ES2297480T3 - Envoltura de cigarrillo con catalizador impreso. - Google Patents

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Abstract

Un artículo de fumar que comprende: una barra de tabaco que tiene una envoltura formada alrededor de la barra de tabaco, incluyendo la envoltura un depósito en forma de modelo sobre al menos una parte de una superficie de la envoltura, en el que el depósito en forma de modelo comprende partículas de catalizador capaces de catalizar, oxidar y/o reducir la conversión de un componente gaseoso constituyente en el humo de la corriente principal Y/o secundaria del artículo de fumar.

Description

Envoltura de cigarrillo con catalizador impreso.
Antecedentes
Esta solicitud se reivindica anteriormente bajo 35 USC \NAK 119 a la Solicitud Provisional de EE.UU. Nº 60/477.922 titulada "CIGARETTE WRAPPER WITH CATALYTIC FILLER AND METHODS OF MAKING SAME" y presentada el 13 de Junio de 2003.
En la descripción que sigue se hace referencia a ciertas estructuras y métodos, sin embargo, no se ha de interpretar necesariamente que dichas referencias admiten el calificar estas estructuras y métodos como técnica anterior bajo las estipulaciones reglamentarias pertinentes. Los solicitantes se reservan el derecho de demostrar que cualquier materia objeto de referencia no está comprendida en la técnica anterior.
Los artículos de fumar, tales como cigarrillos o cigarros, producen tanto humo de corriente principal durante una bocanada como humo de corriente secundaria durante el quemado estático. Los constituyentes del humo de las corriente tanto principal como secundaria son monóxido de carbono (CO); óxido nítrico y materia en partículas (por ejemplo, alquitrán). La reducción de monóxido de carbono, óxido nítrico y materia en partículas en el humo de los cigarrillos resulta deseable.
En los siguientes documentos se describen catalizadores, absorbentes y/o oxidantes para artículos de fumar: Patente de EE.UU. Nº 6.371.127 expedida a Snider et al., la Patente de EE.UU. Nº 6.286.516 expedida a Bowen et al., la Patente de EE.UU. Nº 6.138.684 expedida a Yamazaki et al., la Patente de EE.UU. Nº 5.671.758 expedida a Rongved, la Patente de EE.UU. Nº 5.386.838 expedida a Quincy, III et al., la Patente de EE.UU. Nº 5.211.684 expedida a Shannon et al., la Patente de EE.UU. Nº 4.744.374 expedida a Deffeves et al., la Patente de EE.UU. Nº 4.453.553 expedida a Cohn, la Patente de EE.UU. Nº 4.450.847 expedida a Owens, la Patente de EE.UU. Nº 4.182.348 expedida a Seehofer et al., la Patente de EE.UU. Nº 4.108.151 expedida a Martin et al., la Patente de EE.UU. Nº 3.807.416 y la Patente de EE.UU. Nº 3.720.214. Las solicitudes publicadas WO02/24005, WO87/06104, WO00/40104 y la Publicación de Solicitud de Patentes de EE.UU. Nº 2002/0002979A1, 2003/0037792A1 y 2002/0062834A1 también referidas a catalizadores, absorbentes y/o oxidantes.
Se ha descrito el uso de hierro y/o el uso de óxido de hierro en productos de tabaco (véase, por ejemplo, las Patentes de EE.UU. Nº 4.197.861; 4.489.739 y 5.728.462). El óxido de hierro ha sido descrito como agente colorante (por ejemplo, en las Patentes de EE.UU. Nº 4.119.104; 4.195.645; 5.284.166) y como regulador de quemado (por ejemplo, en las Patentes de EE.UU. Nº 3.931.824; 4.109.663 y 4.195.545) y se ha usado para mejorar el aroma, color y/o apariencia (por ejemplo, Patentes de EE.UU. Nº 6.095.152; 5.598.868; 5.129.408; 5.105.386 y 5.101.839).
A pesar de los progresos hasta la fecha, sigue habiendo cierto interés por conseguir métodos y composiciones más eficientes para reducir la cantidad de constituyentes gaseosos en el humo de la corriente principal y/o secundaria del artículo de fumar.
Sumario
Se proporciona un artículo de fumar que comprende una barra de tabaco que tiene una envoltura formada alrededor de la barra de tabaco, incluyendo dicha envoltura un depósito en forma de modelo sobre al menos una parte de una superficie de la envoltura, en la que el depósito en forma de modelo comprende partículas de catalizador capaces de catalizar, oxidar y/o reducir un componente gaseoso constituyente en el humo de las corrientes principal y/o secundaria del artículo de fumar. En los artículos de fumar que comprenden dicha envoltura, se puede reducir la concentración de monóxido de carbono, óxido nítrico y/o materia total en partículas en el humo tanto de la corriente principal como secundaria.
En una realización preferida, una envoltura para un artículo de fumar comprende una banda continua y un depósito en forma de modelo sobre al menos una parte de una superficie de la envoltura, en el que el depósito en forma de modelo puede comprender partículas de catalizador. Una pluralidad de envolturas puede comprender una hoja de papel de envolver cigarrillos.
Un método para fabricar papal de cigarrillos con un depósito en forma de modelo de partículas de catalizador comprende (i) formar una hoja de papel de cigarrillo en una máquina de fabricación de papel; y (ii) depositar partículas de catalizador sobre al menos una parte de una superficie de una envoltura para formar un depósito en forma de modelo de las partículas sobre la envoltura. En una realización preferida, las partículas de catalizador se depositan sin usar un aglutinante y se unen por hidrógeno a la envoltura (por ejemplo, unidas a la banda continua que comprende la envoltura).
Preferiblemente, las partículas de catalizador comprenden partículas en nanoescala, que pueden tener un tamaño medio de partículas de menos de aproximadamente 5 micrómetros, preferiblemente menos de aproximadamente 50 nm, más preferiblemente menos de aproximadamente 10 nm. Las partículas de catalizador son preferiblemente óxidos de metales tales como óxido de hierro (por ejemplo, FeOOH, Fe_{3}O_{4}, \alpha-Fe_{2}O_{3},\gamma-Fe_{2}O_{3}, FeO o sus mezclas), aunque las partículas de catalizador pueden comprender al menos un óxido de al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en 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 y Au. Las partículas de catalizador pueden comprender partículas de un primer óxido soportado sobre partículas de un segundo compuesto (por ejemplo, partículas de óxido de hierro soportadas sobre partículas de carbonato cálcico).
El depósito incluye preferiblemente un modelo que tiene una pluralidad de caracteres discretos tal como una secuencia alfanumérica, un pictograma o formas geométricas, que pueden repetirse a lo largo de la longitud del papel. Un modelo puede comprenden una disposición de caracteres aleatoria o regular. Una primera parte del modelo puede tener una primera concentración partículas de catalizador y una segunda parte del modelo puede tener una segunda concentración de partículas de catalizador. Además, el papel con el modelo con catalizador se puede proporcionar con un gradiente en la cantidad de catalizador a lo largo de la longitud del papel y/o perpendicular al plano del papel.
Las partículas de catalizador se pueden depositar sobre una superficie interna y/o externa de la envoltura. También, un artículo de fumar puede tener una segunda envoltura que tenga depositada sobre la misma un catalizador diferente y/o una cantidad de catalizador distinta que la de la primera envoltura. La permeabilidad de una envoltura preferida no es inferior a 15 unidades CORESTA y la cobertura superficial preferida de catalizador sobre la envoltura es menos que aproximadamente 90% o menos que aproximadamente 50% del área superficial total de la envoltura. Las partículas de catalizador pueden recubrir más de aproximadamente el 1% o más de aproximadamente el 5% del área superficial total de la envoltura. En una realización preferida, los caracteres del modelo de catalizador sobre la envoltura se repiten de manera que la superficie mayor de la envoltura sin recubrir no exceda una superficie circular que tiene un diámetro de 10 mm, más preferiblemente un diámetro de 1 micrómetro.
Un ejemplo de un artículo de fumar comprende menos de aproximadamente 10 mg del catalizador por artículo de fumar o menos de aproximadamente 100 mg del catalizador por artículo de fumar. El catalizador puede estar incorporado en un artículo de fumar en una cantidad efectiva para reducir la concentración en el humo de la corriente principal y/o secundaria de monóxido de carbono, óxido nítrico y/u otros constituyentes del humo en al menos y 10% y en al menos 25%.
