FR3135904A1 - Filtre pour article à fumer ou vapoter comprenant un papier lisse - Google Patents

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Diane Raverdy-Lambert
Patrick Guilchet
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Abstract

La présente invention concerne un substrat en papier à face lisse adapté pour être utilisé dans un filtre d'article à fumer ou d'article à vapoter.

Description

Filtre pour article à fumer ou vapoter comprenant un papier lisse
L'invention a pour objet un substrat en papier lisse. Ce matériau peut être utilisé dans un filtre pour article à fumer ou vapoter.
Un filtre pour article à fumer ou vapoter présente une forme cylindrique circulaire droite et comprend généralement une enveloppe extérieure en papier de gainage et un substrat positionné dans l'enveloppe extérieure. Le filtre pour article à fumer ou vapoter, grâce au substrat, permet d'éviter à l'utilisateur d’aspirer des particules de tabac et permet de retenir des substances particulaires dangereuses contenues dans la fumée ou l’aérosol comme les goudrons.
Les filtres classiques sont en acétate de cellulose. Ces filtres classiques présentent une capacité de rétention de la nicotine telle que la perception par l'utilisateur de la fumée filtrée est satisfaisante. De plus, ces filtres classiques génèrent une fumée filtrée présentant de bonnes propriétés organoleptiques. Cependant les filtres classiques se dégradent extrêmement lentement, ne sont pas dispersibles rapidement dans l'eau et génèrent des microplastiques qui s'accumulent et entrent dans la chaine alimentaire. Ceci est particulièrement dommageable, car le filtre n'est pas consommé durant le fumage/vapotage d'un article à fumer ou vapoter et se retrouve régulièrement dans l'environnement. Les filtres classiques ont donc un impact environnemental important.
Pour limiter l'impact environnemental des filtres classiques, il a été proposé de remplacer l'acétate de cellulose par un substrat en papier obtenu par voie humide. Ces substrats en papier étant biodégradables, ils se dégradent rapidement. Cependant la capacité de rétention de la phase particulaire de l’aérosol, en particulier de la nicotine des filtres comprenant un substrat en papier est plus importante que la capacité de rétention de la phase particulaire des filtres classiques. Ainsi la perception par l'utilisateur de la fumée filtrée par les filtres comprenant un substrat en papier peut ne pas être satisfaisante. Par exemple la fumée filtrée par les filtres comprenant un substrat en papier peut présenter un gout fade. L'expérience utilisateur procurée par ces substrats en papier n'est donc pas aussi satisfaisante en comparaison de l’acétate de cellulose.
Problème technique
Il existe donc un besoin d'un filtre comprenant un substrat en papier qui présente une capacité de rétention de la nicotine plus proche, voir du même ordre de grandeur, que la capacité de rétention d'un filtre comprenant un substrat en acétate de cellulose, et qui donc procure une expérience utilisateur satisfaisante.
Il est ainsi du mérite des inventeurs d'avoir trouvé qu'il était possible de répondre à ce besoin grâce à un substrat en papier lisse.
Résumé
Selon un aspect, il est proposé un substrat en papier comprenant deux faces, l'une des deux faces, en particulier les deux faces, présente(nt) un lissé supérieur ou égale à 20 s, en particulier compris entre 20 s et 600 s, tout particulièrement entre 30 s et 500 s, plus particulièrement encore entre 50 s et 300 s.
De façon avantageuse, les propriétés de filtration d'un filtre comprenant le substrat en papier de l'invention sont meilleures que les propriétés de filtration d'un filtre comprenant un substrat en papier classique. En effet la différence entre la capacité de rétention de la nicotine d'un filtre comprenant le substrat en papier selon l'invention et la capacité de rétention de la nicotine d'un filtre en acétate de cellulose est plus petite que la différence entre la capacité de rétention de la nicotine d'un filtre comprenant un substrat en papier de filtration classique et la capacité de rétention de la nicotine d'un filtre en acétate de cellulose.
