KR101926724B1 - 저발화성 궐련지의 코팅 조성물, 이를 이용하는 담배, 그리고 저발화성 궐련지의 제조방법 - Google Patents

저발화성 궐련지의 코팅 조성물, 이를 이용하는 담배, 그리고 저발화성 궐련지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 저발화성 궐련지의 코팅 조성물은, 아라빅검 10 중량% 내지 30 중량%, 말토스 25 중량% 내지 35 중량%, 에탄올 15 중량% 내지 30 중량%, 그리고 물 10 중량% 내지 40 중량%를 포함한다.

Description

저발화성 궐련지의 코팅 조성물, 이를 이용하는 담배, 그리고 저발화성 궐련지의 제조방법{COATING COMPOSITION OF LOW IGNITION PROPENSITY CIGARETTE PAPER, CIGARETTE USING THE SAME, AND FABRICATING METHOD OF LOW IGNITION PROPENSITY CIGARETTE PAPER}
저발화성 궐련지의 코팅 조성물, 이를 이용하는 담배, 그리고 저발화성 궐련지의 제조방법이 제공된다.
일반적으로 담배를 제조하기 위해서, 먼저 다양한 종류의 잎담배(leaf tobacco)가 원하는 향과 맛이 나도록 배합하여 가공한다. 다음, 가공된 잎담배가 절각되어 담배 각초(cut tobacco leaf)가 제조되고, 담배 각초가 궐련지(cigarette paper)에 둘러싸여 필터 없는 궐련이 제조된다. 다음으로, 필요에 따라 필터 없는 궐련에 필터를 부착한다.
궐련지는 마(flax), 목재펄프 등으로 제조될 수 있으며, 연소될 때 연소성과 담배의 맛이 유지될 것이 요구된다. 담배 필터는 활성탄, 향미 물질 등을 포함할 수 있으며, 모노필터 또는 다중필터로 이루어질 수 있으며, 담배 필터 권지(cigarette filter wrapping paper)에 의해 둘러싸여 있다. 담배 각초부와 담배 필터는 팁 페이퍼(tipping paper)에 의해 연결되며, 팁 페이퍼는 미세한 구멍들을 포함할 수 있다.
궐련지는 적절한 기공도와 연소성에 의해 흡연시 목표 타르(target tar) 및 목표 니코틴(target nicotine)이 이행될 수 있도록 제조될 뿐만 아니라, 담배 고유의 끽미가 부여되도록 제조될 수 있다.
저발화성 궐련지는 밴드(band) 형태의 코팅부를 포함할 수 있고, 코팅된 밴드의 기공도가 낮으므로 담배의 연소가 밴드 부분에 도달하면 담배 각초로 유입되는 산소량이 감소하여 담배가 소화될 수 있다.
저발화성 궐련지의 코팅부를 형성하기 위한 코팅 조성물 및 이를 이용하는 담배에 대한 한국공개특허 2013-0045157 는 알파 전분, 말토덱스트린(maltodextrin), 에탄올, 그리고 물을 포함하는 코팅 조성물을 개시한다. 다만, 이러한 코팅 조성물은 전분 고유의 노화 특성으로 인하여 20 ℃ 이상의 조건에서 코팅 조성물의 특성을 유지하는 기간이 2개월 미만일 수 있고, 코팅 조성물이 저온에 노출되는 경우에는 급격히 노화되어 사용 가능 기간이 더욱 짧아질 수 있다. 또한 이러한 코팅 조성물은 고온 건조시 저발화 성능이 감소할 수 있고, 상온 건조시에는 궐련지 상에 코팅된 코팅 조성물의 건조가 어려울 수 있다. 또한 이러한 코팅 조성물은 회전 등의 동적인 상태에서의 점도 변화가 클 수 있고, 이로 인해 코팅 작업시 코팅량이 저하될 수 있으며, 작업성이 저하될 수 있다.
본 발명의 한 실시예는 저발화성 궐련지의 코팅 조성물의 사용 가능 기간 및 수명을 연장시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예는 저발화성 궐련지의 코팅 조성물의 상온 및 저온 조건에의 점도 유지 기간을 연장시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예는 저발화성 궐련지의 코팅 조성물의 동적 점도 유지율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예는 저발화성 궐련지의 코팅 조성물의 궐련지에 대한 코팅 작업시 코팅량을 증대시키고, 코팅량을 일정하게 유지시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예는 담배의 생산성 및 작업성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예는 건조성을 향상시켜 저발화성 궐련지의 코팅 조성물의 상온 건조를 구현하기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예는 저발화성 궐련지의 제조 비용을 절감시키고, 제조 시간을 단축시키기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 저발화성 궐련지의 코팅 조성물은, 아라빅검 10 중량% 내지 30 중량%, 말토스 25 중량% 내지 35 중량%, 에탄올 15 중량% 내지 30 중량%, 그리고 물 10 중량% 내지 40 중량%를 포함한다.
