FR2550422A1

FR2550422A1 - Enveloppe pour article a fumer a extinction automatique et article tel que cigarette fabrique avec cette enveloppe

Info

Publication number: FR2550422A1
Application number: FR8412531A
Authority: FR
Inventors: Donald F Durocher
Original assignee: Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Corp
Priority date: 1983-08-08
Filing date: 1984-08-08
Publication date: 1985-02-15
Anticipated expiration: 2004-08-08
Also published as: BR8403950A; JPS6071798A; GB8419827D0; AU3147884A; FI72774B; DE3429260A1; FI72774C; CA1222675A; DE3429260C2; MX160969A; FR2550422B1; GB2145919A; FI843129A; EP0139934A1; FI843129A0; EP0139934B1; AU584307B2; GB2145919B; JP2544717B2; US4615345A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE ENVELOPPE POUR ARTICLE A FUMER 10, LA STRUCTURE DE CETTE ENVELOPPE COMPORTANT UNE PARTIE DE BASE CELLULOSIQUE 14 NORMALEMENT INCOMBUSTIBLE EN VUE DE L'EXTINCTION AUTOMATIQUE DE L'ARTICLE SI ON LE LAISSE BRULER LIBREMENT. SELON L'INVENTION, LA PARTIE DE BASE 14 PRESENTE UNE SERIE DE ZONES 18 TRAITEES AVEC UN AGENT ACTIVANT LA COMBUSTION ET DES ZONES INTERMEDIAIRES NON TRAITEES 16. L'INVENTION EST APPLICABLE NOTAMMENT AUX CIGARETTES.

Description

"Enveloppe pour article à fumer a extinction automatique et article tel

que cigarette fabriqué avec cette enveloppe" La présente invention a pour objet des enveloppes pour articles à fumer tels que des cigarettes, et plus par5 ticulièrement des enveloppes qui réduisent la tendance des cigarettes à provoquer l'inflammation des surfaces venant en contact avec elles lorsqu'elles sont allumées Des rapports ont été établis en ce qui concerne les incendies attribués à des cigarettes en combustion venant en contact avec des maté10 riaux combustibles De tels rapports ont éveillé un intérêt pour les recherches ayant pour objet de réduire la tendance des cigarettes à enflammer par contact les surfaces et les matières rencontrées dans l'ameublement, la literie et les domaines similaires Une caractéristique évidememnt souhai15 table des cigarettes à cet égard serait qu'elles s'éteignent d'elles-mêmes si on les laisse sans surveillance pendant un certain temps dans un cendrier ou à l'air libre Etant donné qu'il est reconnu par les spécialistes que la structure de l'enveloppe de la cigarette a une grande influence sur le com20 portement de cette cigarette lorsqu'elle brule sans surveillance, une modification de l'enveloppe en vue d'obtenir les

résultats désirés serait très avantageuse Il serait en particulier très avantageux que la structure de l'enveloppe permette d'obtenir ces résultats sans qu'elle ait des effets sé25 rieusement nuisibles sur les propriétés et les caractéristiques des cigarettes losqu'on les fume La présente invention se rapporte à de telles structures d'enveloppes et à des articles à fumer perfectionnés utilisant ces structures.

La réduction de la tendance des cigarettes à en30 flammer les tapisseries d'ameublement, la literie et les éléments similaires constitue un sujet qui a reçu une grande attention. Des efforts considérables ont été faits pour modifier les papiers à cigarettes dans le but de réduire les risques d'incendie A cet égard, on a mis au point des enveloppes incombustibles, par exemple les enveloppes décrites dans le

brevet des E U A n 2 998 012 (Lamm) en date du 29 Août 1961.

On a aussi conçu des enveloppes présentant des anneaux ou zones incombustibles, comme cela est décrit, par exemple, dans le brevet des E U A n 4 044 778 (Cohn) en date du 30 Août 1977.

Il est également connu, par exemple d'après le brevet des E U A n 4 231 377 (Cline), de traiter des enveloppes classiques avec des adjuvants chimiques tels que des citrates de métaux alcalins pour commander les propriétés de combus10 tion.

Il est en outre connu, comme décrit dans la demande de brevet aux E U A n 334 120 du 24 Décembre 1981, que l'addition au papier à cigarette de quantités exceptionnelles d'additifs favorisant la combustion entraîne une émission ré15 duite de fumées d'écoulement latéral Cependant, les cigarettes

réalisées avec de tels papiers n'ont pas normalement de propriétés d'extinction automatique.

De plus, on a envisagé des enveloppes ayant des structures de papier permettant d'obtenir des cigarettes s'étei20 gnant d'elles-mêmes lorsqu'elles viennent en contact avec un

grand nombre de surfaces combustibles habituellement rencontrées.

Cependant ces cigarettes brûlent librement de façon continue dans l'air et ne s'éteignent pas d'elles-mêmes lorsqu'elles

brûlent librement.

En résumé, il demeure souhaitable de créer des structures d'enveloppes pour des cigarettes et des articles similaires, ces structures permettant d'obtenir des cigarettes s'éteignant assurément d'elles-mêmes dans l'air après qu'elles aient brûlé pendant une période de temps déterminée et commandée. 30 Il est en outre souhaitable de réaliser de telles structures d'enveloppes qui conduisent à ce résultat sans effets nuisibles

notables sur les propriétés désirées pour les cigarettes lorsqu'on les fume.

La présente invention a pour objet des structures 35 d'enveloppes pour articles à fumer tels que cigarettes, ces struc-

tures communiquant de manière certaine à ces cigarettes, des

propriétés commandées d'extinction automatiques, même lorsqu'elles brûlent dans l'air.

