JP5752240B2 - 低発火特性を有する喫煙物品の紙 - Google Patents

Description

本発明は、低発火特性を有する喫煙物品の紙に関する。

従来から、産業用の煙草の製造に意図される煙草紙は、セルロース繊維（木由来の繊維及び／又は従来の顔料として炭酸カルシウムを繊維懸濁液に添加した植物性織物繊維）から作製されている。

従来は、形成された煙草の幾つかの燃焼パラメーターを制御するために、燃焼を遅らせるか又は促進させる塩が製造中に表面全体に塗布されている。これらは概して、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩等である。これらの塩は、改善された可燃性も煙草に与える。

現在の基準では、煙草製造業者は、煙草１本あたりのタール、ニコチン、一酸化炭素（ＣＯ）のレベルが所与の閾値未満であることを観察する必要がある。例えば、欧州の規則では、タールに関して煙草１本あたり１０ｍｇ、ニコチンに関して煙草１本あたり１ｍｇ、一酸化炭素に関して煙草１本あたり１０ｍｇという閾値が要求される。

煙草の煙中の粒子相（タール及びニコチン）及び一酸化炭素の凝縮物の低減は、紙の自然な空隙率の増加に比例することが確認されている。例えば、１０コレスタ〜２００コレスタ（ＣＵ、すなわちｍＬ／分／ｃｍ^２）の高い初期通気度を有する紙の使用は、タールに関して２８％、ニコチンに関して約２０％、一酸化炭素に関して４５％の低下を得ることを可能にする。

この利点の多くの部分は、７０コレスタレベルに達するとすぐに得られ、１００ＣＵ〜２００ＣＵの範囲にわたって更に低下する。

製紙業者はさらに、煙草の自己燃焼のリスクを制限するために、低点火特性を有する紙を提案している。これらの紙の目的は、酸素の供給によって燃焼が持続しなければ、すなわち喫煙者が煙草を「吸わ」なければ、煙草の消火を達成することである。これらの紙は、「ＬＩＰ」紙（Low Inflammation Proclivity）として現在では公知であり、紙の孔を塞ぎ、それによって紙のこれらの領域における通気度を低減するようになっている膜形成配合物で処理されたＬＩＰ帯域を含んでいる。膜形成配合物で処理された領域と処理されていない領域とが交互にあることは、煙草の燃焼コアが低通気度の（閉じた）領域に達すると、この燃焼コアから酸素を部分的に奪うことによって、紙の点火特性を低下させることを可能にする。

しかし、ＬＩＰ領域は、紙の自然な空隙率を低減するため、煙草１本あたりのタール、ニコチン、一酸化炭素のレベルに悪影響を有する。したがって、幾らかの領域を膜形成配合物で処理する前に、紙に可燃性塩を塗布することによって初期空隙率を大幅に増大させることが提案されている。

紙の全体又は一部を、紙の燃焼中に吸熱反応を起こし燃焼を遅らせる塩でコーティングすることも提案されている。他方で、それらの燃焼は、二酸化炭素（ＣＯ_２）、窒素（Ｎ_２）、水を生成する。

処理される領域は概して、煙草の全体又は一部に形成された横断するリングである。それにもかかわらず、膜形成配合物で処理されていない領域によって隔てられる連続的な帯域における紙シートの不連続な処理は、紙シートに応力を生じさせ、これは、紙を加工するとき、特に処理した紙を巻き取るときに問題を生じることが多い。紙は事実上、局所的な領域において外方へ膨れ上がる傾向を有する。

ここで、煙草の着火性を、ＡＳＴＭ Ｅ ２１８７−０４の試験方法に従って評価した。この試験方法は、基材上に置かれた煙草が、用いられる煙草の組成に関係なく煙草の円柱の燃焼を維持するのに十分な熱を生成する可能性を測定するものである。各測定は、フィルター紙の所与の数の層（１０枚分の厚さ）で形成された水平面上に、火をつけた煙草を置くことからなる。

次いで、煙草が端部先端の紙までその全長を燃え続けるか否かを判断する。

基材による熱の吸収にもかかわらず煙草が燃え続ける相対的確率を得るために４０回の測定（１回の試験を形成する）を行う。

ＡＳＴＭ Ｅ ２１８７−０４の試験方法に従う発火特性に関する評価試験に加えて、自由大気中で自己消火する煙草の比率を評価することも可能である（ＦＡＳＥ試験、すなわち自由大気自己消火（Free Air Self Extinguishment））。自由な燃焼は、この場合、煙草を一切吸うことなく、煙草の火のついた円錐状部分が、処理された領域の存在にもかかわらず煙草の全長に沿って進む能力によって特徴付けられる。

最後に、紙のＬＩＰ特性のより迅速かつ容易な予測を可能にする拡散試験も行った。この試験は、ＬＩＰ処理領域に対して、紙が二酸化炭素を拡散する能力を測定することによって行った。予測によると、二酸化炭素の拡散率が０．３ｃｍ／ｓよりも低く、より好ましくは０．２ｃｍ／ｓよりも低い場合に良好な結果が与えられる。

拡散率を測定するのに用いた装置は、ＳＯＤＩＭ社のＤ−９５拡散測定機器であった。

膜形成化合物を含有する配合物は一般的に、印刷、通常はヘリオグラフィ又はシルクスクリーン印刷若しくはフレキソ印刷によって塗布され、したがって、特定の乾燥抽出物及び粘度特性を有さなければならない。

