FI70366C - Tobaksprodukt - Google Patents

Description

703 66

Tupakkatuote - Tobaksprodukt

Keksinnön kohteena on tupakkatuote, johon kuuluu päällykseen, erityisesti päällyspaperiin kääritty tupakkamateriaalitanko.

Viime aikoina on kiinnitetty yhä enemmän huomiota savun sivu-virtaukseen, joka lähtee imaisujen välillä palavista tai kytevistä savukkeista. Ratkaiseva tekijä savukkeen sivuvirtaus-muodostuksessa on savukkeen palon nopeus imaisujen välisten palamiskatkojen aikana. Tällöin käyttämällä alhaisia savukkeen palamisnopeuksia antavia papereita voidaan sivuvirtausuodos-tusta vähentää. Siten ammattimiehet tietävät, että savukepa-perin palamisnopeus korreloi sen luontaiseen läpäisevyyteen. Mitä alhaisempi on läpäisevyys, sitä pienempi on yleiesti ottaen palamisnopeus. Tästä syystä vähäisen sivupäästöjen aikaansaamiseksi voidaan turvautua papereihin, joilla on alhainen läpäisevyysarvo.

Nykyisen tavanomaisessa savukkeen valmistuksessa käytetyn savukepaperin alhaisin läpäisevyysarvo on noin 5 Coresta-yksikköä, koska alhaisempien läpäisevyyksien käyttöyritykset ovat johtaneet siihen, että savukkeet eivät pala itsestään lyhyttäkään aikaan. Esillä oleva keksintö perustuu siihen havaintoon, että on mahdollista käyttää huomattavasti alhaisempia läpäisevyysarvoja omaavia päällyspapereita samalla säilyttäen tupakkatuotteiden hyväksyttävät palamista ylläpitävät ominaisuudet, mikäli valitaan sellainen paperi, jossa paperin typen läpi kulkevan hapen diffuusiokertoimen (D0) ja paperin paksuuden suhde täyttää tietyt vaatimukset. Kaasun diffuusiokerroin tai diffuusiokyky binäärisessä kaasuseoksessa määritellään kaasumääränä, joka kulkee aika-yksikköstä pintayksikön tason poikki väkevyysgradientin ollessa yhtenäinen. Kaasut hajaantuvat hitaammin diffuusion tapahtuessa huokoisen kiinteän aineen, kuten paperin kautta verrattuna esteettömään kaasufaasiin. Kaasujen diffuusioker- 70366 roin paperin läpi mitataan menetelmällä, jonka on kuvannut ja julkaissut Drake et ai. julkaisussa International Journal of Heat and Mass Transfer, 1980, osa 23, sivut 127-134.

7 1

Mikäli diffuusiokerroin esitetään yksikkönä cm sek ja paperin paksuus yum:nä, on suhteen DQ/t yksikköinä cm sek-1. Sopivasti diffuusiokerroin määrätään hapen suhteen, mutta se voitaisiin vastaavasti määrätä jonakin muuna kaasuna mittauksen helpottamiseksi.

Paperin ilmanläpäisevyys ilmaistaan Coresta-yksiköissä 3 2 cm :nä sinä ilmamääränä, joka läpäisee yhden cm paperia yhdessä minuutissa 1,0 kilopascalin vakiopaine-erossa.

Ulkoinen savukepaperi muodostuu luonnostaan lukitusta kuituverkosta, joka on tavallisesti kokonaan tai suurimmaksi osaksi se 1luloosakuituja, jotka on sekoitettu esimerkiksi liitua oleviin täyteainehiukkasiin. Tämän kuitu/täyteaine-matriisin aukot ovat noin 1 ^jm levyisiä. Tämä on vähän verrattuna paperin paksuuteen (tavallisesti 20 - 40 yum) ja ilmanvirtausta näiden paperissa olevien aukkojen läpi ohjataan viskoosivoimi11a. Kuitenkin, kun savukepaperi rei'itetään paperinvalmistusprosessin jälkeen esimerkiksi sähköstaattisella tai mekaanisella menetelmällä, rei'itysreiät ovat suhteellisen suuria ja niiden keskihalkaisijät ovat tavallisesti samaa suuruusluokkaa kuin paperin paksuus. Ilmavirtaa näiden reikien läpi ohjataan inertia- tai hitaus-vo imi 11a.