Par conséquent la perception par l'utilisateur de la fumée filtrée par un filtre comprenant le substrat en papier selon l'invention est plus satisfaisante que la perception par l'utilisateur de la fumée filtrée par un filtre comprenant un substrat en papier classique.
Sans vouloir être liés par aucune théorie, les inventeurs sont d'avis que les propriétés de filtration d'un filtre comprenant le substrat en papier de l'invention sont meilleures que les propriétés de filtration d'un filtre comprenant un substrat en papier classique, car le lissé d'une des deux faces, en particulier des deux faces, du substrat en papier de l'invention est supérieur au lissé des deux faces des substrats en papier classique.
Le lissé d'un substrat en papier est caractéristique du nombre de fibrilles dressées ou semi-dressées en surface de ce substrat en papier. En augmentant le lissé d'une des deux faces, en particulier des deux faces, du substrat en papier de l'invention,i.e.en diminuant le nombre de fibrilles dressées ou semi-dressées en surface du substrat en papier de l'invention, les inventeurs ont suivi une approche opposée à l'approche classique et ont obtenu un résultat inattendu.
En effet, pour ne pas altérer les propriétés de filtration des filtres en réduisant la perméabilité des substrats en papier, les substrats en papier des filtres sont classiquement obtenus à partir de fibres non raffinées de sorte que le lissé des faces des substrats en papier classique est faible,i.e.inférieur à 10 s.
De plus, contrairement au filtre en acétate de cellulose, le substrat en papier selon l'invention peut, grâce à sa composition, se dégrader très rapidement dans l’environnement. Cela est particulièrement avantageux, car l’impact environnemental du filtre comprenant le substrat en papier selon l'invention est plus faible que l’impact environnemental du filtre en acétate de cellulose.
Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de production du substrat en papier selon l'invention comprenant les étapes suivantes :
a) production d'un substrat en papier à faces rugueuses par voie humide,
b) lissage du substrat en papier à faces rugueuses produit à l'étape a) pour produire le substrat en papier,
dans lequel l'étape b) de lissage est réalisée par calandrage, lissage à l’agate et leurs combinaisons, en particulier par calandrage.
Selon un aspect, il est proposé un substrat en papier comprenant deux faces, l'une des deux faces, en particulier les deux faces, présente(nt) un lissé supérieur ou égale à 20 s, en particulier compris entre 20 s et 600 s, tout particulièrement entre 30 s et 500 s, plus particulièrement encore entre 50 s et 300 s.
Au sens de la présente demande, "substrat en papier" désigne une feuille constituée de fibres cellulosiques obtenue par voie humide ("wet -laid" selon la terminologie anglaise) et comprenant deux faces, une face recto et une face verso. Un substrat obtenu par voie sèche ("dry-laid" selon la terminologie anglaise) ou par voie aérodynamique ("air-laid" selon la terminologie anglaise) n'est pas un substrat en papier au sens selon l'invention.
Au sens de la présente invention, "lissé" désigne le temps, en secondes, qui, sous une différence de pression déterminée, est nécessaire pour aspirer une certaine quantité d’air à la pression atmosphérique entre la face d’une éprouvette du substrat en papier et un plan en forme d’anneau, dans des conditions de contact déterminées. Plus le lissé d'une face du substrat en papier est élevé et plus la face du substrat en papier est lisse. Le lissé peut être déterminé par la norme ISO 5627:1995 sur une ou les deux faces du substrat en papier.