저발화성 궐련지의 코팅 조성물의 점도는 100 cPs 이상이고, 1000 cPs 미만일 수 있다.
저발화성 궐련지의 코팅 조성물의 회전 속도가 약 20 rpm 에서 100 rpm 으로 증가하는 경우의 동적 점도 유지율이 84% 이상일 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 담배는, 담배 각초부, 그리고 담배 각초부를 둘러싸고 있으며, 코팅 조성물이 건조되어 형성된 코팅부를 포함하는 저발화성 궐련지를 포함하고, 코팅 조성물은 아라빅검 10 중량% 내지 30 중량%, 말토스 25 중량% 내지 35 중량%, 에탄올 15 중량% 내지 30 중량%, 그리고 물 10 중량% 내지 40 중량% 를 포함한다.
담배 필터부를 더 포함할 수 있다.
담배 필터부는 적어도 하나의 필터 부재를 더 포함할 수 있다.
담배 필터부는 흡착제 및 향미제를 적어도 하나 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 저발화성 궐련지의 제조방법은, 코팅 조성물을 제조하는 단계, 궐련지의 일면에 코팅 조성물을 코팅하여 배출하는 단계, 그리고 코팅 조성물이 코팅된 궐련지를 가열 건조하여 밴드 형태의 코팅부를 형성함으로써 저발화성 궐련지를 제조하는 단계를 포함한다.
여기서, 코팅 조성물은, 아라빅검(arabic gum)10 중량% 내지 30 중량%, 말토스 25 중량% 내지 35 중량%, 에탄올 15 중량% 내지 30 중량%, 그리고 물 10 중량% 내지 40 중량%를 포함한다.
코팅 조성물을 제조하는 단계는, 아라빅검, 말토스, 에탄올 및 물의 중량을 각각 측정하는 칭량 단계, 그리고 아라빅검, 말토스, 에탄올 및 물을 혼합하는 배합 단계를 포함할 수 있다.
배합 단계는, 에탄올 및 물을 혼합하여 분산매를 제조하는 단계, 말토스를 분산매에 분산시키는 제1 분산 단계, 아라빅검을 분산매에 분산시키는 제2 분산 단계, 제2 분산 단계를 거친 조성물을 250 rpm 내지 350 rpm의 속도로 회전시키는 1차 균질화 단계, 그리고 제1 균질화 단계를 거친 조성물을 40 ℃ 이하로 제어하면서, 150 rpm 내지 250 rpm의 속도로 회전시키는 2차 균질화 단계를 포함할 수 있다.
제1 분산 단계에서, 말토스의 단위 분산량은 10 g/L/min 내지 20 g/L/min이고, 회전 속도는 17000 rpm 내지 20000 rpm이며, 제2 분산 단계에서, 아라빅검의 단위 분산량은 10 g/L/min 내지 20 g/L/min이고, 회전 속도는 17000 rpm 내지 20000 rpm일 수 있다.
코팅부는 둘 이상이고, 둘 이상의 코팅부는 서로 이격되어 있을 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 저발화성 궐련지의 코팅 조성물, 이를 이용하는 담배, 그리고 저발화성 궐련지의 제조방법은, 저발화성 궐련지의 코팅 조성물의 사용 가능 기간 및 수명을 연장시킬 수 있고, 상온 및 저온 조건에서 저발화성 궐련지의 코팅 조성물의 점도 유지 기간을 연장시킬 수 있으며, 저발화성 궐련지의 코팅 조성물의 동적 점도 유지율을 향상시킬 수 있고, 궐련지에 대한 코팅 작업시 저발화성 궐련지의 코팅 조성물의 코팅량을 증대시키고, 코팅량을 일정하게 유지시킬 수 있으며, 담배의 생산성 및 작업성을 향상시킬 수 있고, 건조성을 향상시켜 상온 건조를 구현할 수 있으며, 제조 비용을 절감시키고, 제조 시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 담배를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 담배를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 담배를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 실시예 1에 따른 코팅 조성물의 제조 공정 중 균질화 단계가 수행되기 이전의 점도 균질성과, 1차 균질화 단계 및 2차 균질화 단계에서의 점도 균질성을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 궐련지 및 담배에 대하여 도 1 내지 도 3을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 담배를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 담배를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 담배를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 담배(cigarette)(1)는 불에 의해 연소되는 담배 각초부(cigarette column portion)(10)와 담배 연기를 필터링하는 담배 필터부(cigarette filter portion)(20)를 포함한다. 담배 각초부(10)는 궐련지(19)에 의해 둘러 쌓여 있을 수 있으며, 담배 필터부(20)는 담배 필터 권지(28)에 의해 둘러 쌓여 있을 수 있다. 담배 각초부(10)와 담배 필터부(20)는 팁 페이퍼(tipping paper)(29)에 의해 연결될 수 있다. 담배(1)의 둘레는 대략 5 mm 내지 대략 30 mm일 수 있다. 담배 필터부(20)는 생략될 수 있다.