A cet effet, l'invention concerne une enveloppe 5 pour article à fumer, dont la structure comporte une partie de base en feuille contenant des fibres de cellulose, cette partie de base étant incombustible lorsqu'on fume dans des conditions normales, caractérisée en ce que la partie de base présente une série de zones traitées avec un agent activant la combustion, dans une proportion suffisante pour qu'en cours d'usage la structure de l'enveloppe maintienne la combustion de l'article à fumer dans ces zones traitées, mais que cette structure provoque l'autoextinction de l'article à fumer en dehors de ces zones si

on n'en tire pas de bouffées.

De tels articles à fumer ont essentiellement une propension réduite à allumer des surfaces ou des articles avec lesquels ils viennent en contact, par exemple lorsqu'on les

fait tomber accidentellement ou d'une façon similaire.

Les articles à fumer munis d'enveloppes conformes 20 à la présente invention permettent d'obtenir de tels avantages sans augmentation notable de la fumée produite, ce qui satisfait le souhait des fumeurs en ce qui concerne la diminution de la production de goudrons Conformément à l'invention, les enveloppes et les articles à fumer peuvent être blancs, opaques, avoir 25 un aspect attrayant, être traités dans de bonnes conditions dans les machines de fabrication de cigarettes à vitesse élevée, ne pas nécessiter de produits nouveaux ou non éprouvés et ne pas nécessiter de modifications coûteuses du procédé de fabrication

ou de la composition de la structure de l'enveloppe.

Suivant des modes de réalisation préférentiels de l'invention, les enveloppes ont une structure définie par un "indice de mode de combestion" qui est défini plus loin et

qui constitue une mesure directe de l'aptitude du papier à cigarette à entretenir la combustion continue d'une cigarette placée 35 dans l'air.

Dans la suite, cet indice de mode de combustion sera appelé indice BMI De façon plus précise, pour un premier mode de

réalisation à enveloppe en feuille monocouche que nous désignerons dans la suite de l'exposé par le terme "enveloppe simple", 5 l'enveloppe a un indice BMI compris entre 1,5 cm-1 et 6,0 cm-1.

Suivant une variante de réalisation, on utilise une configuration à enveloppe en feuille composite (enveloppe double) dans laquelle une feuille d'enveloppe intérieure est en papier ayant un indice BMI compris dans là gamme allant de 10 0,1 cm -1 à 4,0 cm 1, et une feuille d'enveloppe extérieure est par exemple en papier à cigarette classique Ainsi, dans la construction à enveloppe double, l'indice BMI de l'enveloppe intérieure peut être considérablement réduit, tout en obtenant

les avantages de l'invention.

Conformément aux modes de réalisation préférentiels de l'invention, la structure de l'enveloppe est traitée dans une série de zones choisies avec des proportions élevées d'agent activant la combustion à base de métal alcalin, tels que les sels de métaux alcalins des acides carboxyliques Dans 20 le cas des cigarettes à enveloppe double, on peut traiter comme ci-dessus soit l'enveloppe intérieure, soit l'enveloppe extérieure Cependant les résultats effectifs obtenus avec les cigarettes à enveloppe double sont meilleurs quand on traite

l'enveloppe extérieure et non l'enveloppe intérieure Ce mode 25 de réalisation est donc préférable.

Quand elle est traitée de cette façon, la cigarette obtenue brûle normalement dans l'air jusqu'à ce que la zone traitée soit consumée, la cigarette s'éteignant ensuite d'elle-même de façon certaine si on n'en tire pas des bouffées. 30 Ainsi, on peut avoir des quantités normales ou seulement légèrement élevées de fumées et de goudrons ainsi que des nombres de bouffées normaux, tout en obtenant cependant les propriétés

d'extinction automatique désirées.

Des modes de réalisation préférentiels des confi35 gurations d'enveloppes suivant la présente invention comportent

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une feuille contenant du lin ou d'autres fibres cellulosiques et des zones traitées avec une proportion élevée d'un agent activant la combustion a base de métal alcalin, par exemple des

sels de sodium de l'acide carboxylique et, plus particulièrement, 5 des sels de potassium Il est souhaitable que de telles enveloppes comportent des charges minérales pour assurer l'opacité.

D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description ciaprès et des dessins annexés, dans

lesquels: la Fig 1 représente un dispositif pour la détermination de l'indice de mode de combustion; la Fig 2 représente sous forme de graphique la diminution des proportions de sels de métal alcalin (tel que le citrate de potassium) nécessaires pour obtenir la continuité de 15 la combustion, en fonction d'un indice BMI croissant; la Fig 3 est un graphique similaire à celui de la Fig 2, mais ne concernant que les réalisations à enveloppe double; la Fig 4 représente sous forme de graphique la variation de la vitesse de combustion libre (en ordonnées) des zones 20 traitées des enveloppes des cigarettes suivant l'invention en fonction de la teneur en citrate de potassium (en abscisses) constituant l'agent activant la combustion; la Fig 5 représente une cigarette fabriquée suivant la réalisation de l'invention à enveloppe simple, cette vue mon25 trant les zones traitées et les zones non traitées; la Fig 6 est une vue similaire à la-Fig 5 montrant une réalisation à enveloppe double conforme à l'invention;

les Fig 7 A à 7 C montrent les caractéristiques de combustion de cigarettes conformes à la présente invention.

Dans la description qui suit, on a utilisé certains

essais qui vont être décrits.

L'essai BMI est basé sur la découverte que la résistance de l'enveloppe au passage d'un courant électrique, quand cette enveloppe est immergée dans un solution d'électrolyte non aqueuse et placée entre deux électrodes, est en très bonne corrélation avec l'aptitude de l'enveloppe à favoriser la combustion d'une cigarette Le rapport de la résistivité intrinsèque de la solution d'électrolyte (Ohms cm) au produit de la résistance électrique du papier (Ohms) par la surface du papier en contact avec les deux électrodes (cm 2) est par définition 1 ' "in5 dice de mode de combustion" (indice BMI) Cet indice constitue une mesure directe de l'aptitude de l'enveloppe à favoriser la combustion d'une cigarette Cette résistance électrique a été mesurée en tant que résistance en série avec un pont à impedance, modèle 1 658 fabriqué par la société Gen Rad Corporation, 10 utilisant une tension alternative à une fréquence de I k Hz appliquée entre les électrodes La cellule d'essai est représentée sur la Fig 1 Comme représenté sur cette figure, un récipient en verre 50 contient un électrolyte 52, par exemple une solution à concentration demi-molaire de chlorure de tétraëthano15 lammonium dans le butyrolactone Une électrode inférieure 54 a un diamètre de 7,6 cm environ, par exemple Elle porte un

échantillon de papier 56 sur lequel est placée une électrode supérieure 57 ayant un diamètre de 1,4 cm environ, par exemple.