Un método preferido de preparar un artículo de fumar comprende (i) depositar partículas de catalizador sobre al menos una parte de una superficie de una envoltura para formar un depósito en forma de modelo de las partículas sobre la envoltura, (ii) proporcionar un relleno cortado que comprende tabaco a una máquina para preparar cigarrillos, (iii) colocar la envoltura que incluye el depósito en forma de un modelo alrededor del relleno cortado para formar una parte de la barra de tabaco del artículo de fumar.
Las partículas de catalizar se pueden depositar mediante impresión en grabado, impresión en rotograbado, impresión en fotograbado, impresión por serigrafía, impresión flexográfica, impresión en relieve, impresión en entalle, impresión litográfica, pulverización, aplicación con brocha, enrollado, o técnicas de prensado por tamaño. Las partículas de catalizador se pueden depositar dispersando dichas partículas en un líquido (por ejemplo, alcoholes, agua y/u otros disolventes) para formar una mezcla y depositar la mezcla sobre la envoltura, o depositando las partículas en seco sobre una banda continua base de una envoltura.
Opcionalmente, las partículas de catalizador se pueden depositar sobre una envoltura en forma de una tinta catalítica que incluye un pigmento. La tinta catalítica preferida comprende preferiblemente un líquido y un catalizador en nanopartículas suspendidas en dicho líquido.
Breve descripción de las figuras dibujadas
La Figura 1(a) muestra un ejemplo de un artículo de fumar con un catalizador en partículas soportado sobre el material de relleno de la banda continua de la envoltura. La Figura 1(b) muestra una vista aumentada de la envoltura.
La Figura 2(a) muestra un ejemplo de un artículo de fumar con un catalizador en partículas soportado sobre el material de relleno de la banda continua de una primera envoltura con una segunda envoltura más externa.
La Figura 2(b) muestra una vista aumentada de la primera envoltura con una segunda envoltura más externa.
Las Figuras 3(a) a 3(b) ilustran ejemplos de caracteres discretos y/o modelos de partículas de catalizador sobre una envoltura para un artículo de fumar.
La Figura 4 ilustra un ejemplo de una estructura de un cigarrillo, que se puede usar con un dispositivo de fumar eléctrico.
La Figura 5 es una vista en perspectiva de un cigarrillo que tiene un papel modificado con catalizador rodeando al elemento de combustión.
La Figura 6 muestra una vista de la sección transversal del cigarrillo mostrado en la Figura 5.
Breve descripción de las realizaciones preferidas
Los artículos de fumar que comprenden una envoltura, envolturas adaptadas para usar en artículos de fumar y métodos para preparar artículos de fumar y envolturas incluyen un depósito en forma de un modelo de partículas de catalizador sobre al menos una superficie de la envoltura. Las partículas de catalizador son capaces de transformar uno o más constituyentes gaseosos en el humo de la corriente principal y/o secundaria del artículo de fumar. Por ejemplo, proporcionando una envoltura con el depósito en forma de un modelo de partículas de catalizador, se puede reducir la cantidad de monóxido de carbono, óxido nítrico y/o materia en partículas total en el humo de la corriente principal y/o secundaria. Por "depósito" se entiende que las partículas de catalizador están dispersas sobre una superficie de la envoltura.
Preferiblemente, las partículas de catalizador comprenden nanopartículas. Por "nanopartículas" se entiende que las partículas tienen un diámetro medio de partículas de menos de aproximadamente 500 nanómetros, preferiblemente menos de aproximadamente 50 nm, más preferiblemente, menos de aproximadamente 10 nm. Las partículas de catalizador comprenden al menos un óxido de al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en 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 y Au. Las partículas de catalizador preferidas son las partículas de óxido de hierro (por ejemplo, partículas de óxido de hierro de nanoescala). Un catalizador de óxido de hierro en nanopartículas preferido es Óxido de Hierro Superfino NANOCAT®, disponible de Mach I, Inc., de King of Prussia, PA. El catalizador de óxido de hierro en nanopartículas puede comprender FeOOH, Fe_{3}O_{4}, \alpha- Fe_{2}O_{3}, \gamma-Fe_{2}O_{3}, FeO o sus mezclas.
Una realización se refiere a un método para preparar papel de cigarrillo con un depósito en forma de un modelo de partículas de catalizador, comprendiendo dicho método formar una hoja de papel de cigarrillo en un máquina para fabricar papel y depositar partículas de catalizador sobre al menos una parte de una superficie del papel para formar un depósito en forma de modelo de las partículas sobre el papel. Dicha envoltura de papel se usa para configurar un artículo de fumar, tal como un cigarrillo, y se consume mientras se fuma. Los depósitos en formar de modelo de partículas de catalizador se pueden depositar como partículas secas sobre una banda continua base de una envoltura. En una realización adicional, las partículas de catalizador se pueden combinar con un líquido para formar una suspensión y dicha suspensión se puede depositar sobre al menos una parte de una superficie de la envoltura. Preferiblemente, la suspensión consiste en el líquido y las partículas de catalizador (es decir, la suspensión está libre de un aglutinante).
Una realización adicional se refiere a un método para preparar un artículo de fumar, que comprende (i) depositar partículas de catalizador sobre al menos una parte de una superficie de una envoltura para formar un depósito en forma de un modelo de las partículas sobre la envoltura; (ii) proporcionar un relleno cortado que comprende tabaco a una máquina para preparar cigarrillos; y (iii) colocar la envoltura que incluye el depósito en forma de un modelo alrededor del relleno cortado para formar una parte de la barra de tabaco del artículo de fumar.
Aunque no se desea vincularse a ninguna teoría, se cree que mientras se fuma, el depósito en forma de un modelo de partículas tales como partículas en nanoescala de óxido de hierro pueden catalizar la conversión de monóxido de carbono a dióxido de carbono mediante la reacción con oxígeno es la corriente gaseosa del artículo de fumar según la ecuación 2 CO + O_{2} = 2CO_{2}. Las partículas pueden transformar también (por ejemplo, mediante reducción) óxido nítrico a nitrógeno según la reacción 2NO + 2CO -> 2CO_{2} + N_{4}.
Se cree también que posteriormente a la reacción o las reacciones catalíticas, las partículas pueden actuar también como un oxidante que puede transformar CO en CO_{2} en ausencia de oxígeno para reducir el nivel de CO en el humo de la corriente principal y/o secundaria. Según se usa en esta memoria, un catalizador es capaz de influir en la velocidad de una reacción química, por ejemplo, un catalizador puede aumentar la velocidad de oxidación de monóxido de carbono sin participar como reactivo o producto de la reacción. Un oxidante es capaz de oxidar un reactivo, por ejemplo, donando oxígeno al reactivo, de manera que se el propio oxidante se reduzca. Un agente reductor es capaz de reducir un reactivo, por ejemplo, aceptando oxígeno de dicho reactivo, de manera que el propio agente reductor se oxide. Las partículas de catalizador pueden reducir también la material en partículas total (TPM) (por ejemplo, alquitrán) en la corriente gaseosa.
Preferiblemente, las partículas de catalizador se depositan sobre la envoltura de un artículo de fumar en un cantidad efectiva para reducir la concentración en el humo la corriente principal y/o secundaria de monóxido de carbono, óxido nítrico y/o materia en partículas total en al menos 5% (por ejemplo, en al menos 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% ó 95%).
"Fumar" un cigarrillo significa el calentamiento o combustión del cigarrillo para formar humo, que se puede extraer a través del cigarrillo. Generalmente, el fumar un cigarrillo implica encender uno de los extremos del cigarrillo y, mientras el tabaco contenido en el mismo sufre una reacción de combustión, extraer el humo de la combustión a través del extremo en la boca del cigarrillo. Por ejemplo, el cigarrillo se puede fumar calentando dicho cigarrillo y/o calentándolo usando medios calentadores eléctricos como se describe en las Patentes de EE.UU. comúnmente asignadas Nº 6.053.176; 5.934.289; 5.591.368 ó 5.322.975.