Les fibres cellulosiques du substrat en papier présentes dans le substrat en papier selon l'invention peuvent être choisies parmi la pâte de feuillus (hardwood pulpen anglais), la pâte de feuillus blanchie, la pâte de résineux (softwood pulpen anglais), la pâte de résineux blanchie, la pâte de résineux défibrée (softwood fluff pulpen anglais), la fibre de chanvre, la fibre de chanvre indien, la fibre de jute, la fibre de kénaf, la fibre de kudzu, la fibre de liane à barriques, la fibre de lin, la fibre d'okra, la fibre d'ortie, la fibre de papyrus, la fibre de ramie, la fibre de sisal, la fibre de sparte, la fibre lyocell (fibre de cellulose broyées et dissoutes dans du monohydrate de N-oxyde de N-méthylmorpholine, dans le but d’obtenir des fibres à section de forme variable (section ronde, ovale, en croix, en cercle, en lamelle) à masse linéique et longueur calibrées, que l’homme du métier peut choisir en fonction de ses besoins), la fibre de viscose (fibres obtenues par dissolution de la cellulose grâce à la modification de ses groupements hydroxyles par le disulfure de carbone (CS2), puis par sa précipitation en présence d’acide sulfurique (H2SO4) dans le but d’obtenir des fibres à section de forme variable (section ronde, ovale, en croix, en cercle, en lamelle) à masse linéique et longueur calibrées, que l’homme du métier peut choisir en fonction de ses besoins) et leurs mélanges, en particulier la pâte de feuillus, la pâte de résineux et leurs mélanges, plus particulièrement la pâte de résineux.
Typiquement, les fibres cellulosiques du substrat en papier peuvent présenter une longueur moyenne comprise entre 1 mm et 3,5 mm, en particulier entre 1,5 mm et 3 mm, plus particulièrement entre 2 mm et 2,7 mm.
La longueur moyenne des fibres cellulosiques peut être mesurée par la méthode ISO 16065-2:2014.
Selon un mode de réalisation, le substrat en papier peut présenter une perméabilité à l'air comprise entre 0,5 cm3⋅min−1⋅cm−2et 2000 cm3⋅min−1⋅cm−2, en particulier entre 10 cm3⋅min−1⋅cm−2et 1000 cm3⋅min−1⋅cm−2, tout particulièrement entre 50 cm3⋅min−1⋅cm−2et 700 cm3⋅min−1⋅cm−2 ,plus particulièrement encore supérieur à 50 cm3⋅min−1⋅cm−2et inférieur à 500 cm3⋅min−1⋅cm−2.
De façon avantageuse, le substrat en papier de ce mode de réalisation présente une capacité de rétention de la nicotine encore plus proche de la capacité de rétention d'un filtre en acétate de cellulose, qu'un filtre comprenant un substrat en papier classique. Ce résultat est inattendu car la perméabilité à l'air du substrat en papier de ce mode de réalisation est plus faible que la perméabilité à l'air des substrats en papier classiques et jusqu'à présent il était convenu qu'un substrat en papier devait présenter une perméabilité à l'air élevée pour présenter des propriétés de filtration satisfaisantes.
Au sens de la présente demande, "perméabilité à l'air" désigne le débit d’air moyen qui traverse une unité de surface du substrat en papier selon l'invention sous une unité de différence de pression en une unité de temps, dans des conditions spécifiées. La perméabilité à l'air est déterminée selon la norme ISO 2965:2009.
Le grammage du substrat en papier peut, par exemple, être compris entre 10 g/m2et 60 g/m2, en particulier entre 15 g/m2et 55 g/m2, plus particulièrement entre 20 g/m2et 50 g/m2.
Ces plages de grammage sont celles des substrats en papier classiques. Ainsi, l'homme du métier saura comment aisément obtenir le substrat en papier selon l'invention présentant un tel grammage.
De plus, ces plages de grammage permettent de facilement adapter le substrat en papier selon l'invention à différents filtres.
Pour déterminer le grammage du substrat en papier, on pourra utiliser la norme ISO 536 :2012. Le substrat est conditionné au moins 16 heures à 23°C et 50% d’humidité relative avant la mesure.
Le substrat en papier selon l'invention peut être mis en forme, en particulier il peut être crêpé, plié ou enroulé. Cette mise en forme peut permettre de modifier les propriétés du substrat en papier et donc les propriétés du filtre le comprenant. Par exemple, le crêpage peut permettre de modifier la densité du substrat en papier et donc augmenter ou diminuer la chute de pression du filtre comprenant le substrat en papier selon l'invention sans changer le poids du filtre. Ainsi, la mise en forme du substrat en papier par des procédés connus comme le crêpage le rend facilement adaptable à différents filtres.