L'électrode supérieure 57 est entourée par un support non con20 ducteur 59, par exemple en polytétrafluoéthylène connu sous la marque "Téflon" Les électrodes sont reliées par un fil conducteur électrique 58 passant par un pont à impédance 60 et une

source de courant alternatif 61 ayant une fréquence de 1 k Hz.

Les électrodes peuvent être constituées, par exemple, par des cylindres en laiton doré L'indice BMI est déterminé en divisant la résistivité intrinsèque de la solution par le produit de la résistance mesurée et de la surface du papier en contact avec les deux électrodes (dans l'exemple décrit, cette surface est

égale à 1,6 cm 2).

Le nombre de bouffées a été déterminé en accord avec les méthodes d'essai des cigarettes suivant les normes connues sou le nom de normes FTC (Comission du Commerce Fédérale des Etats Unis d'Amérique) Les résultats de l'essai concernant l'oxyde de carbone ont été obtenus par analyse chromato35 graphique gazeuse de la phase gazeuse des fumées recueillie en

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tant qu'échantillon pendant une bouffée.

La fabrication du papier pour l'enveloppement des cigarettes est évidemment bien connue La pratique classique fait appel à la fabrication traditionnelle par formation à l'é5 tat humide comprenant les étapes de dispersion des fibres, de dilution, de dépôt sur une toile poreuse, d'extraction de l'eau, de compression et de séchage Les fibres composantes du papier à cigarette sont de préférence en lin, mais on peut aussi utiliser d'autres fibres cellulosiques au lieu de fibres de lin ou en combinaison avec elles Des charges minérales telles que du carbonate de calcium précipité, du calcaire broyé, de la kaolinite calcinée, de l'oxyde de titane, de la diatomite, du silico-aluminate de sodium, de la silice amorphe, du silicate de calcium et d'autres charges peuvent être ajoutées dans le but d'ob15 tenir l'aspect et l'opacité désirés, par exemple Comme le verront les spécialistes de la fabrication du papier, des matières minérales avec des répartitions différentes des dimensions des particules, des formes différentes et des masses spécifiques différentes peuvent nécessiter une modification de la teneur en fi20 bres ou du traitement tel que le raffinage ou le pilonnage pour

obtenir les propriétés voulues du papier.

Cependant, conformément à l'invention, il est nécessaire que la structure de base de l'enveloppe dans le mode de réalisation à enveloppe simple et de l'enveloppe intérieure dans le mode de réalisation à enveloppe double soient contrôlées dans des limites soigneusement définies pour que les cigarettes utilisant cette structure ne br lent pas librement de façon continue dans un mode de combustion libre standard (défini par la

cessation des bouffées pendant cinq minutes) sans l'aide d'agents 30 ajoutés activant la combustion.

Dans le mode de réalisation à enveloppe simple, les enveloppes suivant l'invention ont de préférence un indice BMI

compris dans la gamme allant de 1,5 cm 1 environ à 6,0 cm-1 environ et, de façon tout à fait préférentielle, l'indice BMI est 35 compris dans la gamme allant de 1,5 cm 1 environ à 3,5 cm 1 en35 compris dans la gamme allant de 1,5 cm-1 environ à 3,5 cm en-

viron A titre de comparaison, les valeurs d'essai BMI obtenus sur des enveloppes classiques sont supérieures à 10 cm 1 et

dépassent habituellement 15 cm 1.

Dans la réalisation à enveloppe double, l'envelop5 pe intérieure a de préférence un indice BMI compris dans la gamme allant de 0,1 cm-1 environ à 4,0 cm-1 environ et, de façon tout à fait préférentielle, dans la gamme allant de 0,1 cm 1 à 2,0 cm-1 environ La valeur de l'indice BMI de l'enveloppe extérieure dépend dans une certaine mesure de l'indice BMI de 10 l'enveloppe intérieure et elle est, de préférence, comprise dans la gamme allant de 6 cm'1 environ à 25 cm 1 environ; elle peut descendre à 2 cm-1 et monter jusqu'à 40 cm 1 ' Cependant, conformément à l'invenyion, il est nécessaire que l'enveloppe qui, normalement, n'entretient pas la 15 combustion libre dans la réalisation à enveloppe simple, ou l'enveloppe extérieure dans la réalisation à enveloppe double, soit traitée dans une série de zones ou de régions avec un produit activant la combustion Il s'agit de préférence d'un sel d'un métal alcalin de l'acide citrique Mais on peut utiliser 20 d'autres sels de métaux alcalins tels que les sels de l'acide carbonique, de l'acide formique, de l'acide acétique, de l'acide propionique, de l'acide oxalique, de l'acide malonique, de l'acide succinique, de l'acide glutarique, de l'acide malique, de l'acide lactique, de l'acide glycolique, de l'acide tartri25 que et de l'acide nitrique On peut aussi utiliser des mélanges de ces sels ou des quantités équivalentes du point de vue stoechiometrique d'autres sels d'un acide carboxylique et de métaux alcalins Avec des structures d'enveloppes ayant des valeurs d'indice BMI supérieures à 3,5 cm environ, on peut utiliser soit des sels de sodium, soit des sels de potassium Quand l'indice BMI est inférieur à 3,5 cm 1 environ, il est préférable d'utiliser des sels de potassium car ils activent la combustion

libre de façon plus efficace dans de tels cas.