담배 각초부(10)는 다양한 방법에 의해 가공된 잎담배로부터 절각된 담배 각초(11)를 포함한다.
담배 필터부(20)는 제1 필터부(21)를 포함할 수 있다. 제1 필터부(21)는 아세테이트 토우, 종이 등으로 형성될 수 있다. 담배 필터부(20)는 2 개 이상의 필터 부재(filter member)를 포함하는 다중 필터일 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참고하면, 담배 필터부(20)는 제2 필터부(22) 및 제3 필터부(23)를 포함할 수 있다. 이외에도, 담배 필터부(20)는 3 개의 필터 부재, 4 개의 필터 부재를 포함할 수 있다.
담배 필터부(20)는 흡착제, 향미제 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 흡착제는 활성탄 등일 수 있으며, 향미제는 허브 향 물질 등일 수 있다. 다중 필터에서 1 개 이상의 필터 부재는 흡착제와 향미제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참고하면, 제2 필터부(22) 및 제3 필터부(23) 중 적어도 하나는 흡착제와 향미제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
궐련지(19)는 1 개 이상의 코팅부(coating portion)(18)를 포함한다. 예를 들어, 코팅부(18)는 밴드 형태일 수 있지만, 이외에도 다양한 모양을 가질 수 있다. 코팅부(18)의 개수, 두께, 그리고 모양은 다양하게 변형될 수 있으며, 복수개의 코팅부(18)의 간격도 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 코팅 조성물을 기공도가 약 10 cu 내지 약 100 cu 인 궐련지(19)에 도포하여, 담배(1) 당 2개의 밴드를 각초부(10) 끝단으로부터 15mm, 필터부(20)로부터 5mm 사이에 약 5 mm 내지 약 10 mm의 폭으로 형성할 수 있다.
코팅부(18)는 궐련지(19)의 기공도를 낮출 수 있으며, 이에 따라 담배의 연소가 코팅부(18)에 도달하면 담배 각초부(10)로 유입되는 산소량이 감소하여 담배(1)가 소화될 수 있다. 코팅부(18)를 포함하는 궐련지(19)를 저발화성 궐련지라고도 한다. 코팅부(18)에는 코팅 조성물이 도포된다. 예를 들어, 궐련지(19)의 기공도는 약 10 cu 내지 약 100 cu 일 수 있으며, 코팅부(18)의 기공도는 약 3 cu 내지 약 20 cu일 수 있다. 궐련지의 기재 종이(base paper)의 두께는 약 30 μm 내지 약 100 μm일 수 있으며, 기재 종이의 평량은 약 15 g/m2 내지 약 80 g/m2 일 수 있다. 코팅부(18)의 두께는 약 5 μm 이하일 수 있으며, 코팅부(18)의 평량은 약 15 g/m2 이하일 수 있다. 궐련지(19) 및 코팅 조성물 전체 중량에 대한 코팅 조성물의 중량 비율은 대략 40 중량% 이하일 수 있다. 코팅부(18)가 밴드 모양인 경우, 밴드 1 개당 코팅 조성물의 질량은 대략 2.5 mg 이하일 수 있다.
코팅 조성물은 아라빅검(arabic gum), 말토스(maltose), 에탄올(ethanol), 그리고 물을 포함한다.
아라빅검은 아라비아 고무 나무의 수액을 건조, 탈염하여 제조될 수 있다.
아라빅검은 궐련지(19)에 포함되어 있는 기공을 막아 산소 공급을 차단함으로써, 코팅 조성물의 저발화 성능을 구현할 수 있다.
아라빅검은 고농도에서도 상대적으로 낮은 점도(점성)를 가질 수 있고, 이로 인해 저점성 상태에서의 농도 조절이 용이해질 수 있다. 따라서, 저점도 및 고농도 특성을 갖는 코팅 조성물이 제조될 수 있고, 코팅 조성물의 코팅 농도 조절을 통해 연소 강도를 용이하게 제어할 수 있다.
아라빅검은 물에 대해 큰 용해도를 가질 수 있어, 코팅 조성물의 분산 안정성이 향상될 수 있고, 이로 인해 균일한 조성 및 농도를 갖는 코팅부(18)가 형성될 수 있다. 또한 아라빅검을 포함하는 코팅 조성물은 종래의 코팅 조성물에 비해 고온에서의 건조 속도가 높을 수 있다. 따라서 실시예에 따른 코팅 조성물은 코팅 공정의 작업성을 향상시킬 수 있다.