しかし、ＬＩＰ紙の使用は、煙草の機能的な側面、特に風味、灰の一体性、効果的な一酸化炭素レベル等に影響を与えることが観察されている。また、喫煙者が煙草のＬＩＰ処理領域のうちの１つに再び火をつけると、風味及び一酸化炭素レベルが変わることが確認されている。

本願の１つの目的は、煙草に再び火をつけた後であっても、一酸化炭素、ニコチン、タールのレベルに対して悪影響を有する二次的効果を一切生み出すことなく、煙草の機能的側面を保つことが可能な新規のＬＩＰ紙を提案することである。例えば、本願は、喫煙者の心地よさのために５０％以下のＦＡＳＥ率と、ＡＳＴＭ試験に従って２５％以下の煙草燃焼率とを有する紙を得ようとするものである。

第２に、本願の更なる目的は、加工がより容易なＬＩＰ紙を提案することである。

この目的に関して、本発明は、コーティング配合物で処理された領域を含み、処理された領域の発火特性をコーティング配合物が低下させるようになっている喫煙物品、特に煙草の紙を提供し、コーティング配合物は、５マイクロメートル以下のメディアン寸法（ｄ５０）を有するセルロースのナノ粒子を含む。

セルロースは、β１−４結合でβＤ−グルコピラノースがつながって構成された直鎖状ホモ多糖で形成されている。したがって、セルロースの化学構造は、反復するセロビオース部分で構成され、各モノマーは３つのヒドロキシル基を有している。したがって、水素橋（pont hydrogen）を介した結合を形成する能力が、セルロースの物理的特性において直接的な役割を果たす。

一般に、ポリマー鎖の長さは、セルロース源及び関連する植物の部分に従って変化する。例えば、天然の木材セルロースは、約１００００グルコピラノース部分の重合度（ＤＰ）を有するが、天然の綿セルロースはおよそ１５０００のＤＰを有する。

セルロースのミクロフィブリルは、生合成中に形成されるセルロースの構造的ベースであり、ヘミセルロース、準結晶セルロース、セルロースを含む。

セルロースのナノ繊維は天然のセルロースから生み出され、天然のセルロースは、この天然のセルロースからリグニンを取り除くために特定の従来の処理に付されている。天然のセルロースは次いで漂白される。

全体的に、セルロース粒子の２つの族をナノスケールで区別することができ、第１の族はセルロースナノ結晶（ＮＣ、ウィスカーとしても知られている）を含み、第２の族はミクロフィブリル化セルロース（ＮＦＣ）で形成される。

ミクロフィブリル化セルロース、微晶質、微小結晶という用語はまた、それらのナノスケールサイズ（セルロースミクロフィブリル及びセルロースナノフィブリル）にもかかわらず用いられる。

セルロースナノ結晶は、種々のセルロース源（亜麻、麻、一年生植物、稲わら、綿、ハードウッド、ソフトウッド、サイザル麻等）から、従来の煮沸及び漂白処理の後で酸加水分解によって調製することができる。

走査型顕微鏡下での分析によって、セルロース源のタイプや、加水分解、温度、時間、原材料の純度（繊維のリグニン−セルロース組成物中のセルロース及びヘミセルロースのパーセンテージ）の条件に応じたナノ繊維の形状、それらのナノ結晶のサイズ及び形状の特性化が可能となる。

セルロースナノ結晶の通常の寸法は、直径が５ｎｍ〜１０ｎｍ、長さが１００ｎｍ〜５００ｎｍで変化する。それらの形状はナノチューブ（ナノロッド）と同様である。

ナノフィブリル化セルロースは、従来の化学的な煮沸及び漂白処理後に、木材繊維の機械的分解プロセスを用いて抽出される。

ナノフィブリル化セルロースは、高い比表面積を有する適度に分解したセルロース化合物とみなすことができる。ナノフィブリル化セルロースは、１０ｎｍ〜１００ｎｍのオーダーの横寸法と、１ミクロンに達する場合がある長さとを有し、交互の結晶領域及び非結晶領域からなる個別のナノ繊維で構成される。

上記セルロースナノ粒子（ＮＣ及びＮＦＣ）は、顔料として用いることができ、バイオ複合材料のバリア特性を高めることができる。

幾つかの好ましいが非限定的な態様は以下のとおりである。
−ナノ粒子は、ナノ繊維、ナノチューブ、ナノフィラメント及び／又はナノロッドを含む。
−ナノ粒子のサイズは、個々にとると少なくとも１００ｎｍ以下である。
−ナノ粒子はナノ分散セルロース（ＮＤＣ）である。
−処理された領域は、デンプン、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースの群から選択された膜形成化合物を含む配合物によっても処理される。
−コーティング配合物は、デンプン、カルボキシメチルセルロース及び／又はメチルセルロースのような膜形成化合物を更に含む。
−処理された領域は、コーティング配合物によって処理されない領域によって互いに隔てられており、処理されない領域は、燃焼を促進させる塩によって処理される。
−燃焼を促進させる塩は、処理されない領域にのみ塗布される。
−処理された領域は、４ミリメートル〜８ミリメートルの幅を有するとともに１５ミリメートル〜２０ミリメートルの距離だけ２つずつ離間して横断方向に延びる帯域である。
−コーティング配合物は、顔料、特に水酸化アルミニウムも含有する。