L'aptitude des structures d'enveloppe suivant 35 l'invention à favoriser une combustion active de la cigarette

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dans les zones traitées tout en s'éteignant cependant rapidement d'ellemême dans la zone de papier de base est portée à son maximum quand l'indice BMI est suffisamment faible, c'està-dire dans les gammes préférentielles définies précédemment, pour nécessiter des proportions élevées d'agent activant la combustion en vue d'obtenir la vitesse de combustion libre désirée La proportion d'agent activant la combustion doit être suffisamment grande pour permettre à une cigarette utilisant une telle enveloppe de brûler librement de façon continue 10 dans les zones traitées La proportion maximale d'agent activant la combustion est, dans le cas du citrate de potassium anhydre, de 150 mg environ par gramme de papier de base très sec dans la structure d'enveloppe En effet, au- delà de cette valeur, l'agent activant la combustion commence à agir 15 comme un agent retardateur de combustion On peut remplacer le citrate de potassium par des quantités équivalentes du point

de vue stoechiométrique d'autres sels de métaux alcalins.

La surface d'enveloppe comprise dans les zones traitées dépend de la période de combustion libre désirée Ce20 pendant, chaque article à fumer doit comporter au moins deux zones traitées et chaque surface non traitée constitue, de préférence, une bande dont la largeur est comprise entre 2 et mm environ et, de préférence, entre 4 et 10 mm environ pour

obtenir une sécurité maximale d'extinction automatique.

Il est souhaitable, mais non indispensable, que le papier de base contienne de faibles quantités d'un conditionneur de cendres tels que le citrate de potassium Cependant, la quantité de conditionneur de cendres doit être inférieure à celle qui permet aux enveloppes de favoriser la combustion d'une ciga30 rette; cette quantité est normalement égale ou inférieure à milligrammes de citrate de potassium ou d'un produit équivalent De telles quantités réduisent en conséquence les quantités supplémentaires requises d'agent activant la combustion. Les cigarettes utilisant les enveloppes ci-dessus, 35 que ce soit dans la réalisation à enveloppe simple ou dans la

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réalisation à enveloppe double, présentent la vitesse et la continuité voulues de combustion libre dans l'air dans les zones traitées Elles s'éteignent cependant d'elles-mêmes rapidement et de façon sure en dehors des zones traitées Cette combinaison originale de propriétés prouve les résultats hautement améliorés et inattendus que l'on obtient avec l'invention. Au contraire, les cigarettes "à bandes" antérieurement connues comportant des zones traitées avec des produits chimiques destinés à rendre la rendre la cigarette incombustible n'ont pas réussi à réaliser effectivement l'équilibre voulu entre ces propriétés Les avantages procurés par l'invention comprennent aussi la réduction voulue des quantités de goudron produites, et des nombres de bouffées normaux avec cependant une réduction de la probabilité d'inflammation des supports combustibles par des cigarettes, en particulier par comparaison avec les solutions

antérieurement connues avec traitement de l'enveloppe normalement combustible dans des zones de traitement arrêtant la combustion.

Ainsi, l'enveloppe et l'article à fumer conformes 20 à la présente invention, comportant une structure de base qui n'entretient pas normalement la combustion et qui est traitée dans des zones voulues avec des agents activant la combustion permet le maximum de souplesse et la commande des caractéristiques de combustion d'une cigarette Il n'y a pas d'augmentation 25 notable de la quantité de fumée produite, ni du nombre de bouffées La structure de l'enveloppe favorise la combustion normale de la cigarette à l'air libre et dans les cendriers à l'intérieur des zones traitées et une extinction automatique sûre dans les zones non traitées Les zones traitèes comprennent plur30 sieurs emplacements sur la-longueur de la cigarette De préférence, on utilise des plages rectilignes pour l'ensemble des

zones car ce modèle conduit aux résultats les plus sûrs.

Cinq exemples de réalisation de l'invention sont décrits dans

la suite.

Exemple 1 (réalisation à enveloppe simple) l 2550422 On a fabriqué une matière d'enveloppes de cigarettes sur une machine à papier Fourdrinier de type standard utilisant des techniques classiques de raffinage et de formation connues pour la fabrication de papiers légers La matière première utilisée était de la pâte de lin type Kraft cuite et blanchie On a ajouté 14 % de charge constituée par du bioxyde de titane sous forme d'anatase (tel que celui commercialisé sous le nom d'Unitane 0 110 de la Société American Cyanamid) Le papier avait les caractéristiques suivantes: opacité Tappi: 68 %, résistance 10 à la traction: 3 800 g/29 mm; perméabilité: 4 cm/mm à 1 centibar (mesurée par la méthode connu dans la technique sous le nom de méthode CORESTA), poids de base de 21 g/m 2 et indice BMI de 2,5 cm 1 Une faible quantité de citrate de potassium, égale à 5 mg de citrate de potassium anhydre par gramme de papier de 15 base séché à fond, a été ajoutée au papier pour servir de conditionneur de cendres dans les zones non traitées Ensuite, le papier a été traité par zones avec du citrate de potassium, dans une proportion de 90 mg de citrate de potassium anhydre par gramme de papier de base séché à fond Ces zones constituaient 20 un modèle répétitif comprenant des zones en bandes de 13 mm de longueur avec une teneur élevée en produit chimique et des zones

de 5 mm de longueur en papier de base.

En utilisant des techniques conventionnelles de fabrication de cigarettes, on a fabriqué des cigarettes de di25 mensions normales sans filtre ( 25 mm de circonférence, 70 mm de long) avec cette enveloppe et avec un mélange de tabac standard ayant une densité en colonne de 13,2 mg/mm Ces cigarettes ont été allumées et on les a laissé brûler librement en position suspendue dans l'air Toutes ont brûlé de façon continue dans la zone à teneur élevée en produit chimique, mais se sont éteintes d'ellesmêmes lorsqu'on a atteint la première zone en papier

de base.