El término humo de la "corriente principal" se refiere a la mezcla de gases que pasa por debajo de la barra de tabaco y emana a través del extremo del filtro, es decir, la cantidad de humo que emana o se extrae del extremo en la boca de un cigarrillo mientras se fuma dicho cigarrillo. El humo de la corriente principal contiene humo que se extrae tanto a través de la región encendida, como a través de la envoltura de papel del cigarrillo. El término humo de la "corriente secundaria" se refiere a la mezcla de gases que emana de la barra de tabaco a través de la envoltura de papel del cigarrillo y/o desde el ascua de quemado de la barra de tabaco en el extremo encendido.
Diversos factores contribuyen a la formación de monóxido de carbono en un cigarrillo. Además, los constituyentes del tabaco, la temperatura y la concentración de oxígeno en un cigarrillo durante la combustión pueden afectar a la formación y reacción de monóxido de carbono y dióxido de carbono. La cantidad total de monóxido de carbono formado durante el proceso de fumar procede de una combinación de tres corrientes principales: descomposición térmica (aproximadamente 30%), combustión (aproximadamente 36%) y reducción de dióxido de carbono con tabaco carbonizado (al menos 23%). La formación de monóxido de carbono procedente de la descomposición térmica, que está controlada en gran medida por mecanismos cinéticos químicos, comienza a una temperatura de aproximadamente 180ºC y finaliza a aproximadamente 1050ºC. La formación de monóxido de carbono y dióxido de carbono durante al combustión se controla en gran medida por la difusión de oxígeno a la superficie (K_{a}) y mediante una reacción superficial (k_{b}). A 250ºC, K_{a} y K_{b} son aproximadamente iguales. A 400ºC, la reacción llega a estar controlada por la difusión. Finalmente, la reducción de dióxido de carbono con tabaco carbonizado o carbón vegetal ocurre a temperaturas de alrededor de 390ºC y superiores.
Durante el proceso de fumar existen tres regiones distintas en un cigarrillo: la zona de combustión, la zona de pirólisis/destilación; y la zona de condensación/filtración. Aunque no se desea vincularse a ninguna teoría, se cree que el depósito en forma de modelo de partículas de catalizador puede ser objeto de diversas reacciones que se producen en diferentes regiones del cigarrillo durante el proceso de fumar. El depósito en forma de un modelo de partículas de catalizador puede transformar CO en CO_{2 }en ausencia o presencia de una fuente externa de oxígeno.
En primer lugar, la zona de combustión es la zona de quemado del cigarrillo producida durante el proceso de fumar el cigarrillo, usualmente en el extremo encendido del cigarrillo. La temperatura en la zona combustión varía de aproximadamente 600ºC a aproximadamente 950ºC, y el ritmo de calentamiento puede ser tan alto como 500ºC/segundo. La concentración de oxígeno es baja en la zona de combustión debido a que el oxígeno está siendo consumido en la combustión de tabaco para producir monóxido de carbono, dióxido de carbono, vapor de agua y diversos compuestos orgánicos. La baja concentración de oxígeno combinada con la alta temperatura conduce a la reducción de dióxido de carbono a monóxido de carbono por el tabaco carbonizado. En esta región, las partículas de catalizador pueden transformar monóxido de carbono en dióxido de carbono mediante una oxidación y/o un mecanismo de catálisis. La zona de combustión es altamente exotérmica y el calor generado se traslada a la zona de pirólisis/destilación.
La zona de pirólisis es la región de detrás de la zona de combustión, en la que la temperatura varía de aproximadamente 200ºC a aproximadamente 600ºC. En la zona de combustión las partículas de catalizador pueden oxidar también directamente CO a CO_{2} y/o reducir NO a N_{2}. La reacción principal es la pirólisis (es decir, la degradación térmica) del tabaco que produce monóxido de carbono, dióxido de carbono, componentes del humo y carbón vegetal usando el calor generado en la zona de combustión. Existe algo de oxígeno presente en esta región, y de este modo las partículas de catalizador pueden catalizar la oxidación de monóxido de carbono a dióxido de carbono. La reacción catalítica comienza a aproximadamente 50ºC y alcanza una actividad máxima alrededor de 150 a 300ºC y se mantiene en su máxima actividad a temperaturas por encima de aproximadamente 300ºC.
En la zona de condensación/filtración la temperatura varía de temperatura ambiente hasta aproximadamente 150ºC. El principal proceso en esta zona es la condensación/filtración de los componentes del humo. Alguna cantidad de monóxido de carbono, dióxido de carbono y óxido nítrico se difunden hacia fuera del cigarrillo y algo de oxígeno se difunde hacia dentro del cigarrillo. La presión parcial de oxígeno en la zona de condensación/filtración generalmente no se recupera al nivel atmosférico. En la zona de condensación/filtración de temperatura relativamente baja, las partículas de catalizador pueden catalizar opcionalmente la conversión de monóxido de carbono a dióxido de carbono y/o de óxido nítrico a nitrógeno.
Durante el proceso de fumar un cigarrillo, fluye monóxido de carbono y óxido nítrico en el humo de la corriente principal hacia el extremo del filtro del cigarrillo. A medida que estos gases se desplazan dentro del cigarrillo, el oxígeno se difunde hacia dentro y el monóxido de carbono y el óxido nítrico se difunden hacia fuera a través de la envoltura. Después de una bocanada típica de 2 segundos a un cigarrillo, se concentran CO y NO en la periferia del cigarrillo, es decir, cerca de la envoltura del cigarrillo, delante de la zona de combustión. Debido a la difusión de O_{2} hacia dentro del cigarrillo, la concentración de O_{2} es también alta en la región periférica. El flujo de aire hacia el interior de la barra de tabaco es mayor cerca de la zona de combustión en la periferia del artículo de fumar y es aproximadamente correspondiente al gradiente de temperatura, es decir, flujos de aire más altos se asocian con gradientes de temperaturas más altos. En un cigarrillo típico, el mayor gradiente de temperatura es desde la zona de combustión (>850-900ºC) axialmente hacia el extremo del filtro del cigarrillo. Unos pocos milímetros por detrás de la zona de combustión la temperatura desciende hasta próxima a la temperatura ambiente. Se puede encontrar información adicional sobre modelos de flujo de aire, la formación de constituyentes en cigarrillos durante el proceso de fumar y la formación y liberación de humo en Richard, R. Baker, "Mechanism of Smoke Formation and Delivery", Recent Advances in Tobacco Science, vol. 6, páginas 184-224, (1980) y Richard R. Baker, "Variation of the Gas Formation Regions within a Cigarette Combustión Coal during the Smoking Cycle", Beiträge zur Tabakforschung International, vol. 11, nº 1, páginas 1-17 (1981).
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El ritmo de conversión de CO en CO_{2} y/o de NO en N_{2} por las partículas de catalizador del modelo se mejora mediante el transporte rápido y eficiente de CO y/o NO a la región del catalizador y de CO_{2} y/o N_{2} hacia fuera de la región del catalizador, por ejemplo, mediante un flujo de gas en el interior del artículo de fumar. Tanto la temperatura de operación como el flujo de aire en el interior del artículo de fumar pueden afectar al funcionamiento del catalizador.
Se puede seleccionar la cantidad, localización y distribución del depósito en forma de un modelo sobre una envoltura en función de la temperatura y de las características del flujo de aire mostradas durante el proceso de fumar con el fin de ajustar, por ejemplo, aumentar o maximizar el ritmo de conversión de CO a CO_{2} y/o de NO a N_{2}. Las partículas de catalizador se pueden seleccionar de manera que catalicen y/u oxiden en un intervalo dado de temperaturas, y se puede seleccionar la geometría/distribución del modelo del depósito para que coincida con la temperatura apropiada para la catálisis/oxidación.
En muchos casos, un revestimiento completo de material de impresión sobre regiones de una envoltura tiende a tener un efecto oclusivo, que tiende a inhibir la difusión de CO a través de la envoltura aguas arriba del ascua. Mediante la impresión de modelo, se dejan regiones de la envoltura del cigarrillo sin imprimir y disponibles para facilitar la difusión de CO a través de dicha envoltura, mientras que a su vez las regiones impresas están presentes para contribuir a su efecto catalítico. Como consecuencia, tanto la difusión como la catálisis se ocupan de reducir el CO durante el proceso de fumar el cigarrillo.