아라빅검은 노화 현상을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 종래의 알파 전분을 포함하는 코팅 조성물에 비해 코팅 조성물의 사용 가능 기간, 보관 기간, 점도 유지 기간, 또는 수명이 연장될 수 있다. 또한 코팅 롤러가 동작하는 동적인 상황에서의 동적 점도 유지율이 향상될 수 있고, 약 2 ℃ 정도의 저온 환경에서 발생할 수 있는 점도 변화가 크게 감소할 수 있다.
또한 아라빅검은 내열성이 우수하여 고온 조건에서도 성능이 유지될 수 있고, 건조 공정에서의 연소 시 이취 발생이 저감될 수 있다.
아라빅검은 코팅 조성물 전체에 대하여, 약 10 중량% 내지 약 30 중량% 가 포함될 수 있다. 이러한 범위 안에서 코팅 조성물의 분산 안정성이 향상되고 건조 속도가 상승하여 코팅 공정의 작업성이 더욱 향상될 수 있고, 저점도 유지 기간이 크게 연장될 수 있으며, 점도 유지율이 현저하게 향상될 수 있고, 노화 현상이 감소되어 수명이 연장될 수 있다.
말토스는 궐련지(19)에 포함되어 있는 기공을 막아 산소 공급을 차단함으로써, 아라빅검과 마찬가지로 코팅 조성물의 저발화 성능을 구현할 수 있다. 다만, 말토스의 평균 크기는 아라빅검의 평균 크기에 비해 작으므로, 말토스는 상대적으로 직경 또는 크기가 작은 미세 기공을 차단할 수 있다.
또한 말토스는 아라빅검의 노화 속도를 효과적으로 낮출 수 있고, 코팅 조성물의 노화 속도를 현저하게 지연시킬 수 있다. 따라서 종래의 말토덱스트린을 포함하는 코팅 조성물에 비해 점도 유지 기간을 연장시킬 수 있고, 점도 유지율을 향상시킬 수 있으며, 약 2 ℃ 정도의 저온에 노출된 경우에도 점도 변화가 최소화될 수 있다.
또한 말토스는 에탄올에 용해될 수 있고, 에탄올과 함께 사용되는 경우 코팅 조성물의 점도를 낮출 수 있고, 코팅 조성물의 구성 성분간의 결합력을 높일 수 있다.
또한 말토스를 포함하는 코팅 조성물은 종래의 코팅 조성물에 비해 고온에서의 건조 속도가 높을 수 있다. 따라서 실시예에 따른 코팅 조성물은 코팅 공정의 작업성을 향상시킬 수 있다.
말토스는 코팅 조성물 전체에 대하여 약 25 중량% 내지 약 35 중량% 포함될 수 있다. 이러한 범위 내에서, 저점도 유지 기간이 크게 연장될 수 있고, 점도 유지율이 현저하게 향상될 수 있으며, 노화 현상이 크게 감소되어 수명이 연장될 수 있고, 코팅 공정의 작업성이 향상될 수 있다.
에탄올은 코팅 조성물의 고형분 함량을 높일 수 있으며, 에탄올의 함량을 조절하여 코팅 조성물의 점도를 조절할 수 있다.
또한 에탄올은 코팅 조성물의 표면 장력을 낮춤으로써 코팅 작업에서 코팅 롤러와 코팅 조성물의 친화력을 높일 수 있고, 이를 통해 코팅량이 증가할 수 있으며, 코팅량이 일정하게 유지될 수 있어 코팅 작업성이 향상될 수 있고, 저발화 성능이 향상될 수 있다.
또한 에탄올은 코팅 조성물의 건조성을 향상시킬 수 있고, 고온에서의 건조 속도를 높일 수 있으며, 이로 인해 코팅 공정의 작업성을 향상시킬 수 있고, 궐련지에 물이 흡수되어 강도가 저하되는 현상을 감소시킬 수 있다.
에탄올은 코팅 조성물 전체에 대하여 약 15 중량% 내지 약 30 중량% 사용될 수 있고, 이러한 범위 내에서 코팅 조성물의 점도가 적절하게 유지될 수 있고, 코팅 공정의 작업성이 더욱 향상되어 담배의 생산성이 증대될 수 있으며, 담배의 저발화성능이 더욱 향상될 수 있다.
물은 코팅 조성물에서 다른 구성 성분들의 농도 또는 코팅 조성물의 농도를 조절하기 위해 사용될 수 있다. 또한 궐련지(19)의 코팅 조성물에 대한 흡수성을 향상시킬 수 있다.
물은 코팅 조성물 전체에 대하여 약 10 중량% 내지 약 40 중량% 사용될 수 있다. 이러한 범위 내에서 코팅 조성물의 농도 및 점도 조절이 보다 용이할 수 있다.