Exemple 2 (réalisation à enveloppe simple) Un papier de base a été fabriqué comme dans l'exemple 1 en uti35 lisant une pâte à papier type kraft blanchie d'origine standard

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du nord-est des E U A Au lieu du Ti O 2 de l'exemple 1, on a utilisé, dans une proportion de 25 %, une charge en carbonate de calcium précipité sous forme de calcite avec une dimension moyenne des particule 0,75 micron, constituée par des prismes de forme cylindrique se terminant par des rhomboèdres, commercialisée sous le nom de Albaglos (obtenue chez Pfizer, Inc, Département minéraux, Pigments et métaux) Ce papier avait les propriétés suivantes: opacité Tappi: 77 %, résistance à la traction 5 200 g/29 mm, perméabilité: 1,5 cm/mn (mesurée par la méthode CORESTA); poids de base de 33 g/m 2 et indice BMI de 3,5 cm 1 Une faible quantité de citrate de potassium, égale à 5 mg de citrate de potassium anhydre par gramme de papier très sec, a été ajoutée au papier pour servir de conditionneur de cendres dans les zones non traitées Ensuite, le papier a 15 été traité par zones avec du citrate de potassium, dans une

proportion de 50 mg de citrate de potassium anhydre par gramme de papier séché à fond Ces zones constituaient une configuration répétitive comprenant des zones en bandes de 13 mm de longueur avec une teneur élevée en produit chimique et des zones 20 de 5 mm de longueur en papier de base.

En utilisant des techniques conventionnelles de fabrication de cigarettes, on a fabriqué des cigarettes de dimensions normales sans filtre ( 25 mm de circonférence, 70 mm de long) avec cette enveloppe et avec un mélange de tabac stan25 dard ayant une densité en colonne de 13,2 mg/mm Ces cigarettes ont été allumées et on les a laissé brûler librement en position suspendue dans l'air Toutes ont été brûlé de façon continue

dans la zone à teneur élevée en produit chimique, mais se sont éteintes d'elles-mêmes lorsqu'on a atteint la première zone en 30 papier de base.

Exemple 3 (réalisation à enveloppe simple) Un troisième exemple de réalisation de la matière d'enveloppe de cigarette suivant la présente invention a été fabriqué comme dans l'exemple 1 en utilisant de la pâte à papier type kraft à base 35 de lin, cuite et comprenant 12 % en poids du Ti O 2 de l'exemple 1

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ainsi que 2 % en poids de la charge en carbonate de calcium de l'exemple 2 Ce papier avait les caractéristiques suivantes: opacité Tappi 73 %, résistance à la traction: 4 600 g/29 mm, perméabilité: 2 cm/mn (mesurée par la méthode CORESTA), poids de base de 24 g/m 2 et indice BMI de 3,5 cm-1 Une faible quantité de citrate de potassium, égale à 5 mg de citrate de potassium anhydre par gramme de papier de base séché à fond, a été ajoutée au papier pour servir de conditionneur de cendres dans les zones non traitées Ensuite, le papier a été traité par zones avec du citrate de potassium, dans une proportion de 60 mg de citrate de potassium anhydre par gramme de papier de base séché à fond Ces zones constituaient une configuration répétitive comprenant des zones en bandes de 13 mm de longueur avec

une teneur élevée en produit chimique et des zones de 5 mm de 15 longueur en papier de base.

En utilisant des techniques conventionnelles de fabrication de cigarettes, on a fabriqué des cigarettes de dimensions normales sans filtre ( 25 mm de circonférence, 70 mm de long) avec cette enveloppe et avec un mélange de tabac standard 20 ayant une densité en colonne de 13,2 mg/mm Ces cigarettes ont été allumées et on les a laissé brûler librement en position suspendue dans l'air Toutes ont brûlé de façon continue dans

la zone à teneur élevée en produit chimique, mais se sont éteintes d'elles-mêmes lorsqu'on a atteint la première zone de papier 25 de base.

Exemple 4 (réalisation à enveloppe simple) Pour illustrer l'utilisation pour l'enveloppe suivant la présente invention de variantes de feuilles de base, on a choisi la feuille de base de l'exemple 3 en vue d'un traitement ultérieur 30 pour abaisser son indice BMI L'indice BMI de la feuille non traitée était de 3,5 cm-1 Cette feuille a été traitée par revê

tement au rouleau pour obtenir une augmentation de 1 % en poids due à de I'amidon hydroxy-éthyle (commercialisé sous le nom de "Ethylex 2 005 " provenant de la société A E Staley Manufactu35 ring Company) Le papier obtenu avait un indice BMI de 2,5 cm-1.

Les cigarettes fabriquées avec des enveloppes en cette matière et traitées, de façcn sim/ilaire à l'exemple 1, avec des zones à

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teneurs élevées en citrate de potassium, avaient des propriétés

similaires à celles indiquées dans l'exemple 1.

Ainsi, les matières d'enveloppes classiques ayant des valeurs d'indices BMI normalement élevées peuvent être re5 vêtues ou saturées avec desmatières appropriées solubles dans l'eau et formant des films pour réduire l'indice BMI à une valeur permettant l'utilisation comme papier de base conformément à la présente invention Des exemples de matières appropriées pour le revêtement ou l'imprégnation sont fournis par les éthers 10 cellulosiques tels que la méthylcellulose, l'éthylcellulose et la carboxyméthylcellulose, l'amidon ou les amidons modifiés chimiquement tels que l'amidon hydroxyéthyle ou l'amidon acétylé, la gomme arabique et d'autres gommes végétales, la dextrine et les protéines telles que la gélatine ou les protéines 15 végétales raffinées Les applications peuvent être affectuées

sur la machine à papier, par exemple sur la presse de la colle.