En realizaciones de artículos de fumar descritas en esta memoria, se puede usar cualquier mezcla de tabaco adecuada para el relleno cortado. Ejemplos de tipos adecuados de materiales de tabaco incluyen tabacos Burley, Maryland u Oriental curados al aire caliente, tabacos raros o especiales, y sus mezclas. El material de tabaco se puede proporcionar en forma de lámina de tabaco, materiales de tabaco tratados tales como tabaco con volumen expandido o hinchado, tallos de tabaco tratados tales como tallos cortados y enrollados o tallos cortados e hinchados, materiales de tabaco reconstituidos, o sus mezclas. El tabaco puede incluir también sustituyentes de tabaco.
La columna de tabaco comprende preferiblemente relleno cortado de una mezcla de tabacos, típica de la industria, incluyendo mezclas que comprenden tabacos rubios Burley y Orientales y otros componentes de mezcla, incluyendo agentes aromatizantes de cigarrillos tradicionales. En la realización preferida, el tabaco desmenuzado (relleno cortado) de la columna de tabaco comprende una mezcla de tabacos rubios Burley, Maryland y Oriental incluyendo o no tabacos reconstituidos o cualquier agente aromatizante de corte posterior. Opcionalmente, podría incluirse en la mezcla un componente de tabaco expandido para ajustar la densidad de la barra, y se pueden añadir agentes aromatizantes. Opcionalmente, se puede usar una única variedad de los tabacos anteriormente mencionados en lugar de una mezcla.
En la fabricación de cigarrillos, el tabaco se emplea normalmente en forma de relleno cortado, es decir, en forma de jirones o hebras cortadas en anchuras comprendidas en el intervalo de aproximadamente 2,54 mm a aproximadamente 1,27 mm o incluso 0,635. Las longitudes de las hebras están comprendidas en el intervalo de entre aproximadamente 6,35 mm a aproximadamente 76,2 mm. Los cigarrillos pueden comprender además uno o más agentes aromatizantes y otros aditivos (por ejemplo, aditivos de quemado, agentes modificadores de la combustión, agentes colorantes, aglutinantes, etc.).
Una envoltura puede ser cualquier envoltorio que rodea al relleno cortado, incluyendo envolturas que contienen lino, cáñamo, kenaf, hierba de esparto, paja de arroz, celulosa, etcétera. Se pueden incluir materiales de relleno opcionales, aditivos de aroma, y aditivos de quemado. En la producción de un artículo de fumar tal como un cigarrillo, la envoltura se envuelve alrededor del relleno cortado para formar una parte de la barra de tabaco del artículo de fumar mediante una máquina para preparar cigarrillos, a la cual se le ha suministrado previamente o se le suministra continuamente relleno cortado de tabaco y una o más cintas de envoltura. Cuando se suministra a la máquina para preparar cigarrillos, la envoltura se puede suministrar desde una única bobina en una lámina continua (una monoenvoltura) o desde múltiples bobinas (una multienvoltura, tal como una envoltura doble desde dos bobinas). Además, la envoltura puede tener más de una capa en su sección transversal, tal como en un papel de dos capas como se describe en la Patente de EE.UU. comúnmente reconocida Nº 5.143.098, cuyo contenido total se incorpora en esta memoria como referencia.
La longitud de los cigarrillos puede estar comprendida en el intervalo de aproximadamente 50 mm a aproximadamente 120 mm. Generalmente, un cigarrillo regular tiene aproximadamente 70 mm de longitud, un "Tamaño King" tiene aproximadamente 85 mm de longitud, un "Tamaño Super King" tiene aproximadamente 100 mm de longitud, un tamaño "Largo" usualmente tiene aproximadamente 120 mm de longitud. La circunferencia es de aproximadamente
15 mm a aproximadamente 30 mm en circunferencia, y preferiblemente alrededor de 25 mm. La densidad del empaquetamiento de tabaco está comprendida típicamente en el intervalo de aproximadamente 100 mg/cm^{3} a aproximadamente 300 mg/cm^{3}, y preferiblemente de 150 mg/cm^{3} a aproximadamente 275 mg/cm^{3}.
Haciendo referencia a la Figura 1(a), una realización preferida de un artículo de fumar 100 tienen una parte de barra de tabaco 102 y una punta de filtro 104. Opcionalmente, se pueden poner en práctica realizaciones del artículo de fumar 100 sin una punta de filtro 104. Preferiblemente, la parte de la barra de tabaco 102 comprende una columna de tabaco 106 que está envuelta con una envoltura 108 de cigarrillo (tabaco). Como se muestra en la vista aumentada en la Figura 1(b), un depósito aleatorio de las partículas de catalizador 110 está sobre al menos una parte de la superficie de la envoltura 108. En la práctica, las partículas de catalizador 110 pueden penetrar en una parte externa de la banda continua de material celulósico fibroso 112 que forma el material base de la envoltura 108.
La distribución de tamaños y la densidad de las partículas de catalizador sobre la superficie de la envoltura pueden afectar a la permeabilidad de la envoltura 108 (medida típicamente en unidades de CORESTA, que se define como la cantidad de aire, medida en centímetros cúbicos, que pasa a través de un centímetro cuadrado de material en un minuto a una caída de presión de 1,0 kilopascales).
El modelo de partículas de catalizador, que puede comprender una disposición aleatoria o regular de caracteres, puede incluir un gradiente o distribución de concentración de las partículas por unidad de área de la envoltura. Por ejemplo, un gradiente de concentración del catalizador dentro del modelo puede variar entre una primera parte que tiene caracteres de baja concentración y una segunda parte que tiene caracteres de alta concentración. La carga total de las partículas de catalizador en una primera parte de baja concentración puede ser inferior que en una segunda parte de alta concentración. La primera parte de baja concentración tiene preferiblemente una carga total de catalizador inferior a aproximadamente 1 mg, más preferiblemente cero mg. La segunda parte de alta concentración tiene preferiblemente una carga total de catalizador inferior a aproximadamente 100 mg, más preferiblemente de 1 a 50 mg. La primera parte de baja concentración y la segunda parte de alta concentración pueden ser, respectivamente, la parte linealmente distante y la parte linealmente más próxima de la envoltura, con respecto a un extremo del artículo de la envoltura, tal como el extremo con una punta de filtro, si está presente. En realizaciones adicionales, la carga de partículas de catalizador puede variar de manera continua o discontinua y/o linealmente o no linealmente desde la parte linealmente distante a la parte linealmente próxima.
El gradiente de concentración se puede conseguir variando el área superficial del modelo (por ejemplo, aumentando el tamaño de los caracteres geométricos o el tamaño de fuente de los caracteres alfa-numéricos). Adicionalmente, el gradiente de concentración se puede conseguir variando la concentración del catalizador en la suspensión que se deposita (por ejemplo, usando una primera fuente de concentración en una primera etapa de impresión y una segunda fuente de concentración en una segunda etapa de impresión para formar el depósito). Variando la concentración de la suspensión que se deposita, es posible variar el espesor de los caracteres discretos en el modelo (por ejemplo, se puede usar la suspensión que tiene una alta concentración de partículas de catalizador para imprimir un carácter más grueso en lugar de una suspensión que tiene una baja concentración de partículas de catalizador). Un carácter más grueso tiene más partículas por área del depósito en forma de modelo. Finalmente, se puede depositar diferente material de catalizador (por ejemplo, se pueden usar un primer material catalizador de baja actividad y un segundo material catalizador de alta actividad para formar depósitos en forma de modelo de actividad catalítica variable). A modo de ejemplo, se pueden depositar partículas de catalizador del modelo usando un único rodillo que se emplea en sucesivas aplicaciones (por ejemplo, usando un catalizador y/o una concentración de catalizador diferentes en cada etapa) o usando múltiples rodillos en los que cada rodillo depositaba un catalizador y/o una concentración de catalizador particulares.