第２の側面によれば、本発明は、本発明による紙を備えた喫煙物品に関する。

最後の側面によれば、本発明は、本発明による紙を製造する方法に関し、この方法は、
−喫煙物品用の紙を準備する工程と、
−紙の不連続な領域にコーティング配合物の少なくとも１つの層を塗布する工程と
を含み、
コーティング配合物は、不連続な領域の発火特性を低下させるようになっていると共に、セルロースのナノ粒子を含む。

幾つかの好ましいが非限定的な本発明による製造方法の態様は以下のとおりである。
−燃焼を促進させる塩の少なくとも１つの層を、コーティング配合物によって処理されない領域に塗布する工程を更に含む。
−デンプン層を、処理された領域に塗布する工程を更に含む。
−セルロースのナノ粒子を含むコーティング配合物は、デンプン、カルボキシメチルセルロース及び／又はメチルセルロースの群から選択された膜形成化合物のような膜形成化合物も含み、上記方法は、セルロースのナノ粒子を含有するコーティング配合物を紙に塗布する前に膜形成化合物と混合する工程を更に含む。
−ナノ粒子を、５％〜１５％のナノ粒子の乾燥抽出物を含む水溶液中の水和形態で塗布する。
−デンプン層をヘリオグラフィ又はシルクスクリーン印刷若しくはフレキソ印刷によって塗布する。

本発明の他の特徴、目的及び利点は、非限定的な例として与えられる添付の図面と関連して以下の詳細な説明を読めばより明らかとなるであろう。

喫煙物品の一例を示す図である。 図１に示されるタイプの喫煙物品の分解図である。 本発明による紙の実施形態の一形態の断面図である（一定の縮尺では示されていない）。

図１は、本発明を適用することができる喫煙物品の一例を示している。喫煙物品は、紙１０内に包囲されるタバコ２０のロールを含むとともにフィルター３０を有する煙草である。

図２及び図３は、本発明に従った喫煙物品１の紙を示している。

本発明において用いられる紙１０は、１０コレスタ〜約２００コレスタ、好ましくは１０〜８０コレスタのオーダー、更に好ましくは６０〜８０コレスタの自然な初期通気度（すなわち、いかなる処理も行う前の通気度）を有する。紙１０は、喫煙物品用の任意の市販の紙であってもよい。

この紙１０をＬＩＰ紙にするには、紙１０を処理して低発火特性を有する一連の領域１１（ＬＩＰ領域）を形成する。

そのように形成するには、第１のステップの間にコーティング配合物１３を紙に塗布し、この配合物は、少なくとも部分的に孔の全て又は一部を塞ぐことによって空隙率を低減するようになっている。ここで、コーティング配合物１３は好ましくは不連続に塗布される。例えば、約５ミリメートル〜８ミリメートルの幅を有し、約１５ミリメートル〜２０ミリメートルの距離だけ互いに隔てられた処理された帯域１１が、紙全体にわたって横断方向に延びて形成される。

本発明によると、コーティング配合物１３はセルロースのナノ粒子１３ａを特に含む。

セルロースのナノ粒子１３とは、本明細書では、粒子が５マイクロメートル以下のメディアン寸法ｄ５０を有し、及び／又は個々にとった繊維が１００ｎｍ未満の寸法を少なくとも有するセルロースを意味する。

このメディアン寸法ｄ５０は、凝集体（すなわち塊）を形成する傾向を有するナノ粒子の平均寸法であり、５０％の点でとった粒子の相当径の積算粒径分布を示す。例えば、本発明において用いるのに好適な主にセルロースのナノ繊維は、約１００ナノメートルの長さの場合に２０ナノメートルのオーダーの厚さを有することができるが、これらのナノ繊維によって形成される塊の５０％は、通常は約３マイクロメートル〜４マイクロメートルである、ナノ繊維のｄ５０よりも小さい相当径を有するであろう。

上記粒子の使用には２つの利点がある。第１に、コーティング配合物の基本材料、すなわちセルロースは、セルロースからも作製される紙２０の製造に用いられる材料と高い適合性を有する。第２に、紙をセルロースのナノ粒子でコーティングすることによって、紙の自然な空隙率を低減することが可能である。ナノ粒子は、紙の自然な孔を部分的に埋め、最初の自然な孔内で人工的な孔のサブネットワークを築く（紙の孔数を増大させ、それらのそれぞれのサイズを低減する）。

したがって、紙の処理された領域１１は、コーティング配合物で処理されていない領域１２よりも低い通気度を有し、したがって、紙１０にＬＩＰ特性を与えながら、処理された領域１１と同じ自然な通気度を有する非処理紙のレベルと実質的に同様であるタール、ニコチン、一酸化炭素のレベルを得ることが可能となる。したがって、必然的に、喫煙物品１の紙１０の不連続な処理された領域１１における通気度を低減しながら、その低毒性を維持することが可能である。

セルロースナノ粒子を含有するコーティング配合物１３を不連続な処理された領域１１に含む紙１０は、同じ初期空隙率を自然に有する紙と同様の、更には同一の拡散率を有することが更に観察された。