Elles peuvent aussi avoir lieu sur le papier formé, au cours d'une opération distincte, par exemple par des techniques de

revêtement ou de saturation Lorsque le produit contenant à la 20 fois la matière de cachetage et l'additif à base de métal alcalin est instable, on peut utiliser des étapes de traitement distinctes dans un ordre quelconque.

Exemple 5 (réalisation à enveloppe double) Pour illustrer le mode de réalisation de l'invention à enveloppe 25 double, on a fabriqué des cigarettes en utilisant, d'une part une enveloppe intérieure ayant un indice BMI de 1,0 cm 1 et ne contenant pas de sel de métal alcalin ainsi que, d'autre part, un papier à cigarettes du commerce traité par zones avec des teneurs élevées en citrate de potassium et servant d'enveloppe 30 extérieure L'enveloppe intérieure a été fabriquée de la même façon que le papier de l'exemple 1 Les propriétés physiques

de l'enveloppe intérieures étaient les suivantes: opacité Tappi: 68 %, résistance à la traction: 4 OO Og/29 mm, perméabilité CORESTA: 1 cm/mn, poids de base de 21 g/m 2 et indice BMI de 1 cm-1. 35 L'enveloppe extérieure était constituée par un papier à cigaret-

tes du commerce contenant 30 % de carbonate de calcium précipité sous forme de calcite (par exemple commercialisée sous le nom de Albacar provenant de la société Pfizer, Inc) Ce papier était traité pour contenir une faible proportion de citrate de potas5 sium anhydre par gramme de papier séché à fond, pour servir de conditionneur de cendres dans les zones non traitées Ensuite, le papier a été traité par zones avec du citrate de potassium, dans une proportion de 60 mg de citrate de potassium anhydre par gramme de papier séché à fond Ces zones constituaient un modèle répétitif comprenant des zones en bandes de 13 mm de longueur avec une teneur élevée en produit chimique et des zones de 5 mm de longueur en papier de base Les propriétés physiques de l'enveloppe extérieure étaient les suivantes: opacité Tappi: 74 %, résistance à la traction: 2 400 g/29 mm, perméabilité CO15 RESTA: 55 cm/mn, poids de base de 24 g/m 2 et indice BMI de -15

cm-1.

En utilisant des techniques conventionnelles de fabrication de cigarettes, on a fabriqué de cigarettes de dimensions normales sans filtre ( 25 mm de circonférence, 70 mm de 20 long) avec cette enveloppe et avec un mélange de tabac standard ayant une densité en colonne de 13,2 mg/mm Ces cigarettes ont été allumées et on les a laissé brûler librement en position suspendue dans l'air Toutes ont brûlé de façon continue dans la zone à teneur élevée en produit chimique, mais se sont étein25 tes d'elles-mêmes lorsqu'on a atteint la première zone de papier

de base.

Dans le tableau 1 qui va suivre, des exemples de l'invention sont désignés par des nombres et sont comparés à des enveloppes repérées par des lettres, ayant des valeurs d'in30 dice BMI situées en dehors de la gamme de l'invention, 1,5 à 6,0

cm-1 pour les cigarettes à enveloppe simple et 0,1 à 4,0 cm -1 pour l'enveloppe intérieure des cigarettes à enveloppe double.

Le tableau I compare la matière sèche en particules ("DPM"), la production d'oxyde de carbone, la vitesse de 35 combustion libre et le nombre de bouffées, pour des cigarettes conformes à l'invention et des cigarettes classiques Etant

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donné qu'on maintient un faible nombre de bouffées, tout accroissement de l'émission peut être compensé par dilution dans un bout-filtre ou, dans le cas de cigarettes sans filtre, par perforation électrique du papier à cigarettes Avec un faible 5 nombre de bouffées, on peut conserver la quantité de goudron par bouffée De plus, la production d'oxyde de carbone n'est pas sensiblement accrue En revanche, le fumeur constate une consummation normale de la cigarette dans le cendrier, à part le fait qu'elle s'éteint d'elle-même dans le cendrier après un 10 temps déterminé Pour les cigarettes du tableau 1, la simulation de la ventilation par filtre a été obtenue en réduisant le volume des bouffées en régime d'usage normal selon les normes FTC par le degré indiqué de ventilation par filtre Toutes les cigarettes ont été fumées sur 47 mm. 15

TABLEAU 1

iarettes à enveloppe simple F Yelopwes Exemples de avc I l'nvention BMI< I, Sce 1 f 6 o) ?_,_-< au I 1 MI IML 4 L 6,0 a<r 1) n MI> 6,0 os 1 (cnri) Zone à haute neur N produit chimique à faible tenenur en produit chhiimique Proportion de sel del Proportion de gel de i<nqgumur de la métal alcalin (sq de Longueur de zone métal alcalin (sq de Densité Oxyde de Pod de zone à hauite te citrate de potassium à faible teneur citrate de potassium Ventilation du tabac Ntbre carbone nreur en produit anyre/g (le papier oen produit chi anhydre/g de papier par filtre en colonne Cde Dm Ppers Nit,ỉ i I t fi Fa chm Iîiqu de base séché à fnd) smique de base séché à fond) (} > (sq/m M) bouffées (mi/cig) <sq/cig) c _ _'<_ l /m 2 _), ("m , ___ _r_/

_ _ -()

2,5 4,0

3,5 1,5

3,5 2,0

A 7,0 6,0

B 15,0 25

21 33 24 24 24

13 13 13

o o

50 60

o o

70 70

13,2 10 25,9

13,2 10 25,0

13,2 10 25,8

13,2 9,5 23,0

0 13,2 8 25,4

17,6 18, 1 17,7 14,3 16,7

- Cigarettes à enveloppe double Zone à haute teneur en produit chimique zone à faible teneur en produit chimique Jlnqueur de la Proportion de sel de Proportion de sel de zone à haute te métal alcalin (nq de Longueur de zone métal alcalin (mq de Densité Posda de nmir en produit citrate de potassium à faible teneur citrate de potassiumn Ventilation du tabac nre Oxyde d BMI Permablllt ba eme produi Nobr hci-r BMI Penséabi lité ban 3 chimique anhydre/g de papier aprdit chi anhydre/g de papier par filtre en colonne de DP (c'rl) (cn/frm) (q/m I (mmn) de base séché A fond) mique de base séché à fond) () (rg/sm) bouffées (lgtcig) (mg/cig) s cei 1 ' invention

(B, 1 c O 1 11, 144, Ooh-

/0 /0 '

13,2 8 20,8 17,9

/1,0 55/1

24/21 13/0 /0 U 1 Ln LA N> rkl

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Comme cela a déjà été décrit, la Fig 1 montre le dispositif d'essai pour déterminer l'indice BMI des enveloppes.