Kokonaisvirtaus rei'itetyn savukepaperin läpi muodostuu siis kahdesta komponentista, nimittäin viskoosisesta virtauksesta paperinvalmistusprosessissa luonnostaan muodostuvan huokoisen paperirakenteen läpi sekä inert ia virtauksesta tehtyjen reikien läpi. Kokonaisvirtaus rei'itetyn paperin läpi voidaan ilmaista seuraavasti: Q = ZAP + Z Ά(Ρ) n 3 70366 jossa 0 on ilmanvirtaus (cm3 min-1), A on virtaavalle ilmalle alttiina oleva paperin ala (cm2), P on paine-ero paperin poikki (kilopascal), Z on paperin läpäisevyys, joka johtuu paperinvalmistus-prosessissa muodostuvien reikien läpi tapahtuvasta viskoosisesta virtauksesta ja joka ilmaistaan Coresta-yksikköinä (cm min-1 kilopascal-1/n), Z' on paperin läpäisevyys, joka johtuu inerttisestä virtauksesta tehtyjen reikien läpi (cm min-1 kilo-pascal-1/n), ja n on vakio tietylle perforaatioreikäsarjalle, jossa 0,5 _< n < 1,0. n:n täsmällinen arvo riippuu paperin perforaatioreikien koosta.

Yllä olevasta yhtälöstä voidaan todeta, että perforoidun savukepaperin "kokonaisläpäisevyys" = (Z + Z'). Z:n ja Z':n keskinäiset arvot jollekin tietylle perforoidulle paperille voidaan saada mittaamalla virtaus paperin läpi painesarjalla paperin poikki regressoimalla numeerisesti Q/P-tiedot yllä olevassa yhtälössä käyttämällä n:n arvoa paperin perforaatio-reikien keskikoon mukaisesti.

Esillä olevan keksinnön avulla saadaan aikaan tupakkatuote, jolle on tunnusomaista, että viskoosivirtauksesta johtuva päällyksen ilmanläpäisevyys on olennaisesti yhtenäinen ja on olennaisesti korkeintaan 3 ja edullisesti korkeintaan 2 Cores-ta-yksikköä alarajan ollessa 0,7 Coresta-yksikköä, ja päällyksen Do/t-arvo on olennaisesti alueella 0,08 - 0,65 cm sek-1.

Päällys on edullisesti vain yksi paperikerros, jonka ilmanläpäisevyys D0/t-arvot vastaavat yllä mainittuja fyysisiä rajoituksia. Edullisesti D0/t-arvo on korkeintaan 0,25 cm sek-1 ja vähintään 0,15 cm sek-1.

Samoin keksinnön mukaisesti tupakkavalmisteen päällysmate- 4 70366 riaalille on tunnusomaista, että sen viskoosivirtauksesta johtuva ilmanläpäisevyys on olennaisesti yhtenäinen ja korkeintaan 3 Coresta-yksikköä alarajan ollessa 0,7 Coresta-yksikköä ja Dg/t-arvo on olennaisesti alueella 0,08 - 0,65 cm sek-1 ja edullisesti ainakin 0,15 cm sek-1.