したがって、セルロースのナノ粒子の使用は、その拡散率を保ちながらも低発火特性を有する紙を得るように、紙の区切られた領域内の通気度の人為的な低減を可能にする。このことは、このようにして得られる紙を用いて、毒性（ニコチン、タール、一酸化炭素のレベル）がＬＩＰ処理されていない紙のレベルと実質的に同様である喫煙物品を製造することができることを裏付ける。セルロースのナノ粒子によって得られる微小毛管現象又は微小ねじれが、（紙の自然な空隙率を低減するために）孔を塞ぐことによって単に閉じ、紙を通るガスの拡散に対する障害を形成する従来の膜形成配合物と比較して、ガスの良好な交換を効率的に可能にする。

コーティング配合物１３は、従来のＬＩＰ配合物に従った比率で、結合剤、添加剤、顔料（例えば水酸化アルミニウム）等の要素も含む。

セルロースは好ましくは植物由来である。例えば、用いられるセルロースは、セルロースナノ結晶（ＮＣ）又はミクロフィブリル化セルロース（ＮＦＣ）である。

また、ナノ粒子は、ナノ繊維、ナノチューブ、ナノフィラメント又はナノロッドでさえあってもよい。

好ましくは、ナノ粒子は、フィブリル化されていてもフィブリル化されていなくてもよいナノ繊維である。

以下の実施例において、単独の、又は同等なサイズすなわちマイクロメートルスケールの他の化合物との混合物中のナノ分散セルロース粒子（ＮＤＣ）の使用の例について説明する。ナノ分散セルロースは、高温及びかなりのせん断力下であっても高い保水力を有する非水溶性ナノ繊維である。通常、１０％のナノ分散セルロースの乾燥抽出物を含有する水溶液はゲル状であるが、４０％のナノ分散セルロースの乾燥抽出物を含む溶液は、完全に植物由来でありながらも、乾燥粉末のように挙動する。

ここでは、ナノ粒子を、５％〜１５％、好ましくは約１０％のナノ粒子の乾燥抽出物を含有する水溶液中の水和形態で塗布する。ナノ分散セルロースは、ＪＲＳ ＰＨＡＲＭＡ社によって販売されているＡｒｂｏｃｅｌ ＭＦ ４０−１００ Ｕｌｔｒａｆｉｎｅセルロースであってもよい。

１つの好ましい実施形態によると、ナノ分散セルロースのナノ繊維のメディアン寸法ｄ５０は１マイクロメートル未満である。

また、ナノ分散セルロースは好ましくは、ゲル状で塗布されるため、良好な保水性を有する。このように、表面上の孔を部分的に塞ぐとともにナノメートルスケールのより密な孔構造を築くように水素結合を再び形成することによって、ナノ分散セルロースは、紙の表面上の（例えば約３０マイクロメートルの紙の全厚に対して約４マイクロメートル〜６マイクロメートルの厚さにわたる）孔にしか入らない。

したがって、ナノ分散セルロース１３の層は、好ましくは抄紙機から取り出した後で紙１０の不連続な領域に塗布される。特に、ナノ分散セルロース１３の層は、印刷機上で、通常はフレキソ印刷又はヘリオグラフィ若しくはシルクスクリーン印刷によって塗布することができる。

このために、ＬＩＰ帯域を正確に印刷するように、例えば紙の処理されていない領域１２の寸法に合わせたマスクを施すことが可能である。紙上に不連続な領域を局所的に印刷する上記技術は印刷業界の当業者には公知であり、本明細書では更には詳述しない。

印刷機の使用は実際に、抄紙機よりもより融通がきき、ある喫煙物品と別の喫煙物品とでは変わり得る様々な機械的制約（喫煙物品に用いられる煙草の品質に応じて変わる、用いられるコーティング配合物、紙に加えられる圧力、コーティング配合物の粘度等）のより容易な統合を可能にする。

加えて、コーティング配合物１３は、１回又は複数回の通過で塗布することができ、様々な充填剤（乾燥抽出物のパーセンテージ、顔料等）を含有してもよく、及び／又は通過毎に異なる材料で構成してもよい。

例えば、処理された領域１１のＬＩＰ効果を更に高めるには、少なくとも２回の連続的な通過で（図３に示されるような）２つの異なるコーティング配合物１３ａ、１３ｂを塗布することが可能であり、１回目の通過は、ナノ分散セルロースを含有するコーティング配合物１３ａを含み、２回目の通過は、デンプン、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース等のような従来の膜形成化合物を含有するコーティング配合物１３ｂを含む。本出願人は、ナノ分散セルロース１３ａによって、コーティング配合物１３中に存在する結合剤及び添加剤（特に膜形成化合物１３ｂ）が表面上でより良好に維持され、それによってそれらのそれぞれの性能が高められることに気が付いた。

一つの変形例として、コーティング配合物１３は、ナノ分散セルロースと、デンプン等の膜形成化合物との双方を含むため、ナノ分散セルロース及びデンプンは紙上に同時に塗布される。

ナノ分散セルロース及びデンプンが紙に別々に塗布されようと又は同時に塗布されようと、得られるＬＩＰ効果（低発火特性）は、ナノ分散セルロースとデンプンとの相乗効果の結果であることが観察されている。得られる紙１０は低発火特性を有するだけではなく、この発火特性は、ナノ分散セルロースだけ又はデンプンだけを同じ比率で塗布することによって得られるであろうよりも低い。