La Fig 2 montre que la proportion de sel de métal alcalin (tel que le citrate de potassium), portée en ordonnées 5 et exprimée en milligrammes de sel anhydre par gramme de papier de base entièrement séché, nécessaire pour obtenir la continuité de la combustion, diminue de 150 mg/g à O lorsque l'indice BMI (porté en abscisses et exprimé en cm-1) de la réalisation à enveloppe simple augmente d'environ 1,5 à 6,5 La gamme pré10 férentielle des indices BMI est hachurée; elle est comprise environ de 1,5 à 3,5 cm-1, ce qui correspond à une teneur en sel

variant respectivement environ de 150 à 15 mg/g.

La Fig 3 représente de la même manière que la Fig 2, et avec les mêmes unités en abscissez et en ordonnées, pour plusieurs valeurs différentes de l'indice BMI de l'enveloppe intérieure (à savoir 0,1; 1,0; 2,5; 3,5), la proportion de citrate depotassium nécessaire dans l'enveloppe extérieure pour obtenir la continuité de la combustion, en fonction de l'indice BMI de l'enveloppe extérieure La proportion de citrate de po20 tassium peut être comprise, suivant la vitesse de combustion libre désirée dans les zones traitées, entre le minimum requis pour la continuité de la combustion et 150 mg environ par gramme de papier de base séché à fond, valeur au-delà de laquelle les quantités supplémentaires de citrate de potassium agissent 25 comme un retardateur de combustion; nous sommes dans l'hypothèse o l'enveloppe intérieure ne contient pas de citrate de potassium La zone, située à droite de chaque courbe, définit des combinaisons efficaces d'agent activant la combustion et d'indice BMI de l'enveloppe extérieure Comme dans le cas de la 30 Fig 2, il est donc difficile de définir autrement que par le dessin, la zone préférentielle Approximativement, pour un indice BMI de 3,5 pour l'enveloppe intérieure, à une teneur allant de 150 mg/g à O pour l'enveloppe extérieure, correspondra un indice BMI égal ou supérieur à des valeurs al35 lant environ de 1,5 à 12,5 cm-1 respectivement,

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Pour un indice BMI de 2,5 pour l'enveloppe extérieure, à une teneur allant de 150 mg/g à O pour l'enveloppe extérieure correspondra un indice BMI égal ou supérieur à des valeurs allant environ de 2,5 à 25 cm-1 respectivement, Pour un indice BMI de 1,0 pour l'enveloppe intérieure, à une teneur allant de 150 à 15 mg/g (ou moins) pour l'enveloppe intérieure, correspondra un indice BMI égal ou supérieur à des valeurs allant environ de 3,5 à 25 cm-1 respectivement, Pour un indice BMI de 0,1 pour l'enveloppe intérieure, à une 10 teneur allant de 150 à 40 mg/g (ou moins) pour l'enveloppe intérieure, correspondra un indice BMI égal ou supérieur à des

valeurs alalnt environ de 8,0 à 25 cm-1 respectivement.

La Fig 4 montre que les structures d'enveloppes préférentielles pour des cigarettes à enveloppe simple dont l'indice BMI est dans la gamme définie n'entretiennent pas la combustion à moins d'être activées par des proportions élevées d'agent activant la combustion La ligne supérieure correspond à un indice BMI de 2,5 cm-1 et à une densité du tabac en colonne de 13,2 mg/mm Bien que la pproportion requise d'agent acti20 vant la combustion varie en fonction de l'agent utilisé ainsi que de la composition et de la structure de l'article à fumer, elle peut être aisément déterminée par l'observation d'essais d'entretien de combustion Cette proportion doit être au moins égale à la valeur qui convient pour maintenir la combustion li25 bre et il est préférable qu'elle soit supérieure pour avoir une

plus grande vitesse de combustion.

La Fig 5 représente une forme de réalisation d'enveloppe et de structure de cigarette Comme représenté, la cigarette 10 comporte du tabac 12 et une enveloppe 14 L'enveloppe 14 est constituée en papier 16 qui n'entretient pas la combustion ce papier étant traité dans ceraines zones 18 avec des matières activant la combustion Il est à noter que bien qu'elles soient distinguées sur les dessins à des fins de représentation les

zones ne peuvent pas normalement être détectées par la vue Ce35 la est cependant possible si on le désire.