Mikäli päällyksessä on suuria reikiä ja ilmanvirtausvastus päällisen läpi johtuu siis sekä inertia- että viskoosivoi-mista, kokonaisläpäisevyys saattaa olla enemmän kuin 3 Coresta-yksikköä, mutta viskoosivirtauksesta johtuvan läpäi-sevyyden ei pitäisi ylittää arvoa noin 3 Coresta-yksikköä. Viskoosivirtauksesta johtuva päällyksen ilmanläpäisevyys on edullisesti korkeintaan 2 Coresta-yksikköä ja tavallisesti se on noin 1 Coresta-yksikkö. Viskoosivirtauksesta johtuvan päällyksen läpäisevyyden pitäisi olla yhtenäinen siinä mielessä, että päällyksen valmistamiseksi käytetyn paperin läpäisevyys mitattuna sen jollakin valitulla alueella on sama kuin jollakin muulla alueella mitattu läpäisevyys. Päällyspaperin haluttu viskoosivirtausläpäisevyys muodostuu edullisesti paperin luontaisena, paperinvalmistusprosessista seuraavana ominaisuutena.

Pienin hyväksyttävä D0/t-arvo alueen noi 0,08 - 0,65 cm sek-1 rajoissa riippuu rajoitetussa määrin tupakkatuotteen useista rakennetekijöistä, tupakan laadusta ja muodosta tai tupakka-valmisteen laadusta sekä esimerkiksi tupakkamateriaalin halkaisijasta.

Kokonaishiukkasaineen (TPM) sivumuodostusnopeus, eli TPM-sivupäästö savuketta kohti jaettuna savukkeen polttamiseen käytetyllä ajalla vastaa sitä näkyvää savun sivuvirtausta, jonka havaitaan lähtevän savukkeesta. Tavanomaisilla savuke-papereilla varustetuissa kaupan olevissa savukkeissa sivu-TPM:n muodostusnopeus on suurempi kuin noin 3,0 mg min-1. Esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistettuja savukkeita käytettäessä on mahdollista saavuttaa arvot 2,0 mg min-1 tai 5 70366 vieläkin vähemmän.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti voidaan valmistaa savukkeita, joiden sivu-TPM:n kokonaispäästö on 40 % tai jopa yli 60 % pienempi verrattuna samoilla imaisumäärillä tavanomaisilla savukepapereilla varustettuihin vastaaviin savukkeisiin. Sivuvirtaussavun muiden ainesosien, esimerkiksi hiilimonoksidin ja hiilidioksidin päästöt pienenevät myös keksintöä käyttämällä.

Keksinnön mukaisilla savukkeilla on alhaisempi staattinen palamisnopeus kuin tavanomaisilla savukkeilla. Valitsemalla kuitenkin asiaankuuluvat rakennemuuttujät voidaan kuitenkin saada aikaan helposti savukkeita, jotka pysyvät palavina poltettaessa niitä yksi imaisu minuutissa. Keksinnön mukaisilla savukkeilla on siis savun alhaisen sivuvirtausmuodos-tuksen lisäksi se etu, että ne sammuvat itsestään, kun ne jätetään kytemään pidemmäksi ajaksi.

Päällysmateriaali in voi kuulua kemiallisia lisäaineita tai täyteaineita. Kemiallisia lisäaineita voidaan ottaa mukaan 0,5 - 4 % tarvittavien tuhka- ja/tai palamisominai-suuksien aikaansaamiseksi. Sopivia lisäaineita ovat fosfaatit, esimerkiksi monoammonium- tai dinatriumfosfaatti, nitraatit, esimerkiksi natrium- tai kaliumnitraatti, tartraatit, formaatit, laktaatit ja asetaatit. Sopivia täyteaineita ovat titaanidioksidi, magnesiumoksidi ja kalsiumkarbonaatti.

Keksintöä selvitetään nyt esimerkin muodossa viittaamalla neljään savukemuotoon A, B, C ja D, jotka ovat keksinnön mukaisia ja vertaamalla näitä kolmeen tavanomaiseen savuke-muotoon E, F ja G.

Savukkeiden A - G savukepapereiden yksityiskohdat on selvitetty taulukossa 1.