El modelo de partículas de catalizador puede disminuir la permeabilidad de la envoltura reduciendo el área superficial para el paso de aire donde están impresas las partículas de catalizador. La envoltura sobre la que se deposita el modelo puede ser cualquier envoltura convencional adecuada. Por ejemplo, una envoltura preferida que tiene un depósito en forma de modelo sobre la misma puede tener un peso base de aproximadamente 18 g/m^{2} a aproximadamente 60 g/m^{2} y una permeabilidad de aproximadamente 15 unidades CORESTA a aproximadamente 80 unidades
CORESTA. Más preferiblemente, la envoltura tiene un peso base de aproximadamente 30 g/m^{2} a aproximadamente 45 g/m^{2} y la permeabilidad es de aproximadamente 30 a 35 unidades CORESTA. Sin embargo, se puede seleccionar cualquier peso base y permeabilidad adecuados para la envoltura. Se pueden ajustar la concentración del catalizador depositado y el tamaño de partículas para conseguir los resultados deseados.
Preferiblemente, el catalizador se deposita sobre la envoltura de manera que la permeabilidad de la envoltura que comprende el depósito en forma de modelo no sea inferior a 15 unidades CORESTA preferiblemente de 30 a 40 unidades CORESTA. Se pueden seleccionar otras permeabilidades de la envoltura (como las medidas mediante unidades CORESTA) basadas en la aplicación y colocación de la envoltura. Por ejemplo, en envolturas de múltiples capas la permeabilidad de una primera capa puede ser inferior a 1.000 unidades CORESTA, aunque se puede usar una permeabilidad más alta. El espesor de una envoltura de una única capa puede ser preferiblemente de 15 a 100 micrómetros, más preferiblemente de 20 a 50 micrómetros. Las capas adicionales en una envoltura de múltiples capas pueden tener una permeabilidad 0,1 a 10 veces la permeabilidad de la primera capa y pueden tener un espesor de 0,1 a 2 veces el espesor de la primera capa. Se pueden seleccionar tanto la permeabilidad como el espesor de las capas primera y segunda para conseguir una permeabilidad total al aire y un espesor total deseados para el artículo de fumar.
Haciendo referencia nuevamente a la Figura 1, si se desea, la envoltura 108 puede incluir opcionalmente una parte libre de modelo de una superficie. Se entenderá que los depósitos en forma de modelo mostrados sobre una superficie externa de la envoltura 108 en las Figuras 1(a) y 1(b) puede estar sobre una superficie interna de la envoltura o tanto sobre la superficie interna como sobre la superficie externa, si se desea.
Las Figuras 2(a) y 2(b) muestran una realización de un artículo de fumar con un depósito en forma de modelo sobre una parte de la superficie de una primera envoltura con una segunda envoltura más externa. En la realización de la Figura 2(a), el artículo de fumar 100 incluye una columna de tabaco de cigarrillo 106 rodeada por una primera envoltura interna 114. Como se muestra en la vista aumentada en la Figura 2(b), un depósito en forma de modelo 116 está sobre la superficie de al menos una parte de la primera envoltura 114. Si se desea, la primera envoltura 114 puede incluir opcionalmente una superficie libre de depósito o una parte libre de depósito de la superficie.
En las 2(a) y 2(b), el artículo de fumar 100 tiene una segunda envoltura 118 que rodea a la primera envoltura 114. La cantidad total de catalizador en la segunda envoltura externa 118 es preferiblemente inferior a 1 mg para un único artículo de fumar 100 dado, por ejemplo, un único cigarrillo. En una realización preferida, la segunda envoltura 118 está libre de catalizador de manera que proporciona una apariencia al cigarrillo 100 que no se ve afectada por ninguna coloración del catalizador. En ejemplos de realizaciones, una cantidad total de partículas de catalizador en la primera envoltura es 1 a 100 mg y en la segunda envoltura es menos de 1 mg, preferiblemente 0 mg y/o una relación, en porcentaje en peso, de un catalizador en la segunda envoltura 120 al catalizador de la primera envoltura 112 inferior a 0,25. A modo de ejemplo, una cantidad preferida de catalizador por cigarrillo es 1 a 100 mg, 1 a 50 mg ó 50 a
100 mg, 2 a 25 mg ó 25 a 50 mg, 1 a 15 mg ó 15 a 40 mg, ó 4 a 10 mg ó 10 a 20 mg.
Se entenderá que la primera envoltura y la segunda envoltura se pueden intercambiar, si se desea. Por ejemplo, la segunda envoltura externa puede comprender el depósito en forma de modelo y la primera envoltura interna puede tener la misma disposición o una disposición diferente de partículas de catalizador o puede estar libre de catalizador. Además, si se pretende que el depósito no se vea, por ejemplo, si no es un modelo que lleve una imagen o un mensaje deseado para que el consumidor lo vea, puede ser preferible, desde el punto de vista estético, colocar el depósito sobre una superficie interna de una primera envoltura, ya que algunos catalizadores pueden decolorar la envoltura. Se puede colocar entonces alrededor de la primera envoltura interna una segunda envoltura externa libre de catalizador opcional.
Las Figuras 3(a) a 3(e) ilustran ejemplos de modelos regulares de partículas de catalizador sobre envolturas para artículos de fumar. Los modelos comprenden una pluralidad de caracteres discretos. En ejemplos de realizaciones, los caracteres discretos incluyen una secuencia alfanumérica, un pictograma, o una forma geométrica. Otras formas opcionales del modelo incluyen una variedad de modelos discretos, tales como en forma de cuadrículas, rampas y/o gradientes, formas irregulares, y similares. En las Figuras 3(a) y 3(b), al envoltura 302 del artículo de fumar 300 tiene un modelo 304 de caracteres discretos que incluyen una secuencia alfanumérica 306. El modelo 304 también incluye una serie de repetición de formas geométricas, mostradas como líneas 308. El modelo se repite en una primera dirección, o bien linealmente o circunferencialmente a lo largo de la longitud del artículo de fumar. La secuencia alfanumérica 306 del modelo 304 puede orientarse como se desee para un efecto estético dado, por ejemplo, se puede orientar linealmente (Figura 3(a)), o circunferencialmente (Figura 3(b)). En las Figuras 3(c) a 3(e), la envoltura 302 del artículo de fumar 300 tiene un modelo 304 de caracteres discretos incluyendo una forma geométrica. En los ejemplos ilustrados, las formas geométricas incluyen una línea circunferencial 310 (Figura 3(c)), una serie de hélices superpuestas 312 de una primera densidad (Figura 3(d)) y una segunda densidad más alta (Figura 3(e)).
En una aproximación, las partículas de catalizador, se depositan sobre la envoltura de un artículo de fumar mediante técnicas de impresión. Por ejemplo, un cigarrillo preparado mediante técnicas de fabricación convencionales de cigarrillos y que tiene cualquier mezcla convencional de tabaco y aditivos aromatizantes de tabaco puede tener un modelo sobre el papel de la envoltura impreso mediante procedimientos conocidos en la fabricación de cigarrillos. Dichos procedimientos generalmente implican el uso de un rodillo o rodillos de impresión blandos de una configuración deseada. Un rodillo de recogida que gira en una suspensión que va a ser aplicada a la envoltura del cigarrillo, por ejemplo, una suspensión que contiene partículas de catalizador dispersadas en un líquido, sirve para transferir el líquido al rodillo de impresión para la etapa de impresión. Una suspensión preferida no contiene un aglutinante. De forma similar, se pueden imprimir modelos mediante las técnicas convencionales de impresión en fotograbado e impresión flexográfica y/o impresión en relieve, en entalle, u otros procedimientos de impresión. Los modelos se pueden incorporar sobre el papel de la envoltura usando técnicas de prensado por tamaños, técnicas de pintado, técnicas de rotograbado, técnicas de fotograbado, o técnicas similares. Otros métodos usados para depositar partículas de catalizador sobre una superficie de papel de envoltura incluyen deposición electrostática, aplicación con un adhesivo, aplicación del modelo con un aplicador de impresión, aplicación en una solución de tinta usando un procedimiento de impresión, pulverización, aplicación con brocha o procedimientos similares. Además, las partículas de catalizador se pueden aplicar a una envoltura en una única etapa de revestimiento o en múltiples etapas de revestimiento utilizando técnicas de impresión y controlando la cantidad de suspensión aplicada en una deposición cualquiera. Según una realización, se pueden depositar partículas de catalizador secas sobre una superficie de la envoltura humedecida.