加えて、処理された領域１１の紙１０は高い拡散率を有し、これは、得られる紙１０の毒性（煙草１本あたりのニコチン、タール、一酸化炭素のレベル）が、一般的に制定されている基準（タールに関して煙草１本あたり１０ｍｇ、ニコチンに関して煙草１本あたり１ｍｇ、一酸化炭素に関して煙草１本あたり１０ｍｇ）に適合したままであることを意味する。

最後に、デンプンを単独で用いる場合と比較して、ＦＡＳＥのパーセンテージに関しても改善が見られる。

以下に示す表は、喫煙物品の紙の不連続な領域に塗布されるナノ分散セルロース及びデンプンの双方を含有する配合物の例を示している。

全ての場合に、コーティングが１つ又は複数のコーティングステーションにおいて塗布されようとされてなかろうと、この試験計画のために、紙の表面の一部のみを、１８ｍｍ〜２０ｍｍおきで離間した７ｍｍの幅を有する横断方向の帯域１１でコーティングした。

工業的に、このタイプの試験計画は、ヘリオグラフィ又はフレキソ印刷若しくはシルクスクリーン印刷を用いる印刷機、より具体的には１つ〜８つの印刷ステーションを含むフレキソ印刷機を利用可能である。

ＡＳＴＭ試験及びＦＡＳＥ試験を、指示される処理に従って得られた紙から工業的に製造された煙草１に対して行った。用いた紙１０を、燃焼速度促進剤である塩（クエン酸カリウム）で一様に処理した。

試験１に関しては、コーティング配合物１３は、１０％の固形分を有する６９ｃｍ^３／ｍ^２の量のナノ分散セルロースを含むものであった（６．９ｇ／ｍ^２の理論堆積量に相当する）。

試験２に関しては、コーティング配合物１３は、１０％の固形分を有する５５ｃｍ^３／ｍ^２の量のデンプン（Ｐｅｒｆｅｃｔａｆｉｌｍ １５０、加工トウモロコシデンプン）を含むものであった（５．１ｇ／ｍ^２の理論堆積量に相当する）。

試験３に関しては、コーティング配合物１３は、１０％の固形分を有する（５．５ｇ／ｍ^２の理論堆積量に相当する）５５ｃｍ^３／ｍ^２の量の溶液中のデンプン及びナノ分散セルロースの等量混合物（５０／５０）を含むものであった（５．５ｇ／ｍ^２の理論堆積量に相当する）。

試験４、５、６に関しては、２つの異なるコーティング配合物１３ａ、１３ｂを紙に連続的に塗布した。第１のコーティング配合物１３ａはナノ分散セルロースを含有しており、第２のコーティング配合物１３ｂはデンプンを含有するものであった。

転写ロールの体積は、乾燥重量２．１ｇ／ｍ^２のナノ分散セルロースの転写が理論上可能であるように選択し、その量はそれらの３つの試験に関して一定であり、デンプンの理論転写量は異なっており、すなわち、試験４に関しては１．０ｇ／ｍ^２のデンプン、試験５に関しては２．０ｇ／ｍ^２のデンプン、試験６に関しては２．６ｇ／ｍ^２のデンプンであった。

したがって、紙１０の空隙率と、得られるＬＩＰ効果と、紙の拡散率（物品の毒性）との間で良好な折衷が得られる。

この方法は、煙草１本あたりのニコチン、タール、一酸化炭素のレベルを低減するために、紙１０の表面の全て又は一部を、燃焼促進剤である塩１４でコーティングする工程を更に含んでもよい。

１つの好ましい実施形態によると、コーティング１４は、不連続な領域に、更に好ましくはコーティング配合物１３によって処理されていない領域１２の全て又は一部に塗布される。好ましくは、塩１４は、紙の、ＬＩＰ処理を全く受けなかった領域１２の全てに塗布される。

本出願人は、先行技術に従う燃焼促進剤である塩によるＬＩＰ領域のコーティングは、多くの不都合点を伴うことを確認した。

まず、燃焼促進剤である塩１４の目的は、煙草の燃焼速度を促進させることであり、コーティング配合物１３の目的は、煙草の燃焼を低下させるために酸素の供給を制限することである。したがって、燃焼促進剤である塩１４及びコーティング配合物１３のそれぞれの効果は対照的な効果であり、燃焼促進剤である塩による紙１０の全体的なコーティングは、コーティング配合物の使用によって紙の通気度が更に低減されて塩の効果が相殺されることを示唆する。

また、紙１０の全体をコーティングすることによって、あまり広範囲に及ばない表面処理を有する領域、すなわちコーティング配合物で処理されていない領域１２が形成され、これによって、紙１０を加工するときに多くの問題の原因となる表面応力が生成される。したがって、燃焼促進剤である塩１４を、コーティング配合物によって処理されていない領域１２にのみ塗布することによって、紙１０の表面に対する応力のバランスをとることが可能である。したがって、紙１０は加工するのがより容易であり、加えてこのことは、シートの無駄を低減する。

最後に、塩１４の局所的なコーティングによって、紙１０に塗布される塩の総量を低減することが可能となり、したがって用いられる製品の量に関してかなり節減することが可能となる。それにもかかわらず、この工程は、塩１４を紙１０に選択的に塗布しなければならない限りは、紙の全体的なコーティングと比較して、実施するのに付加的な困難も伴う。しかし、これは、紙２０を塩１４でコーティングするために印刷機を用いることによって容易になる。