코팅 조성물에 의해 발생되는 다양한 효과는, 코팅 조성물의 각 성분이 단독으로 존재할 때에 비해, 모든 구성 성분이 혼합되어 있을 때 더욱 현저하게 나타날 수 있다. 전술한 다양한 효과들은 각 구성 성분의 결합에 의해 발생할 수 있고, 각 구성 성분의 결합에 의해 시너지 효과가 발생할 수 있다.
실시예에 따른 저발화성 궐련지의 코팅 조성물은, 약 10 중량% 내지 약 30 중량%의 아라빅검, 약 25 중량% 내지 약 35 중량%의 말토스, 약 15 중량% 내지 약 30 중량%의 에탄올, 그리고 약 10 중량% 내지 약 40 중량%의 물을 포함할 수 있다. 이러한 범위 내에서, 코팅 조성물의 사용 가능 기간 및 수명이 더욱 연장될 수 있고, 상온(약 25℃) 및 저온(약 2℃) 조건에서 코팅 조성물의 점도 유지 기간이 크게 연장될 수 있다. 또한 회전축에 의해 소정의 회전 속도로 회전되는 경우의 코팅 조성물의 점도 유지율을 나타내는 동적 점도 유지율이 더욱 향상될 수 있다. 또한 전술한 범위 내에서, 궐련지에 대한 코팅 작업시 저발화성 궐련지의 코팅 조성물의 코팅량을 증대될 수 있고, 코팅량이 일정하게 유지될 수 있으며, 건조성이 향상되어 코팅 작업성이 향상될 수 있고, 담배의 생산성 및 작업성이 향상될 수 있다.
코팅 조성물은 구연산(citric acid), 주석산(tartaric acid), 락트산(lactic acid), 말산(malic acid) 및 아스코르브산(ascorbic acid) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 이러한 물질들은 코팅 조성물의 부패 및 변질을 감소시켜 코팅 조성물의 사용 가능 수명 또는 저장 기간을 연장시킬 수 있다.
코팅 조성물은 벤조산나트륨(sodium benzoate), 소르빈산나트륨(sodium sorbate), 자몽종자 추출물(grapefruit seed extract) 및 계피 추출물(cinnamon extract) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 이러한 물질들은 코팅 조성물의 부패 및 변질을 감소시켜 코팅 조성물의 사용 가능 수명 또는 저장 기간을 연장시킬 수 있다. 또한 전술한 구연산, 주석산, 락트산, 말산 또는 아스코르브산 등의 물질과 함께 사용되는 경우, 코팅 조성물의 수명을 더욱 향상시킬 수 있다.
코팅 조성물은 잔탄검(xanthan gum), 구아검(guar gum), 아밀로펙틴(amylopectin) 및 에스테르 전분(starch ester) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 잔탄검, 구아검, 아밀로펙틴, 에스테르 전분 등은 보조적으로 코팅 조성물의 점도를 저하시키고, 구성 성분들의 분산성을 향상시켜, 코팅 조성물의 사용 가능 기간을 연장시킬 수 있다.
코팅 조성물의 점도는 적절하게 조절될 필요가 있고, 실시예에 따른 저발화성 궐련지의 코팅 조성물의 점도는 약 100 cPs 이상이고, 약 1000 cPs 미만일 수 있다.
코팅 조성물은 궐련지(19)의 내부의 공극을 채우므로, 코팅 조성물의 점도가 너무 낮으면 궐련지(19)의 광학적 특성 및 저발화 특성이 저하될 수 있다. 예를 들어 코팅 조성물의 점도가 약 100 cPs 미만인 경우, 궐련지(19)의 백색도 및 불투명도가 감소할 수 있고, 코팅 조성물의 궐련지 내 침투 속도가 증가(확산 계수가 증가)함으로써, 궐련지 표면에 남아 있는 아라빅검 및 말토스의 양이 감소하여 공극 차단 능력 또는 저발화 성능이 감소할 수 있다. 또한 코팅 조성물의 점도가 약 100 cPs 미만인 경우, 코팅 조성물의 동적 점도 유지율이 크게 감소할 수 있다.
여기서, 동적 점도 유지율과 관련하여, 코팅 조성물은 코팅 롤러(roller) 등의 회전 장치에 의해 궐련지(19)에 코팅될 수 있다. 회전 속도가 상승하는 경우 등의 동적 조건에서 점도가 변화하는 경우에는 코팅부(18)가 불균일한 농도로 형성되고, 저발화 성능이 저하되며, 공정 작업성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다. 따라서 동적인 상태에서의 코팅 조성물의 점도 변화가 최소화되어야 코팅이 안정적으로 진행될 수 있다.