La impresión de modelos se puede realizar mediante una cualquiera o una combinación de las técnicas de impresión anteriormente mencionadas. Además, estas operaciones de impresión pueden producir un depósito en forma de modelo de partículas de catalizador sobre envolturas de cigarrillos montados y/o sobre cualquier lado de una envoltura en cualquier momento anterior al montaje del cigarrillo.
En realizaciones preferidas, las partículas de catalizador están dispersas y/o suspendidas en un líquido apropiado para formar una tinta catalítica (por ejemplo, una suspensión). Se puede usar cualquier líquido de secado rápido para formar la suspensión, por ejemplo, agua, etanol o acetona. La tinta catalítica puede incluir también otros constituyentes, tales como un componente acuoso, un componente no acuoso, y/o un tensioactivo. Preferiblemente, la suspensión está libre de aglutinante. Componentes opcionales adicionales de una tinta catalítica incluyen un agente reológico, que proporciona la transferencia apropiada de la tinta durante el procedimiento de impresión. Para impresiones sobre sustratos de papel, tales como la envoltura usada en artículos de fumar, la tinta de impresión se adapta preferiblemente al sustrato de papel y puede incluir también uno o más de compuestos tales como una resina, un disolvente, un agente antiespumante y un desecante.
En realizaciones opcionales, la tinta catalítica incluye un agente colorante, tal como un pigmento orgánico o inorgánico. En un ejemplo de un agente colorante, el pigmento es un pigmento a base de sílice que produce una tinta catalítica que da lugar a un depósito catalítico seco blanco. Además, o como alternativa a los pigmentos, se pueden usar también catalizadores en nanopartículas que imparten un color o tinte al depósito seco. Por ejemplo, los catalizadores en nanopartículas a base de titanio pueden impartir un color o sombreado blanco los depósitos secos.
El procedimiento de preparación de papel se puede realizar usando un equipo de preparación de papel convencional. Las envolturas para cigarrillos pueden comprender material celulósico, que forma una banda continua, y una carga de banda continua, que se puede usar para controlar la permeabilidad del papel.
La banda continua soporte puede ser una banda continua convencional, tal como una banda continua soporte de lino, o puede incluir una banda continua con un componente catalítico incorporado, tal como un catalizador en nanopartículas. Si la banda continua soporte incluye un componente catalítico, dicho componente catalítico incorporado puede estar soportado sobre un material de carga de banda continua o puede estar directamente soportado sobre la banda continua soporte sin un material de carga de banda continua. La carga de banda continua incluye partículas de CaCO_{3}, o cualquier otro material de carga de banda continua tal como un óxido, un carbonato o un hidróxido de un metal del Grupo II, Grupo III o Grupo IV, CaCO_{3}, TiO_{2}, silicatos tales como SiO_{2}Al_{2}O_{3}, MgCO_{3}, MgO y Mg(OH)_{2}.
La envoltura puede comprender una envoltura estratificada, una envoltura bicapa o una envoltura multicapa. En la Patente de EE.UU. Nº 5.143.098 comúnmente reconocida se describen ejemplos de envolturas bicapa y multicapa.
En una realización de una envoltura bicapa o multicapa que incluye depósitos en forma de modelos de partículas de catalizador, al menos una superficie de una capa radialmente interna y/o una capa radialmente externa puede comprender el depósito en forma de modelo. Preferiblemente, la capa radialmente más interna del papel multicapa comprende las partículas de catalizador.
Se puede usar la envoltura que tiene un depósito en forma de modelo de partículas de catalizador sobre la misma para fabricar cigarrillos convencionales o cigarrillos no convencionales tales como cigarrillos para sistemas de fumar eléctricos descritos en las Patentes de EE.UU. comúnmente asignadas Nº 6.026.820; 5.988.176, 5.915.387; 5.692.526; 5.692.525; 5.666.976; 5.499.636 y 5.388.594 o tipos de cigarrillos no tradicionales que tienen una barra combustible tal como se describe en la Patente de EE.UU. comúnmente asignada Nº 5.345.951.
La Figura 4 ilustra un tipo de estructura de un cigarrillo 300, que se puede usar con un dispositivo de fumar eléctrico. Como se muestra, el cigarrillo 300 incluye una barra de tabaco 360 y una parte de filtro 362 unidos mediante papel boquilla 364. La parte de filtro 362 contiene preferiblemente un elemento de filtro tubular 302 de flujo libre y un tapón de filtro de boquilla 304. El elemento de filtro de flujo libre 302 y el tapón de filtro de boquilla 304 pueden estar unidos juntos como un tapón combinado 310 con una envoltura de tapón 312. La barra de tabaco 360 puede tener diversas formas que incorporan una o más de los siguientes objetos: una sobreenvoltura 371, otro elemento de filtro tubular 374 de flujo libre, un tapón de tabaco cilíndrico 380 preferiblemente envuelto en una envoltura de tapón 384, una banda continua de tabaco 366 que comprende una banda continua base 368, y un espacio hueco 391. El depósito en forma de modelo de partículas de catalizador, tales como partículas de catalizador en nanoescala, se imprime preferiblemente sobre la subreenvoltura 371, pero además o de manera alternativa, se podría imprimir y/o depositar sobre una cualquiera o más de la envoltura con tapón 384 o un componente o componentes de la banda continua de tabaco 366.
La Figura 5 ilustra una estructura de cigarrillo 410 que tiene un elemento combustible 411 como se describe en la Patente de EE.UU. Nº 5.345.951. El cigarrillo 410 incluye el elemento combustible 411 y un tubo de prolongación 412 sobreenvuelto por un papel de envoltura de cigarrillo 414, y un elemento de filtro 413 sujeto mediante papel boquilla 405. Haciendo referencia a la Figura 6, el elemento combustible 411 incluye una fuente de calor 420 y un lecho de aroma 421 que libera vapores y gases con aroma cuando se pone en contacto con gases calientes que fluyen a través de uno o más pasos longitudinales en la fuente de calor. Los vapores pasan al interior de la cámara de prolongación 412 y luego al elemento de boquilla 413. La fuente de calor puede contener sustancialmente carbón puro y opcionalmente catalizadores o aditivos de quemado. Una o más capas de papel 418 que rodean la fuente de calor 420 pueden tener partículas de catalizador en forma de modelo impreso sobre la misma, por ejemplo, imprimiendo un modelo de tinta catalítica, y se puede usar para reducir el CO, NO y/o el TPM producido por la fuente de calor 420. De manera alternativa, o además, se puede proporcionar papel que tienen un depósito en forma de un modelo aguas abajo de la fuente de calor 420. Por ejemplo, el papel que comprende un depósito en forma de modelo sobre al menos una de sus superficies puede estar situado entra la fuente de calor y el lecho de aroma 421 o en el lecho de aroma 421. El lecho de aroma 421 puede incluir cualquier material que libere aromas adecuados, por ejemplo, una carga de tabaco o un sustrato sobre el que se hayan incorporado compuestos que producen aroma (por ejemplo, mentol).
El elemento combustible 411 está alojado en una funda de material compuesto que tiene una funda reflectora de energía radiante 422 (por ejemplo, papel metalizado perforado) y opcionalmente una funda interna 423 (por ejemplo, papel metalizado perforado). La funda interna 422 se puede plegar para formar un reborde 424 en su extremo aguas arriba para soportar la fuente de calor suspendida lejos de la pared interior de la funda reflectora 422 con un espacio anular entre las mismas. El lecho de aroma 421 se mantiene dentro de la funda interna 423. La envoltura 414 que mantiene el elemento combustible y la cámara de prolongación 412 juntos tiene preferiblemente suficiente porosidad para permitir que el aire sea admitido a través del papel 414 y soportar la combustión de la fuente de calor. El elemento combustible 411 también incluye una cubierta extrema reflectora 415 con uno o más orificios 416 para dejar pasar aire al interior del elemento combustible 411. Los artículos de fumar pueden incluir envolturas de papel dobles, por ejemplo, una envoltura interna y una envoltura externa. Si se desea, se puede usar el papel que tiene un depósito catalítico en forma de modelo sobre el mismo en otras ubicaciones y/o para cualquiera de las capas de papel del cigarrillo mostrado en las Figuras 5 y 6. Además, aunque en las Figuras 5 y 6 se muestre una realización de un cigarrillo con elemento combustible, se puede usar papel que comprende partículas catalíticas en forma de modelo para rodear dicho elemento combustible y/o en lugar de las capas de papel en otras disposiciones de cigarrillos con elemento combustible.