燃焼促進剤である塩１４は、従来の塩であり、例えばクエン酸カリウム又はクエン酸ナトリウムから選択してもよい。

加えて、燃焼促進剤である塩の領域１２及びＬＩＰ処理された領域１１は、必ずしも紙１０の一方の同じ面に塗布されない。例えば、ＬＩＰ処理された領域１１を紙１０の一方の面上に塗布し、燃焼促進剤である塩の領域１２を、紙１０の他方の面の、ＬＩＰ処理された領域１１間に塗布することが可能である。一つの変形例として、ＬＩＰ処理された領域１１及び燃焼促進剤である塩の領域１２がともに紙の両面に塗布される。

コーティング配合物１３によってコーティングされる表面は、一方の面に等しい表面全体の好ましくは１０％〜４５％、より好ましくは１５％〜３５％、更に好ましくは２０％〜３３％である。

また、燃焼促進剤である塩１４によってコーティングされる表面は、一方の面に等しい表面全体の９０％〜５５％、好ましくは８５％〜６０％、より好ましくは８０％〜６７％である。

本発明のこの実施形態によると、１平方メートルあたりの重量、すなわち坪量の増加はしたがって、表面全体にかかわり、ＬＩＰ処理された領域１１に相当する局所的な領域に限定されない。

燃焼促進剤による処理によってもたらされる、完成した紙の１平方メートルあたりの重量の変化は、煙草のベース紙の初期坪量の０．５％〜５％の間で、好ましくは１％〜４％、より好ましくは１.５％〜３．５％の間である。

ＬＩＰ処理によってもたらされる、完成した紙の１平方メートルあたりの重量の変化は、処理されていない紙と比較した１平方メートルあたりの全体的な変化が１．５％〜１５％となるように、煙草のベース紙の初期坪量の１％〜１０％の間で、好ましくは３％〜６％の間である。

ここで、本発明に従った喫煙物品の紙１０の幾つかの例を、これらの紙に対して行った試験、特に拡散試験、ＦＡＳＥ試験、ＡＳＴＭ Ｅ２ｌ７７−０４試験、ＬＩＰ領域の通気度の測定等の結果とともに説明する。

これらの実施例は、生産ラインにおいて、フレキソ印刷を用いる印刷プロセスによって行った。

これらの試験を通じて、いわゆる長綱抄紙機の形成及び脱水ワイヤと接触する紙の面に従来から相当する「ワイヤ面」を、コーティング配合物で処理した。紙のこの面は、反対の面に相当する「フェルト面」よりもマクロ多孔性であり、これは、この面が抄紙機上の脱水要素の近くに存在するためである。しかし、フェルト面の処理も想定することができる。

ＬＩＰコーティング配合物１３によって処理される面をタバコロール２０と接して配置することが可能であるか、又は喫煙物品の外側に配置することができ、これは、ＡＳＴＭ試験及びＦＡＳＥ試験の結果に対して有意な統計効果を全く有しないことに留意することが重要である。以下の実施例では、コーティング配合物によって処理される面を煙草のロールと接触させた。

工業的に、このタイプの試験計画はヘリオグラフィ又はフレキソ印刷機において可能である。例えば、１つ〜８つの印刷ステーションを有するフレキソ印刷機が本発明を実施するのに好適である。

２つのタイプのベース紙を試験した。

第１のタイプの紙１０は、２５．５ｇ／ｍ^２の初期坪量及び７０コレスタの通気度を有するものであった。第１のタイプの紙１０はまた、２７％の炭酸カルシウムを含有しており、燃焼促進剤である塩として１．３％のクエン酸三カリウムで一様に処理した（処理のレベルは、紙の重量に対する無水クエン酸のパーセンテージとして表す）。

第２のタイプの紙１０も、２５．５ｇ／ｍ^２の坪量、７０コレスタの通気度、２７％の炭酸カルシウムを有するものであったが、一様なクエン酸三カリウムでの処理は行わなかった。

これらの２種類の紙１０を、本発明の１つの実施形態に従うＬＩＰコーティング配合物１３により、４つの連続的なコーティングステーションを用いて２０ミリメートルおきで離間した７ミリメートルの領域１１を設けることによって処理した。

第２のタイプの紙のＬＩＰ処理されていない領域１２には、印刷機の他の利用可能なステーションを用いて燃焼促進剤である塩としてクエン酸三カリウム１４をコーティングした。試験１０及び試験１１において試験したクエン酸塩の固形分濃度は、それぞれ７％及び３％であった。これらの濃度で、（非ＬＩＰ領域のみを処理することによって得られる）完成した紙の無水クエン酸として表される１．３％のクエン酸三カリウムを目標とする最終レベル近くに到達することが可能であった。

ナトリウム透過率が７０コレスタである基材の自然で大幅な再構築を得るために、第１のフレキソ印刷ステーションにおいてナノ分散セルロース１３を徐々に増加させて実験計画を行った。

試験７〜１１に関しては、２つの異なるコーティング配合物１３ａ、１３ｂを、ＬＩＰ処理される紙の領域に連続的に塗布した。第１のコーティング配合物１３ａはナノ分散セルロースを含有しており、第２のコーティング配合物１３ｂはデンプンを含有するものであった。

