза.
7. Бумага по п.1, отличающаяся тем, что на области, не покрытые композицией, нанесены соли, ускоряющие сгорание.
8. Бумага по п.1, отличающаяся тем, что ширина указанных полос составляет от четырех до восьми миллиметров и эти полосы находятся друг от друга на расстоянии от пятнадцати до двадцати миллиметров.
9. Бумага по п.1, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит пигменты, в частности гидроксид алюминия.
10. Курительное изделие, содержащее бумагу по любому из пп.1-9.
11. Способ изготовления бумаги по любому из пп.1-9, включающий следующие стадии: изготовление бумаги для курительного изделия и нанесение на отдельные области бумаги в виде поперечных полос по меньшей мере одного слоя композиции, обеспечивающей снижение возможности воспламенения этих отдельных областей, содержащей наночастицы целлюлозы, имеющие медианный размер (650), равный пяти микрометрам или менее.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что он включает дополнительную стадию нанесения по меньшей мере одного слоя солей, ускоряющих сгорание, на области, не покрытые композицией.
13. Способ по п.11, отличающийся тем, что он включает дополнительную стадию нанесения на покрытые композицией области слоя пленкообразующего соединения, выбранного из группы, состоящей из крахмала, карбоксиметилцеллюлозы и метилцеллюлозы.
14. Способ по п.11, отличающийся тем, что композиция, содержащая наночастицы целлюлозы, дополнительно содержит пленкообразующее соединение, выбранное из группы, состоящей из крахмала, карбоксиметилцеллюлозы и/или метилцеллюлозы, и способ включает дополнительную стадию, в процессе которой композицию, содержащую наночастицы целлюлозы, смешивают с пленкообразующим соединением перед нанесением композиции на бумагу.
15. Способ по п.11, отличающийся тем, что наночастицы наносят в гидратированной форме в виде водного раствора, содержащего от 5 до 15% сухого экстракта наночастиц.
16. Способ по п.11, отличающийся тем, что слои наносят посредством гелиографии, сериграфии или флексографии.