Grâce à ses propriétés, le substrat en papier selon l'invention peut être utilisé dans un filtre.
Selon un autre aspect, la présente invention porte sur un filtre, en particulier un filtre pour article à fumer ou à vapoter comprenant le substrat en papier selon l'invention tel que défini ci-dessus.
Au sens de la présente demande, "article à fumer" désigne un article comprenant du tabac et/ou toute autre plante destinée à être fumée. Par exemple l'article à fumer peut être une cigarette fabriquée sur machine, une cigarette à rouler ("Roll Your Own cigarette" selon la terminologie anglaise) ou cigarette à tuber ('Make Your Own cigarette" selon la terminologie anglaise).
Typiquement, le filtre pour article à fumer présente une forme cylindrique circulaire droite et comprend une enveloppe extérieure en papier de gainage pour article à fumer, en particulier pour cigarette, et le substrat en papier selon l'invention tel que défini ci-dessus positionné dans l'enveloppe extérieure.
Au sens de la présente demande, "article à vapoter" désigne un article comprenant du tabac et/ou toute autre plante destinée à être vapotée, lequel est destiné à être inséré dans un dispositif chauffant le tabac et/ou la plante sans le/la brûler et permettant de délivrer un aérosol à un utilisateur. Par exemple l'article à vapoter peut être un bâtonnet de tabac (appelé "stick" selon la terminologie anglaise).
Typiquement, le filtre pour article à vapoter présente une forme cylindrique circulaire droite et comprend une enveloppe extérieure en papier de gainage pour article à vapoter, en particulier pour bâtonnet de tabac et le substrat en papier selon l'invention tel que défini ci-dessus positionné dans l'enveloppe extérieure.
Selon un autre aspect, la présente invention porte également sur un article à fumer comprenant un filtre tel que défini ci-dessus.
Selon un autre aspect, la présente invention porte également sur un article à vapoter comprenant un filtre tel que défini ci-dessus.
La présente invention porte aussi sur l'utilisation d'un substrat en papier tel que défini ci-dessus dans un filtre, en particulier un filtre pour article à fumer ou un filtre pour article à vapoter.
La présente invention porte également sur un procédé de production d'un substrat en papier selon l'invention tel que défini ci-dessus comprenant les étapes suivantes :
a) production d'un substrat en papier à faces rugueuses par voie humide,
b) lissage du substrat en papier à faces rugueuses produit à l'étape a) pour produire le substrat en papier,
dans lequel l'étape b) de lissage est réalisée par calandrage, lissage à l’agate ("flint glazing" selon la terminologie anglaise) et leurs combinaisons, en particulier par calandrage.
La voie humide pour produire un substrat en papier est une voie classique connue de l'homme du métier. L'homme du métier saura adapter les paramètres de cette voie pour produire le substrat en papier.
Par exemple le calandrage de l'étape b) de lissage peut être réalisée avec une calandre douce ("soft nip calender" selon la terminologie anglaise), avec une calandre dure ("hard nip calender" selon la terminologie anglaise), avec une calandre à friction ("friction calender" selon la terminologie anglaise), avec une supercalandre, avec une calandre à lissage ("gloss calender" selon la terminologie anglaise), avec une calandre à chaud, une calandre à froid ou leurs combinaisons.
L'étape b) de lissage ne modifie pas le grammage du substrat en papier.
Le calandrage peut dépendre des paramètres de la calandre. Typiquement, ces paramètres peuvent être le matériau de revêtement des rouleaux de la calandre, le diamètre des rouleaux de la calandre, la force normale linéique appliquée par les rouleaux de la calandre au substrat en papier à faces rugueuses, le nombre de lignes de contact des rouleaux de la calandre avec le substrat en papier à faces rugueuses, la vitesse de rotation des rouleaux de la calandre, la température des rouleaux de la calandre et leurs combinaisons.