La Figura 7 ilustra un cigarrillo 500 que tiene una barra de tabaco concéntrica 510 que incluye un tubo o vaina interna 515 de envoltura de cigarrillo que tiene un depósito en forma de modelo de partículas de catalizador sobre al menos una parte de una superficie de la envoltura. Como se muestra, el cigarrillo 500 comprende un filtro 505 y una barra de tabaco 510, que están unidos entre sí con papel boquilla 511. La barra de tabaco 510 es un "núcleo concéntrico" o una configuración "coaxial" que se puede producir en una máquina de preparación de barras Hauni Baby disponible de Hauni Machinenbau AG de Hamburgo, Alemania. Una región interna del núcleo 512 está definida por la envoltura interna 515, que está rodeada por material de relleno cortado de tabaco 520. Una envoltura externa 525 del cigarrillo se prolonga a lo largo de la parte externa de la barra de tabaco 510. El filtro 505 puede comprende uno o más tapones de estopa de celulosa y opcionalmente podría incluir un adsorbente tal como carbón. En esta realización, cualquier coloración causada por el depósito de partículas de catalizador sobre el papel en la envoltura interna 515 está oculta a la vista.
La región central del núcleo 512 puede estar hueca y/o puede estar parcial o totalmente llena con relleno cortado de tabaco y es preferiblemente de aproximadamente 2-5 mm de diámetro, más preferiblemente de 2-3 mm de diámetro. En una alternativa, la envoltura interna 515 se puede construir en una disposición estratificada con al menos una de las capas formadas de papel que tiene un depósito en forma de modelo de partículas de catalizador sobre su superficie. Las partículas de catalizador se pueden depositar sobre una superficie interna de la envoltura interna, una superficie externa de la envoltura interna, una superficie interna de la envoltura externa y/o una superficie externa de la envoltura externa.
Haciendo referencia de nuevo a la realización de las Figuras 2(a) y 2(b), la envoltura interna y la envoltura externa son envolturas individuales formadas en procedimientos de preparación de papel separados y posteriormente envueltas alrededor del relleno cortado de tabaco para formar una barra de tabaco de cigarrillo. La envoltura interna, la envoltura externa o ambas envolturas pueden incluir depósitos secos que contienen un catalizador en nanopartículas. En los ejemplos en los que ambas envolturas incluyen un depósito en forma de modelo de partículas catalíticas, las partículas de catalizador específicas y la carga de catalizador sobre cada envoltura puede ser igual o diferente. En algunas realizaciones, la adición de partículas de catalizador puede decolorar la envoltura, por ejemplo, la envoltura no llega a ser blanca o es marrón. Por razones estéticas, se puede colocar alrededor de la envoltura interna una envoltura externa que tiene un color convencional, por ejemplo, blanco. Se puede seleccionar tanto la envoltura interna como la envoltura externa para proporcionar un rendimiento deseado al artículo de fumar con respecto a las propiedades de dicho artículo de fumar, tal como conteo de bocanadas, alquitrán, velocidad de quemado, y apariencia de la ceniza. Por lo tanto, y como se muestra y describe, por ejemplo, con referencia a las Figuras 2(a) y 2(b), las realizaciones preferidas de artículos de fumar y métodos para preparar artículos de fumar pueden incluir una parte de barra de tabaco de un cigarrillo con un depósito en forma de modelo de partículas de catalizador sobre una primera envoltura, comprendiendo además una segunda envoltura más externa, que no tiene ninguna partícula de catalizador depositada sobre la misma.
Un catalizador preferido para usar sobre una envoltura para un artículo de fumar es catalíticamente activo a temperaturas tan bajas como la temperatura ambiente y más preferiblemente no se desactiva incluso a temperaturas tan altas como 900ºC.
Las partículas de catalizador pueden estar impresas a lo largo de toda la longitud axial de la zona de combustión anterior, por ejemplo, no sólo en el extremo del filtro del artículo de fumar, y se pueden activar catalíticamente desde el extremo encendido hasta el filtro durante su uso. La distribución axial del catalizador proporciona suficiente tiempo de contacto entre el humo de la corriente principal y el catalizador para que el CO se transforme a CO_{2} y/o el NO se transforme en N_{2}.
En un ejemplo adicional, las partículas de catalizador pueden comprender un catalizador mixto, por ejemplo, un catalizador que es una combinación de composiciones de catalizadores individuales, cada uno de los cuales opera a un intervalo de temperaturas diferente o a intervalos de temperatura superpuestos. Dicha mezcla de partículas de diferentes catalizadores se puede usar para ampliar el intervalo de temperatura al que se puede producir la conversión de CO a CO_{2} y/o la conversión de NO a N_{2} y para aumentar la eficiencia catalítica del catalizador a medida que el artículo de fumar se quema. Por ejemplo, un catalizador mixto puede transformar CO a CO_{2} y/o NO a N_{2} tanto en la zona de combustión como por detrás de la zona de combustión.
Cuando se usa sobre papel, el catalizador en forma de modelo puede ser selectivo para CO. De este modo, se puede reducir CO en una mayor proporción que la materia en partículas (TPM). De este modo, se reduce la relación de CO:TPM. Se fumó un cigarrillo control en una máquina de fumar comercial y se midió la cantidad de materia en partículas y monóxido de carbono en el humo de la corriente principal. El cigarrillo control comprendía una envoltura convencional. Se midieron también los constituyentes del humo de la corriente principal para un cigarrillo de ensayo que comprende una envoltura que tiene 12,5% en peso de partículas de óxido de hierro en nanoescala impresas en el lado interno de dicha envoltura. La materia en partículas total (TPM) y la cantidad de monóxido de carbono (CO) que emanan del cigarrillo control eran 18,3 mg y 14,7 mg, respectivamente. Las cantidades de TPM y CO para el cigarrillo de ensayo eran 12,9 mg y 7,6 mg, respectivamente, que corresponden a una reducción de TPM y CO de 30% y 48%.
Cualquiera de los materiales del depósito, envolturas, artículos y métodos de fumar descritos en esta memoria pueden incluir aditivos adicionales convencionalmente usados en envolturas para artículos de fumar. Estos aditivos pueden incluir, por ejemplo, aditivos para el control de la apariencia, por ejemplo, color de la envoltura, aditivos para el control de la velocidad de combustión de la envoltura, y/o aditivos que dan lugar a una apariencia deseada de la ceniza y/o cargas de banda continua usadas en el papel del cigarrillo.
Aunque la presente invención se ha descrito junto con ejemplos de sus realizaciones, los expertos en e la técnica apreciarán que se pueden hacer adiciones, supresiones, modificaciones y sustituciones no descritas de forma específica sin salirse del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (43)

  1. \global\parskip0.930000\baselineskip
    1. Un artículo de fumar que comprende: una barra de tabaco que tiene una envoltura formada alrededor de la barra de tabaco, incluyendo la envoltura un depósito en forma de modelo sobre al menos una parte de una superficie de la envoltura, en el que el depósito en forma de modelo comprende partículas de catalizador capaces de catalizar, oxidar y/o reducir la conversión de un componente gaseoso constituyente en el humo de la corriente principal Y/o secundaria del artículo de fumar.
  2. 2. Un artículo de fumar según la reivindicación 1, en el que el tamaño medio de partículas del catalizador es inferior a aproximadamente 5 micrómetros o inferior a aproximadamente 50 nm.
  3. 3. Un artículo de fumar según la reivindicación 1 ó 2, en el que el depósito está libre de aglutinante.
  4. 4. Un artículo de fumar según la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que el catalizador comprende óxido de hierro.
  5. 5. Un artículo de fumar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el catalizador comprende FeOOH, Fe_{3}O_{4}, \alpha-Fe_{2}O_{3}, \gamma-Fe_{2}O_{3}, FeO o sus mezclas.