코팅 조성물의 점도가 너무 높은 경우에도, 동적 점도 유지율이 저하될 수 있다. 예를 들어, 코팅 조성물의 점도가 약 1000 cPs 이상인 경우에는, 코팅 조성물의 동적 점도 유지율이 크게 감소할 수 있고, 이로 인해 불균일한 형태 및 농도의 코팅부(18)가 형성될 수 있고, 코팅 공정 작업성이 저하될 수 있다.
코팅 조성물의 점도가 약 100 cPs 이상이고, 약 1000 cPs 미만으로 조절된 경우에 있어서, 코팅 조성물의 회전 속도가 약 20 rpm 에서 100 rpm 으로 증가하는 경우의 동적 점도 유지율은 약 84% 이상일 수 있고, 코팅 조성물의 회전 속도가 약 20 rpm 에서 100 rpm 으로 증가하는 경우의 확산 계수는 약 0.15 이하일 수 있다. 이러한 범위 내에서, 코팅 조성물의 코팅 공정이 안정하게 진행될 수 있고, 궐련지(19)로 전이되는 코팅량이 많아질 수 있으며, 코팅량이 일정하게 유지될 수 있다.
한편, 궐련지는 물과 접촉시 강도가 저하되는 특성을 갖는다. 따라서, 종래의 코팅 조성물을 궐련지에 코팅한 후에는 수분을 제거하기 위해 건조 설비를 사용하고 있다. 이때, 건조 공정은 주로 약 200 ℃ 이상의 고온 조건에서 이루어질 수 있고, 이로 인해, 담배 제조 비용 및 시간이 증가할 수 있고, 저발화 성능이 감소하는 등 코팅 조성물이 변질될 우려가 있다. 또한 종래의 코팅 조성물은 상온 조건(약 25 ℃)에서는 건조가 이루어지지 않을 수 있다.
반면, 실시예에 따른 코팅 조성물의 경우, 건조성이 우수하여, 고온 조건에서의 건조 속도가 종래의 코팅 조성물 건조 속도에 비해 상대적으로 매우 빠를 수 있다. 또한, 종래의 코팅 조성물과 달리, 실시예에 따른 코팅 조성물의 경우에는 상온 조건에서도 건조될 수 있다. 따라서, 별도의 건조 설비가 필요하지 않을 수 있고, 이로 인해 담배 제조 비용 및 시간이 절약될 수 있고, 코팅 조성물의 성질이 일정하게 유지될 수 있다.
한편, 실시예에 따른 저발화성 궐련지의 제조방법은, 코팅 조성물을 제조하는 단계, 궐련지의 일면에 코팅 조성물을 코팅하여 배출하는 단계, 그리고 코팅 조성물이 코팅된 궐련지를 가열 건조하여 밴드(band) 형태의 코팅부를 형성함으로써 저발화성 궐련지를 제조하는 단계를 포함한다.
여기서, 코팅 조성물은, 아라빅검 10 중량% 내지 30 중량%, 말토스 25 중량% 내지 35 중량%, 에탄올 15 중량% 내지 30 중량%, 그리고 물 10 중량% 내지 40 중량%를 포함한다.
우선 코팅 조성물을 제조하는 단계가 수행된다.
코팅 조성물을 제조하는 단계는, 구성 성분의 칭량 단계, 배합 단계, 코팅 조성물의 점도 검사 단계 및 코팅 조성물의 배출 단계를 포함할 수 있다.
칭량 단계는 코팅 조성물을 구성할 각 구성 성분의 중량을 측정하는 단계이다. 여기서 아라빅검, 말토스 및 에탄올의 중량이 물의 중량에 비하여 클수록 코팅 조성물의 점도가 증가될 수 있다. 또한 저발화성 코팅 조성물이 사용될 때, 저발화 성능을 발휘함과 동시에 건조성 등의 생산성을 향상시키기 위해서는, 코팅 조성물의 구성 성분인 아라빅검, 말토스, 에탄올, 물 등의 중량 비율이 매우 중요할 수 있다.
배합 단계는 기 설정된 조성비에 따라 각 구성 성분을 혼합하는 단계이다.
배합단계는 분산매 준비 단계, 제1 분산 단계, 제2 분산 단계, 1차 균질화 단계, 그리고 2차 균질화 단계를 포함할 수 있다.
우선, 분산매 준비 단계는 물과 에탄올을 혼합하여 분산매를 제조하는 단계이다. 이때, 분산매의 온도는 약 25 ℃ 내지 약 35 ℃로 유지될 수 있고, 이러한 범위 내에서 혼합시에 발생할 수 있는 온도의 영향이 최소화될 수 있다.