6 70366 TAULUKKO 1

Savuke Läpäisevyys D t D /t (Coresta- 0 . . 0 yksikköä) (cm sek-1) ' (cm sek-1) A 0,7 0,00032 0,0030 0,11 B 1,0 0,0010 0,0040 0,25 C 1,5 0,0021 0,0035 0,60 D 3,0 0,00070 0,0030 0,23

El ja G 25 0,0070 0,0040 1,75 F 50 0,0125 0,0039 3,21

Kussakin savukkeessa B, C, E ja F oli 59 mm pitkä tupakka-tanko, jonka kehä oli 24,75 mm ja joka oli kiinnitetty 25 mm pitkään se 1luloosa-asetaatti suodattimee n. Tupakkaseos ja suodatinominaisuudet olivat samat jokaisessa savukkeessa. Savukkeet A, D ja G olivat tavallisia, ilman suodatinta olevia savukkeita, joiden tupakkatangon pituus oli 70 mm ja kehä 25 mm. Suodatinsavukkeet poltettiin B mm pitkiksi pätkiksi ja ilman suodatinta olevat savukkeet 23 mm pätkiksi standarditupakointiolosuhteissa, jolloin suoritetaan tilavuudeltaan 35 cm^ ja kestoajaltaan 2 sekunnin mittainen imaisu joka minuutti TPM:n ja nikotiinin päävirtauksen ja sivuvirtauksen määrittelemiseksi. Tulokset on esitetty taulukossa 2.

7 70366 TAULUKKO 2

Savuke Päävirta Sivuvirta Ilmaisu TPM Nikotiini TPM Nikotiini n'0 (mg/sav.) mg/sav.) (mg/sav.) (mg/sav.) A 40,8 2,30 17,6 2,04 15,0 B 26,4 1,56 20,6 2,73 19,1 C 22,2 1,49 21,7 2,60 16,1 D 37,7 2,00 21,2 2,11 12,3 E 16,0 1,31 34,0 4,58 11,7 D 15,3 1,21 31,9 4,30 11,3 G 26,7 1,70 27,6 3,60 9

Kuten taulukosta 2 voidaan todeta, savukkeiden B ja C TPM:n ja nikotiinin sivupäästöt olivat huomattavasti alhaisemmat kuin tavanomaisten savukkeiden E ja F vastaavat päästöt. Lisäksi savukkeet B ja C poltettiin huomattavasti suuremmilla imaisumääri1lä kuin savukkeet E ja F ja silti ne säilyttivät hyväksyttävä palamisen ylläpito-ominaisuudet. Samoin savukkeilla A ja D oli suuremmat imaisumäärät kuin ilman suodatinta olevilla vertailusavukkeil la G.

Taulukko 3 esittää ilman suodatinta olevien savukkeiden A ja D savun sivuvirtauspäästöjen prosentuaaliset vähentymiset verrattuna tavanomaisilla savuke papere illa varustettuihin vertailusavukkeis iin, jolloin imaisumäärät olivat samat sekä koe- että vertailusavukkeilla.

TAULUKKO 3

Savuke TPM Mikotiini PMWNF CO CO

A 62 66 61 57 40 D 44 57 41 41 32 2 8 70366 PMWNF on lyhennys ilmaisusta "vedetön ja nikotiiniton hiukkas-aine".

Savukkeiden A ja D TPM:n sivumuodostusnopeudet määriteltiin ja niiden todettiin olevan 1,3 ja 1,9 mg min-i vastaavassa järjestyksessä.