  6. 6. Un artículo de fumar según cualquier reivindicación precedente, en el que el catalizador comprende partículas de un primer óxido soportado sobre partículas de un segundo compuesto.
  7. 7. Un artículo de fumar según la reivindicación 6, en el que el segundo compuesto comprende carbonato cálcico.
  8. 8. Un artículo de fumar según cualquier reivindicación precedente, en el que el depósito incluye un modelo que tiene una pluralidad de caracteres discretos incluyendo una secuencia alfanumérica, un pictograma o una forma geométrica.
  9. 9. Un artículo de fumar según cualquier reivindicación precedente, en el que el modelo incluye un gradiente de concentración del catalizador entre una primera parte que tiene caracteres con baja concentración y una segunda parte que tiene caracteres con alta concentración.
  10. 10. Un artículo de fumar según cualquier reivindicación precedente, en el que los caracteres del modelo se repiten a lo largo de una dirección axial del artículo de fumar.
  11. 11. Un artículo de fumar según cualquier reivindicación precedente, en el que el catalizador se deposita sobre una superficie externa de la envoltura.
  12. 12. Un artículo de fumar según cualquier reivindicación precedente, en la que el catalizador se deposita sobre una superficie interna de la envoltura.
  13. 13. Un artículo de fumar según cualquier reivindicación precedente, en el que la envoltura tiene una parte linealmente distante y una parte linealmente próxima con respecto al primer extremo del artículo de fumar, y la parte linealmente distante tiene una primera carga del catalizador y la parte linealmente próxima tiene una segunda carga del catalizador.
  14. 14. Un artículo de fumar según la reivindicación 13, en el que la primera carga del catalizador es inferior a la segunda carga de catalizador.
  15. 15. Un artículo de fumar según la reivindicación precedente, en el que la permeabilidad de la envoltura no es inferior a 15 unidades CORESTA.
  16. 16. Un artículo de fumar según cualquier reivindicación precedente, en el que la cobertura del área del catalizador sobre la envoltura es inferior a aproximadamente 90% o inferior a aproximadamente 50% del área superficial total de la envoltura.
  17. 17. Un artículo de fumar según la reivindicación 16, en el que la cobertura del área del catalizador sobre la envoltura es mayor que aproximadamente 1% o mayor que aproximadamente 5% del área superficial total de la envoltura.
  18. 18. Un artículo de fumar según cualquier reivindicación precedente, en el que los caracteres del modelo se repiten de manera que la mayor área de la envoltura sin revestir no exceda un área circular que tiene un diámetro de 1 micrómetro o un diámetro de 10 mm.
  19. 19. Un artículo de fumar según cualquier reivindicación precedente, en el que la cantidad total del catalizador es inferior a aproximadamente 10 mg/artículo de fumar.
  20. 20. Un artículo de fumar según cualquier reivindicación precedente, en el que las partículas se depositan en una cantidad efectiva para reducir la concentración en el humo de la corriente principal y/o secundaria de monóxido de carbono y/o óxido nítrico en al menos 10% o en al menos 25%.
    \global\parskip1.000000\baselineskip
  21. 21. Un artículo de fumar según cualquier reivindicación precedente, en el que el catalizador es hidrógeno unido a la envoltura.
  22. 22. Un artículo de fumar según cualquier reivindicación precedente, en el que la envoltura es una primera envoltura y el artículo de fumar comprende además una segunda envoltura.
  23. 23. Un artículo de fumar según la reivindicación 22, en el que la cantidad total de catalizador en la segunda envoltura es cero.
  24. 24. Un artículo de fumar según la reivindicación 22, en el que una relación, en porcentaje en peso, de catalizador en la segunda envoltura a catalizador en la primera envoltura es inferior a 0,25.
  25. 25. Un artículo de fumar que comprende: una barra de tabaco de cigarrillo que tiene una envoltura, incluyendo la envoltura un depósito de forma de modelo sobre al menos una parte de una superficie de dicha envoltura, en el que el depósito en forma de modelo comprende un catalizador de óxido de hierro en nanopartículas.
  26. 26. Un método para preparar un artículo de fumar, que comprende:
    (i) depositar partículas de catalizador en al menos una parte de una superficie de una envoltura para formar un depósito en forma de modelo de las partículas sobre la envoltura;
    (ii) proporcionar un relleno cortado que comprende tabaco a una máquina para preparar cigarrillos; y
    (iii) colocar la envoltura que incluye el depósito en forma de modelo alrededor del relleno cortado para formar una parte de la barra de tabaco del artículo de fumar.
  27. 27. Un método según la reivindicación 26, en el que las partículas de catalizador se depositan mediante impresión en grabado, impresión en rotograbado, impresión en fotograbado, impresión por serigrafía, impresión flexográfica, impresión en relieve, impresión en entalle, impresión litográfica, pulverización, aplicación con brocha, enrollado o técnicas de prensado por tamaño.
  28. 28. Un método de la reivindicación 28 ó 27, en el que las partículas secas de catalizador se depositan en ausencia de un aglutinante.
  29. 29. Un método según la reivindicación 26, 27 ó 28, en el que las partículas de catalizador seco en una banda continua de base de la envoltura.
  30. 30. Un método según las reivindicaciones 26, 27 ó 28, en el que las partículas de catalizador se depositan dispersando dichas partículas en un líquido para formar una mezcla y depositar dicha mezcla sobre la envoltura.
  31. 31. Un método según la reivindicación 30, que comprende además añadir un pigmento a la mezcla.
  32. 32. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 27 a 31, en el que la envoltura es una primera envoltura y el método comprende además: (i) colocar una segunda envoltura alrededor de la parte de la barra de tabaco.
  33. 33. Una envoltura para un artículo de fumar, comprendiendo dicha envoltura: una banda continua; y un depósito en forma de modelo en al menos una parte de una superficie de la envoltura, en la que el depósito en forma de modelo comprende partículas de catalizador.
  34. 34. Una envoltura según la reivindicación 33, en la que el tamaño medio de partículas del catalizador es inferior a aproximadamente 5 micrómetros o inferior a aproximadamente 50 nm.
  35. 35. Una envoltura según la reivindicación 33 ó 34, en la que el catalizador comprende óxido de hierro.
  36. 36. Una envoltura según la reivindicación 33, 34 ó 35, en el que el catalizador comprende partículas de un primer óxido soportado sobre partículas de un segundo compuesto.
  37. 37. Una envoltura según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 36, en la que el depósito incluye un modelo que tiene una pluralidad de caracteres discretos incluyendo una secuencia alfanumérica, un pictograma o una forma geométrica.
  38. 38. Una envoltura según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 37, en la que el modelo incluye un gradiente de concentración del catalizador entre una primera porción que tiene caracteres de baja concentración y una segunda parte que tiene caracteres de alta concentración.
  39. 39. Una envoltura según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 38, en la que los caracteres del modelo se repiten de manera que el mayor área de la envoltura sin revestir no exceda un área circular que tiene un diámetro de 1 micrómetro o un diámetro de 10 mm.
  40. 40. Una lámina de papel para cigarrillo que comprende una pluralidad de envolturas según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 39.
  41. 41. Un método de fabricar papel de cigarrillos con un depósito de forma de modelo de partículas de catalizador según la reivindicación 40, comprendiendo dicho método:
    (i) formar una hoja de papel de cigarrillos en una máquina para preparar papel
    (ii) depositar partículas de catalizador sobre al menos una parte de una superficie del papel para formar un depósito en forma de modelo de las partículas sobre dicho papel.
  42. 42. Un método según la reivindicación 41, en el que las partículas de catalizador se depositan mediante impresión en grabado, impresión en rotograbado, impresión en fotograbado, impresión por serigrafía, impresión flexográfica, impresión en relieve, impresión en entalle, impresión litográfica, pulverización, aplicación con brocha, enrollado o técnicas de prensado por tamaño.
  43. 43. El uso de una tinta catalítica que comprende partículas de catalizador dispersadas y/o suspendidas en un líquido en la producción de un artículo de fumar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, una envoltura según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 39 o una hoja de papel de cigarrillos según la reivindicación 40.
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