제1 분산 단계는 전술한 분산매를 회전시키면서 말토스를 분산시키는 단계이다. 여기서, 단위 분산량은 약 10 g/L/min 내지 약 20 g/L/min 일 수 있고, 분산매의 회전 속도는 약 17000 rpm 내지 약 20000 rpm일 수 있다. 이러한 범위 내에서 말토스가 분산매에 효과적으로 균일하게 분산될 수 있다.
제2 분산 단계는 제1 분산 단계를 거친 조성물을 회전시키면서 아라빅검을 분산시키는 단계이다. 이때, 단위 분산량은 10 g/L/min 내지 약 20 g/L/min 일 수 있고, 조성물의 회전 속도는 약 17000 rpm 내지 약 20000 rpm일 수 있다. 이러한 범위 내에서 아라빅검이 조성물에 효과적으로 균일하게 분산될 수 있다.
이어서, 1차 균질화 단계는 제2 분산 단계를 거친 조성물의 전 부분에서 점도가 균일화될 수 있도록, 이중 십자형 임펠러 등의 장비를 활용하여 약 250 rpm 내지 약 350 rpm의 속도로 조성물을 회전시키는 단계이다. 이러한 범위 내에서, 아라빅검 및 말토스가 분산매에 균일하게 분산될 수 있고, 점도가 균일하게 형성될 수 있다. 이때, 회전에 의해 조성물의 온도가 상승할 수 있다.
2차 균질화 단계는, 1차 균질화 단계를 거친 조성물의 온도를 약 40 ℃ 이하고 하강시키고, 호모믹서(homomixer) 등의 장비를 활용하여 약 150 rpm 내지 약 250 rpm의 속도로 조성물을 회전시키는 단계이다. 이러한 범위 내에서, 아라빅검 및 말토스가 분산매에 균일하게 분산될 수 있고, 점도가 균일하게 형성될 수 있다.
밴드 형태의 코팅부가 균일하게 형성되기 위해서는, 코팅 조성물의 점도가 모든 부분(부위)에서 균일하게 유지되는 것이 매우 중요하다.점도 검사 단계 및 코팅 조성물의 배출 단계는 점도가 균일화된 코팅 조성물의 점도를 검사를 통해 최종 확인한 후 배출하는 단계이다.
이어서, 준비된 궐련지에 코팅 조성물을 코팅하여 궐련지를 배출하는 단계가 수행된다.
예를 들어, 롤 형태로 말려져 있는 궐련지가 롤러를 통해 코팅 장치로 공급되고, 코팅 조성물 역시 롤러를 통해 궐련지에 코팅될 수 있다.
이후, 코팅 조성물이 코팅된 궐련지를 가열 건조하여 밴드 형태의 코팅부(18)를 형성함으로써 저발화성 궐련지를 제조하는 단계가 수행된다. 가열은 별도의 가열 장치를 통해 진행될 수 있다.
여기서, 코팅부(18)의 개수, 두께, 그리고 모양은 다양하게 변형될 수 있으며, 복수개의 코팅부(18)의 간격도 다양하게 변형될 수 있다.
이하에서는, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예는 본 발명의 실시예일뿐, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
말토스와 아라빅검의 최적의 단위 분산량 설정 실험
아라빅검, 말토스, 에탄올 및 물을 각각 조성비에 따라 칭량한 후, 물과 에탄올을 혼합하여 분산매를 제조하고, 가열 또는 냉각을 통해 분산매의 온도를 약 30℃로 유지시킨다.
이러한 분산매에 임펠러를 이용하여 약 18000 rpm의 회전 속도를 유지하면서 다양한 단위 분산량으로 말토스를 분산시키고 점도를 측정하였다(제1 분산 단계). 이어서, 약 18000 rpm의 회전 속도를 유지하면서 다양한 단위 분산량으로 아라빅검을 분산시키고 점도를 측정하였다(제2 분산 단계). 결과는 하기 표 1에 나타냈다.
단위 분산량(g/L/min) 제1 분산 단계(말토스) 제2 분산 단계(아라빅검)
5 30 50
10 30 190
15 55 200
20 50 720
250 50 1610
300 80 2750
350 170 분산 불가
400 680 분산 불가
표 1을 참조하면, 말토스의 단위 분산량이 10 g/L/min 내지 20 g/L/min이고, 아라빅검의 단위 분산량이 10 g/L/min 내지 20 g/L/min인 경우, 조성물의 점도가 100 cPs 보다 크고 1000 cPs 보다 작다는 것을 알 수 있다.
실시예 1
아라빅검, 말토스, 에탄올 및 물을 각각 조성비에 따라 칭량한 후, 물과 에탄올을 혼합하여 분산매를 제조하고, 가열 또는 냉각을 통해 분산매의 온도를 약 30℃로 유지시킨다.