Entre l'étape a) et l'étape b), le substrat en papier à faces rugueuses peut subir une étape d'humidification pour obtenir un substrat en papier humide, ce substrat en papier humide étant ensuite mis en œuvre dans l'étape b).
Cette étape d'humidification est particulièrement adaptée à une étape b) réalisée par calandrage.
De façon avantageuse, cette étape d'humidification permet d'augmenter le lissé de la face ou des faces du substrat en papier obtenu par le procédé selon l'invention.
Exemples
Exemple 1 : production d'un substrat en papier selon l'invention.
Exemple 1.1 : substrat en papier ayant un grammage de 36 g/m²
Un substrat en papier à faces rugueuses comprenant des fibres de pâte de résineux présentant une longueur moyenne de 2,65 mm et présentant un grammage de 36 g/m² a été produit par voie humide.
Ce substrat en papier à faces rugueuses a été ensuite calandré à froid en utilisant une calandre douce de laboratoire (Perkins laboratory calender) en appliquant une force nominale linéique de 169 N/m. Trois passages dans cette calandre avec cette force nominale linéique sont réalisés.
Le lissé a été mesuré par le "Bekk Smoothness Tester" de MESSMER BÜCHEL selon la norme ISO 5627:1995.
La perméabilité à l'air est déterminée selon la norme ISO 2965:2009.
Les paramètres physiques du substrat en papier ayant un grammage de 36 g/m² avant et après le calandrage sont indiqués dans le Tableau 1.
Exemple 1. 2 : substrat en papier ayant un grammage de 50 g/m²
Un substrat en papier à faces rugueuses comprenant des fibres de pâte de résineux présentant une longueur moyenne de 2,65 mm et présentant un grammage de 50 g/m² a été produit par voie humide.
Ce substrat en papier à faces rugueuses a été ensuite calandré à froid en utilisant une calandre douce de laboratoire (Perkins laboratory calender) en appliquant une force nominale linéique de 169 N/m. Trois passages dans cette calandre avec cette force nominale linéique sont réalisés.
Le lissé a été mesuré par le "Bekk Smoothness Tester" de MESSMER BÜCHEL selon la norme ISO 5627:1995.
La perméabilité à l'air est déterminée selon la norme ISO 2965:2009.
Les paramètres physiques du substrat en papier ayant un grammage de 50 g/m² avant et après le calandrage sont indiqués dans le Tableau 1.
Substrat en papier de l’invention Substrat en papier à faces rugueuses Substrat en papier de l’invention Substrat en papier à faces rugueuses
Grammage (g/m²) 36 36 50 50
Lissé de la face recto 70 s 1 s 78 s 1 s
Lissé de la face verso 269 s 1 s 185 s 3 s
Perméabilité (cm3⋅min−1⋅cm−2) 700 3200 152 978
Exemple 2 : Test s de rétention en nicotine des filtres comprenant les substrat s en papier de l'Exemple 1 et d'un filtre commercial en acétate de cellulose.
Des filtres pour article à fumer ont été fabriqués avec les substrats en papier de l'Exemple 1 par une méthode standard de fabrication des filtres. Pour envelopper les boudins de matière filtrante, un papier de gainage non poreux a été utilisé.
Le volume est le même pour tous les filtres mais le poids des filtres est différent. Cette différence est liée au calandrage qui diminue le pouvoir de remplissage des substrats en papier selon l'invention. Pour fabriquer des filtres et des cigarettes présentant une chute de pression du même ordre de grandeur, il est nécessaire de mettre plus de substrat en papier selon l'invention, ce qui augmente le poids des filtres.
Des cigarettes ont été préparées en utilisant les filtres décrits ci-dessus. Pour former les cigarettes, les boudins de tabac ont été assemblés avec les filtres grâce à un papier manchette ("tipping" selon la terminologie anglaise). Un tabac "American blend" commercial a été utilisé pour former les boudins de tabac. Les cigarettes sont non ventilées.