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De même, la Fig 6 représente une structure à enveloppe double comprenant une enveloppe intérieure 14 A et une enveloppe extérieure 14 B. Les Fig 7 A à 7 C représentent schématiquement le mode de combustion de cigarettes à enveloppe simple et à enveloppe double avec des enveloppes conformes à l'invention Bien que l'on ne-souhaite pas particulièrement rattacher l'invention à une théorie, on estime que les proportions élevées d'agent activant la combustion interviennent pour que les papiers de 10 base, qui n'entretiennent pas normalement la combustion libre continue d'une cigarette, favorisent la combustion parce que l'agent activant provoque la combustion de l'enveloppe en avant du charbon Cela exige que le papier soit à une température au moins égale à 200 C environ, cette température étant due au ta15 bac chaud qui brûle à proximité immédiate de l'enveloppe Dans la zone 18 à teneur élevée en produit chimique activant la combustion (Fig 7 A), la cigarette 10 brûle comme une cigarette classique Quand le charbon 20 atteint la zone 16 du papier de base, l'absence de proportions élevées d'agent activant la com20 bustion fait que la ligne de carbonisation 13 du papier est en retard sur la progression du charbon 20 (Fig 7 B) Etant donné que l'écoulement de l'oxygène à travers le papier est insuffisant pour assurer la combustion du charbon, ce charbon commence à s'éteindre à partir de la surface du papier en allant vers le 25 centre de la cigarette Lorsque le charbon chaud progresse, il commence à se contracter en laissant une zone plus froide 15 de tabac carbonisé et non carbonisé contre la surface du papier Si le charbon devait subsister dans la zone suivante d'agent activant la combustion (Fig 7 C), il n'y a plus suffi30 samment de chaleur à la surface du papier pour détruire la structure de ce papier et, étant donné que le papier de base n'admet pas suffisamment d'oxygène pour maintenir la combustion du charbon, celui-ci s'éteint Les structures d'enveloppes perfectionnées et l'article à fumer conformes à la présente inven35 tion peuvent être réalisées en mettant en application des technologies existantes de fabrication de papier et d'impression ou de revêtement, comme cela apparaîtra clairement aux spécialistes On peut réaliser les caractéristiques de feuilles requises pour obtenir les valeurs d'indices BMI prescrites pour les modes de réalisation préférentiels en choisissant les con5 ditions de pilonnage des fibres et en agissant sur les proportions et les morphologies des charges minérales incorporées

dans le papier.

On voit donc qu'on a créé avec l'invention une enveloppe pour des articles à fumer et des articles à fumer atteignant pleinement les objets, buts et avantages mentionnés précédemment.

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Claims

REVENDICATIONS

1 ) Enveloppe pour article à fumer ( 10) dont la strucure comporte une partie de base ( 14),( 14 A, 14 B) en feuille contenant des fibres de cellulose, cette partie de base étant 5 incombustible lorsqu'on fume dans des conditions normales,caractérisée en ce que la partie de base présente une série de zones ( 18) traitées avec un agent activant la combustion, dans une proportion suffisante pour qu'en cours d'usage la structure de l'enveloppe maintienne la combustion de l'article à fumer dans 10 ces zones traitées, mais que cette structure provoque l'autoextinction de l'article à fumer en dehors de ces zones si

on n'en tire pas des bouffées.

2 ) Enveloppe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie de base est en feuille composite constituée d'une feuille de base intérieure ( 14 A) qui contient des fibres de cellulose et qui est incombustible lorsqu'on fume dans des conditions normales et une feuille de base extérieure ( 14 B), cette combinaison d'une feuille de base intérieure et d'une feuille de base extérieure présente une série de zones

( 18) traitées avec un agent activant la combustion dans une proportion suffisante pour qu'en cours d'usage la structure d'enveloppe maintienne la combustion de l'article à fumer dans ces zones, mais que cette structure d'enveloppe provoque l'extinction automatique de l'article à fumer en dehors de ces zones 25 si on n'en tire pas des bouffées.

31) Enveloppe selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les fibres de cellulose contiennent du lin.

4 ) Enveloppe selon l'une quelconque des reven30 dications 1 et 2 caractérisée en ce que l'agent activant la combustion est un sel d'un métal alcalin, et lesdites zones constituent des bandes.

) Enveloppe selon la revendication 1 caractérisée en ce que la partie de base a un indice de mode de combus35 tion BMI compris dans la gamme allant de 1,5 cm-1 environ à 6,0

cm-1 environ.

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6 ) Enveloppe selon la revendication 1 caractérisée en ce que la feuille de base a un indice de mode de combustion BMI compris dans la gamme allant de 1,5 cm-1 environ

à 3,5 cm-1 environ.

7 ) Enveloppe selon la revendication 2, caractérisée en ce que la feuille de base intérieure a un indice de mode de combustion BMI compris dans la gamme allant de 0,1 cm-1

environ à 4,0 cm-1 environ.

8 V) Enveloppe selon la revendication 2 caracté10 risée en ce que la feuille de base intérieure a un indice de mode de combustion BMI compris dans la gamme allant de 0,1 cm-1 environ à 2,0 cm-1 environ, la feuille de base extérieure ayant un indice BMI compris dans la gamme allant de 6, Ocm-1 environ

à 25 cm-1 environ.

9 ) Enveloppe selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle présente un indice de mode de combustion BMI compris entre 1,5 cm-1 environ et 3,5 cm-1 environ pour une proportion d'agent activant la combustion constitué par du citrate de potassium anhydre ou un sel de métal alcalin équivalent com20 prise de 150 mg environ à 15 mg environ par gramme de papier de

base entièrement séché.

) Enveloppe selon la revendication 2 caractérsiée en ce qu'elle présente un indice de mode de combustion BMI de la feuille de base extérieure ( 14 B) dans des limites comprises 25 entre 1,5 cm-1 environ et au moins 25 cm1 environ lorsque la proportion d'agent activant la combustion constitué par du citrate de potassium anhydre ou un sel de métal alcalin équivalent varie de 150 mg environ à une valeur inférieure comprise entre O et mg environ par gramme de papier de base séché à fond, en

fonction de l'indice BMI de la feuille de base intérieure ( 14 A).

11 ) Article à fumer tel que cigarette comportant une colonne de tabac et une enveloppe simple ou double, caractérisé en ce que l'enveloppe a une structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.

12 ) Article à fumer selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe double avec une

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feuille de base intérieure ( 14 A) qui contient des fibres de cellulose et qui est incombustible lorsqu'on fume dans des conditions normales,et une feuille de base extérieure ( 14 B).