転写ロールの体積は、
−試験７及び１０に関しては、１．１ｇ／ｍ^２（乾燥）のナノ分散セルロース１３ａ（Ｖ＝１１ｃｍ^３／ｍ^２）及び２．６ｇ／ｍ^２のデンプン１３ｂ（Ｖ＝２６ｃｍ^３／ｍ^２）、
−試験８及び１１に関しては、２．１ｇ／ｍ^２（乾燥）のナノ分散セルロース１３ａ（Ｖ＝２１ｃｍ^３／ｍ^２）及び２．０ｇ／ｍ^２のデンプン１３ｂ（Ｖ＝２０ｃｍ^３／ｍ^２）、
−試験９に関しては、３．０ｇ／ｍ^２（乾燥）のナノ分散セルロース１３ａ（Ｖ＝３０ｃｍ^３／ｍ^２）及び２．０ｇ／ｍ^２のデンプン１３ｂ（Ｖ＝２０ｃｍ^３／ｍ^２）
を転写することが理論上可能であるように選択した。

試験７及び８は、第１のタイプの紙１０に関するものであり、試験１０及び１１は、試験１０に関しては０．９８ｇ／ｍ^２（２×７ｃｍ^３／ｍ^２及び３％の乾燥抽出物によって得られるＶ＝１４ｃｍ^３／ｍ^２）及び試験１１に関しては１．０８ｇ／ｍ^２（３×Ｖ＝１２ｃｍ^３／ｍ^２及び７％の乾燥抽出物によるＶ＝３６ｃｍ^３／ｍ^２）の理論堆積量の比率になるように紙１０に不連続に塗布されるクエン酸三カリウム１４を更に含む第２のタイプの紙１０に関するものであった。

試験１０では、塩１４の溶液の約７０％が紙上へ移動し、したがって、局所的な領域あたり０．６９ｇ／ｍ^２の塩が理論上転写され、これは、初期表面と比較した７０％の表面１２に関して、完成した紙１０の１平方メートルあたり０．４８ｇ／ｍ^２の重量の、塩１４に起因する全体的な増大に相当する。

ＬＩＰ処理された領域１１に関して、ただし今度は３０％の残りの表面について同じ理論を適用することによって、０．７８ｇ／ｍ^２の重量の理論上の増大が得られた。

ＬＩＰ処理された領域上への堆積の実際の増大は２．８ｇ／ｍ^２であり、すなわち０．８４ｇ／ｍ^２の全体的な坪量の増大であった。最終的な坪量は２６．８ｇ／ｍ^２であり、すなわち１．１％の理論上の無水クエン酸で表される塩処理であった。

試験１１に関して、溶液中の燃焼促進剤である塩１４の濃度を低減させ、紙１０を弛緩させる紙１０の更なる「再湿潤」のために紙１０にコーティングされる溶液の量を増大させた。ＬＩＰ処理された領域１１のコーティングは、各通過の間に乾燥を伴う連続的な通過を用いて行い、これによって、本発明者らが確かめたところ、紙１０に歪みを生じさせる傾向のある、紙の表面上への応力が生じる。紙１２の全体を、ＬＩＰ処理は受けなかったが燃焼促進剤である塩１４によって処理された領域１２の連続的な湿潤及び乾燥を伴う湿潤に関して同じ処理に付すことによって、ＬＩＰ処理された領域１１と塩によって処理された領域１２との間の応力の差の良好な平衡を達成することが可能である。ここでは３回の連続的な塩処理を行った。

上記と同じ理論を適用することによって、塩に関連する完成した紙の坪量の理論上の増大は０．５３ｇ／ｍ^２であり、ＬＩＰ処理に起因する増大は０．８６ｇ／ｍ^２、すなわち最終的な坪量は２６．９ｇ／ｍ^２であった。

無水クエン酸として表される理論上のパーセンテージは、完成した紙と比べて１．２％に近い。

試験７と試験９との間に生じた変化によって、煙草の紙１０の空隙率の局所的な低減を得る能力に関するナノ分散セルロースのより良好な効果がこの場合も同様に示される。

十分にクエン酸処理した第１のタイプの紙から工業的に作製された煙草に対して行ったＡＳＴＭ試験により、燃えた煙草の数が試験７と試験９との間で低減したため、紙の発火特性が弱まることが示される。同様に、喫煙時の心地良さに関連するＦＡＳＥのパーセンテージは、ＬＩＰの最も高い紙に関して０％から４０％へ増大したため、十分に許容可能な挙動を示している。

試験９の組み合わせは、ＡＳＴＭ基準に従うＬＩＰ試験と、十分にクエン酸処理した紙のＦＡＳＥ試験との間で非常に良好な折衷案である。

最後に、拡散率の値は、試験した紙の発火特性とともに低下したが、得られる煙草の毒性は、従来のＬＩＰ煙草の毒性よりも低いままであった。

十分にクエン酸処理した紙（第１のタイプの紙）に対して最初に行った試験と、燃焼を促進させる塩溶液によって不連続にコーティングした紙（第２のタイプの紙）に対して行った試験との比較によって、このタイプのコーティング１４は、ＬＩＰ処理された領域１１の通気度に対してほんの少しの影響しか有さないことが示される（特に試験７及び試験１０並びに試験８及び試験１１を参照のこと）。したがって、紙１０の不連続な領域１２への燃焼促進剤である塩の添加は、紙１０の低発火特性（ＬＩＰ）を維持しながらも、毒性に関して良好な結果（より高い拡散率）を達成することを可能にする。