Les cigarettes préparées ont été fumées sur une machine à fumer Borgwaldt RM20 selon la norme ISO 3308:2000. La chute de pression ("Pressure Drop" selon la terminologie anglaise et "PD" dans le Tableau 2) a été mesurée selon la norme ISO 6565:2002. La teneur en nicotine dans la fumée a été mesurée selon la norme ISO 10315:2000. Cette teneur permet ensuite de calculer la rétention de la nicotine par les différents filtres puis de déterminer l'écart de rétention de la nicotine des filtres par rapport au filtre en acétate de cellulose.
Les résultats de fumage sont présentés dans le Tableau 2.
Comme mis en évidence par le Tableau 2, pour un même grammage, la rétention de la nicotine d'un filtre en acétate de cellulose est plus proche de la rétention de la nicotine d'un filtre comprenant le substrat en papier selon l'invention que de la rétention de la nicotine d'un filtre comprenant le substrat en papier à faces rugueuses.
Filtre commercial en acétate cellulose Filtre comprenant le substrat en papier de l’invention à 36 g/m² Filtre comprenant le substrat en papier à faces rugueuses à 36 g/m² Filtre comprenant le substrat en papier de l’invention à 50 g/m² Filtre comprenant le substrat en papier à faces rugueuses à 50 g/m²
Longueur des filtres [mm] 21
Diamètre de filtres [mm] 7,8
Poids des filtres avec papier enveloppe [mg] 161 249 232 253 230
La chute de pression des filtres [mmCE] 68 62 70 37 49
La chute de pression des cigarettes [mmCE] 107 109 116 88 90
Ecart de retention de la nicotine par rapport au filtre en acétate de cellulose / -32% -41% -18% -23%

Claims (11)

  1. Substrat en papier comprenant deux faces, l'une des deux faces présente un lissé supérieur ou égale à 20 s.
  2. Substrat en papier selon la revendication 1 dans lequel les deux faces présentent un lissé supérieur ou égale à 20 s.
  3. Substrat en papier selon la revendication 1 ou la revendication 2 présentant une perméabilité à l'air comprise entre 0,5 cm3⋅min−1⋅cm−2et 2000 cm3⋅min−1⋅cm−2.
  4. Substrat en papier selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 présentant un grammage compris entre 10 g/m2et 60 g/m2 .
  5. Substrat en papier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel ses fibres cellulosiques sont choisies parmi la pâte de feuillus, la pâte de feuillus blanchie, la pâte de résineux, la pâte de résineux blanchie, la pâte de résineux défibrée, la fibre de chanvre, la fibre de chanvre indien, la fibre de jute, la fibre de kénaf, la fibre de kudzu, la fibre de liane à barriques, la fibre de lin, la fibre d'okra, la fibre d'ortie, la fibre de papyrus, la fibre de ramie, la fibre de sisal, la fibre de sparte, la fibre lyocell, la fibre de viscose et leurs mélanges.
  6. Substrat en papier selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel la longueur de ses fibres cellulosiques est comprise entre 1 mm et 3,5 mm.
  7. Filtre comprenant le substrat en papier tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 6.
  8. Article à fumer comprenant un filtre tel que défini dans la revendication 7.
  9. Article à vapoter comprenant un filtre tel que défini dans la revendication 7.
  10. Procédé de production d'un substrat en papier tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 6 comprenant les étapes suivantes :
    a) production d'un substrat en papier à faces rugueuses par voie humide,
    b) lissage du substrat en papier à faces rugueuses produit à l'étape a) pour produire le substrat en papier,
    dans lequel l'étape b) de lissage est réalisée par calandrage, lissage à l’agate et leurs combinaisons.
  11. Procédé selon la revendication 10 dans lequel le calandrage de l'étape b) de lissage peut être réalisée avec une calandre douce, avec une calandre dure, avec une calandre à friction, avec une supercalandre, avec une calandre à lissage, avec une calandre à chaud, une calandre à froid ou leurs combinaisons.
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