Taulukon 2 yhteydessä todettua lisättyä imaisumääräilmiötä voidaan käyttää savukekohtaisten päästöjen vähentämiseksi vähentämällä kussakin tupakkatangossa olevaa tupakkamäärää ja samalla tupakoitsija saa suunnilleen saman imaisumäärän kuin tavanomaisilla savukkeilla. Jos siis savukkeen C palamis-pituus pienennetään 51 mm:stä 30 mm:iin, eli tupakkatangon kokonaispituus lyhennetään 59 mm:stä 38 mm:iin, imaisumäärä vähenee 19,1 - 11,3, eli tavanomaisen savukkeen F imaisumää-räarvoon. Tästä olisi seurauksena vähentyneet sivupäästöt, jotka olisivat 12,1 mg TPM ja 1,6 mg nikotiinia. Samalla tavoin savukkeen C imaisumäärä voitaisiin vähentää 16,1 - 11,3 lyhentämällä palamispituutta 51 - 36 mm, jolloin sivupäästöt vähenesivät siten, että TPM oli 15,3 mg ja nikotiini 1,84 mg. Molemmille palamispituude ltaan lyhennetylle savukkelle B ja C olisivat TMP:n päävirtauspäästöt suunnilleen samat kuin savukkeen F. On selvää, että keksintöä voidaan käyttökelpoisesti soveltaa pituudeltaan 25 - 55 mm oleviin tupakka tankoih in.

Tässä yhteydessä voidaan todeta, että keksinnön mukaisen päällyksen käyttö antaa tupakkavalmisteiden, erityisesti savukkeiden valmistajalle arvokkaan keinon ohjata sivupäästöjä absoluuttisesti tai suhteellisesti ja/tai päävirtauspäästöjen yhteydessä sellaisten tupakkavalmisteiden valmistamiseksi, joilla on tupakointiominaisuusyhdistelmät, joita tähän mennessä ei ole aikaansaatu tai ei ole aikaansaatu helposti, jolloin nämä ominaisuudet aikaansaadaan suhteellisen yksinkertaisesti poikkeamatta olennaisesti nykyisistä valmistusmenetelmistä tai aiheuttamatta haittapuolia, kuten huonot palamisen ylläpito-ominaisuudet.

Claims (7)

9 70366

1. Tupakkatuote, johon kuuluu päällykseen, erityisesti päällyspaperiin kääritty tupakkamateriaalitanko, tunnettu siitä, että viskoosivirtauksesta johtuva päällyksen ilmanläpäisevyys on olennaisesti yhtenäinen ja on olennaisesti korkeintaan 3 ja edullisesti korkeintaan 2 Coresta-yksikköä alarajan ollessa 0,7 Coresta-yksikköä, ja päällyksen Dg/t-arvo on olennaisesti alueella 0,08 - 0,65 cm sek-1.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tupakkatuote, tunnettu siitä, että päällyksen Dg/t-arvo on vähintään 0,15 cm sek-*,

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tupakkatuote, tunnettu siitä, että päällyksen Dg/t-arvo on korkeintaan 0,25 cm sek-1.

4. Patenttivaatimuksen 1-3 mukainen tupakkatuote, tunnettu siitä, että poltettaessa TPM:n sivumuodostusnopeus on korkeintaan noin 2 mg min-1.

5. Patenttivaatimuksen 1-4 mukainen tupakkatuote, tunnettu siitä, että sitä poltettaessa saavutetaan ainakin 40 % TPM:n sivupäästön väheneminen verrattuna samojen imaisumäärien pohjalta tupakkatuotteeseen, jossa on tavanomainen savukepaperipäällys.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen tupakkatuote, tunnettu siitä, että TPM:n sivupäästön väheneminen on ainakin 60 % tai enemmän. 10 70366

7. Päällysmateriaali patenttivaatimuksen 1 mukaisen tupakkatuotteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että sen viskoosivirtauksesta johtuva ilmanläpäisevyys on olennaisesti yhtenäinen ja korkeintaan 3 Coresta-yksikköä alarajan ollessa 0,7 Coresta-yksikköä ja Dg/t-arvo on olennaisesti alueella 0,08 - 0,65 cm sek-1 ja edullisesti ainakin 0,15 cm sek“l.