それにもかかわらず、ＡＳＴＭ基準によるＬＩＰ効果は、塩１４の溶液によって不連続にコーティングした紙に関してはより高い。

したがって、通気度が同等であるとすると、単にＬＩＰ処理された領域１１間に燃焼促進剤である塩１４を塗布することによって、ＡＳＴＭ基準に従った紙１０のＬＩＰ効果の有意な増大が可能となる。また、これは、一酸化炭素、ニコチン、タールのレベルの側面に対する影響に関して非常に期待できる道筋であり、この理由は、拡散率及び通気度によって、この新たな処理の道筋が紙１０の毒性にほとんど影響を及ぼさないのに対し、自己消火性の利点が有意であることが示されるためである。

Claims (23)

1. コーティング配合物（１３）で処理された領域（１１）を含み、該処理された領域の発火特性を前記コーティング配合物が低下させるようになっている喫煙物品（１）の紙（１０）において、
   前記コーティング配合物（１３，１３ａ）はセルロースのナノ粒子及びデンプンを含み、塊を形成する該セルロースのナノ粒子は、５マイクロメートル以下のメディアン寸法（ｄ５０）を有し、１００〜５００ｎｍの長さを有するセルロースナノ結晶または１ミクロン以下の長さを有するナノフィブリル化セルロースを含むことを特徴とする紙。
2. 前記ナノ粒子のサイズの少なくとも１つは、個々にとると１００ｎｍ以下である、請求項１に記載の紙。
3. 前記ナノ粒子はナノ分散セルロース（ＮＤＣ）であることを特徴とする、請求項２に記載の紙。
4. 前記コーティング配合物は、カルボキシメチルセルロース及び／又はメチルセルロースを更に含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の紙。
5. 前記処理された領域は、前記コーティング配合物によって処理されない領域（１２）によって互いに隔てられており、前記処理されない領域は、燃焼を促進させる塩（１４）によって処理されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の紙。
6. 前記燃焼を促進させる塩は、前記処理されない領域にのみ塗布されることを特徴とする、請求項５に記載の紙。
7. 前記処理された領域は、４ミリメートル〜８ミリメートルの幅を有するとともに１５ミリメートル〜２０ミリメートルの距離だけ２つずつ離間して横断方向に延びる帯域であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の紙。
8. 前記コーティング配合物は、顔料も含有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の紙。
9. 前記顔料は水酸化アルミニウムを含む、請求項８に記載の紙。
10. 発火特性を低減するようにコーティング配合物で処理された領域を備えた喫煙物品の紙であって、
    前記コーティング配合物はセルロースのナノ粒子及びデンプンを含み、個々にとった前記ナノ粒子の繊維が１００ｎｍ未満の寸法を少なくとも有する紙。
11. 前記セルロースのナノ粒子はナノ分散セルロース（ＮＤＣ）である、請求項１０に記載の紙。
12. 前記コーティング配合物は、カルボキシメチルセルロース及び／又はメチルセルロースを更に含む、請求項１０に記載の紙。
13. 前記処理された領域は、前記コーティング配合物によって処理されない領域によって互いに隔てられており、前記処理されない領域は、燃焼を促進させる塩によって処理される、請求項１０に記載の紙。
14. 燃焼を促進させる前記塩は、前記処理されない領域にのみ塗布される、請求項１３に記載の紙。
15. 前記処理された領域は、４ミリメートル〜８ミリメートルの幅を有するとともに１５ミリメートル〜２０ミリメートルの距離だけ２つずつ離間して横断方向に延びる帯域である、請求項１３に記載の紙。
16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の紙を製造する方法において、
    喫煙物品用の紙を準備する工程と、
    前記紙の不連続な領域にコーティング配合物の少なくとも１つの層を塗布する工程と
    を含み、
    前記コーティング配合物は、前記不連続な領域の発火特性を低下させるようになっていると共に、セルロースのナノ粒子を含むことを特徴とする方法。
17. 燃焼を促進させる塩の少なくとも１つの層を、前記コーティング配合物によって処理されない領域に塗布する工程を更に含むことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. デンプン、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースの群から選択された膜形成化合物の層を、前記処理された領域に塗布する工程を更に含むことを特徴とする、請求項１６または１７に記載の方法。
19. セルロースのナノ粒子を含む前記コーティング配合物は、デンプン、カルボキシメチルセルロース及び／又はメチルセルロースの群から選択された膜形成化合物も含み、
    前記方法は、セルロースのナノ粒子を含有する前記コーティング配合物を前記紙に塗布する前に前記膜形成化合物と混合する工程を更に含むことを特徴とする、請求項１６または１７に記載の方法。
20. 前記ナノ粒子を、５％〜１５％のナノ粒子の乾燥抽出物を含む水溶液中の水和形態で塗布することを特徴とする、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記コーティング配合物の少なくとも１つの層をヘリオグラフィ又はシルクスクリーン印刷若しくはフレキソ印刷によって塗布する、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記膜形成化合物の層をヘリオグラフィ又はシルクスクリーン印刷若しくはフレキソ印刷によって塗布する、請求項１８に記載の方法。
23. 前記燃焼を促進させる塩の少なくとも１つの層をヘリオグラフィ又はシルクスクリーン印刷若しくはフレキソ印刷によって塗布する、請求項１７に記載の方法。

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