이러한 분산매에 임펠러를 이용하여 약 18000 rpm의 회전 속도 및 약 15 g/L/min의 단위 분산량으로 말토스를 분산시킨다. 이어서, 약 18000 rpm의 회전 속도 및 약 15 g/L/min의 단위 분산량으로 아라빅검을 분산시킨다. 이때, 회전에 의해 조성물의 온도가 상승할 수 있고, 약 45℃를 초과하지 않도록 제어한다.
이후 이중 십자형 임펠러를 사용하여 조성물을 약 300 rpm의 속도로 회전시켜 점도를 균일화한다. 이후 균질화된 혼합물의 온도를 약 30 ℃로 하강시키고 호모믹서를 사용하여 조성물을 약 200 rpm의 속도로 회전시킨다.
이때 코팅 조성물의 조성은 아라빅검 15 중량%, 말토스 35 중량%, 에탄올 25 중량%, 물 25 중량% 이다.
실시예 2
코팅 조성물의 조성이 아라빅검 20 중량%, 말토스 30 중량%, 에탄올 25 중량%, 물 25 중량% 인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조한다.
실시예 3
코팅 조성물의 조성이 아라빅검 25 중량%, 말토스 25 중량%, 에탄올 25 중량%, 물 25 중량% 인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조한다.
실시예 4
실시예 1에서 제조된 코팅 조성물을 기공도가 60 cu인 궐련지에 도포하여, 폭이 7 mm인 밴드 2개가 20 mm 간격으로 궐련지에 형성된다. 밴드의 기공도는 4.5 cu 이다. 제조된 궐련지를 이용하여 담배를 제조한다.
비교예 1
코팅 조성물의 조성이 아라빅검 10 중량%, 말토스 40 중량%, 에탄올 25 중량%, 물 25 중량% 인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조한다.
비교예 2
아라빅검, 에탄올 및 물을 각각 조성비에 따라 칭량한 후, 물과 에탄올을 혼합하여 분산매를 제조하고, 가열 또는 냉각을 통해 분산매의 온도를 약 30℃로 유지시킨다.
이러한 분산매에 임펠러를 이용하여 약 18000 rpm의 회전 속도 및 약 32 g/L/min의 단위 분산량으로 아라빅검을 분산시킨다. 이때, 회전에 의해 조성물의 온도가 상승할 수 있고, 약 45℃를 초과하지 않도록 제어한다.
이후 이중 십자형 임펠러를 사용하여 조성물을 약 300 rpm의 속도로 회전시켜 점도를 균일화한다. 이후 균질화된 혼합물의 온도를 약 30 ℃로 하강시키고 호모믹서를 사용하여 조성물을 약 200 rpm의 속도로 회전시킨다.
이때 코팅 조성물의 조성은 아라빅검 50 중량%, 에탄올 25 중량%, 물 25 중량% 이다.
비교예 3
알파 전분, 말토덱스트린(maltodextrin), 에탄올 및 물을 각각 조성비에 따라 칭량한 후, 물과 에탄올을 혼합하여 분산매를 제조한다. 이러한 분산매에 약 30000 rpm의 회전 속도로 말토덱스트린과 알파 전분을 순차적으로 첨가한다. 분산 온도는 약 30 ℃ 이다.
이때 코팅 조성물의 조성은 알파 전분 15 중량%, 말토덱스트린 35 중량%, 에탄올 25 중량%, 물 25 중량% 이다.
비교예 4
코팅 조성물이 말토스가 아닌 말토덱스트린을 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조한다.
이때 코팅 조성물의 조성은 아라빅검 15 중량%, 말토덱스트린 35 중량%, 에탄올 25 중량%, 물 25 중량% 이다.
비교예 5
코팅 조성물이 말토스가 아닌 솔비톨(sorbitol)을 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조한다.
이때 코팅 조성물의 조성은 아라빅검 15 중량%, 솔비톨 35 중량%, 에탄올 25 중량%, 물 25 중량% 이다.
비교예 6
코팅 조성물이 말토스가 아닌 수크로스(sucrose)를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조한다.
이때 코팅 조성물의 조성은 아라빅검 15 중량%, 수크로스 35 중량%, 에탄올 25 중량%, 물 25 중량% 이다.
비교예 7
비교예 3에서 제조된 코팅 조성물을 기공도가 60 cu 인 궐련지에 도포하여, 폭이 7 mm인 밴드 2개가 20 mm 간격으로 궐련지에 형성된다. 밴드의 기공도는 3.1 cu이다. 제조된 궐련지를 이용하여 담배를 제조한다.
비교예 8
비교예 4에서 제조된 코팅 조성물을 사용하여 비교예 7과 동일한 방법으로 담배를 제조한다.
비교예 9
비교예 5에서 제조된 코팅 조성물을 사용하여 비교예 7과 동일한 방법으로 담배를 제조한다.
비교예 10
비교예 6에서 제조된 코팅 조성물을 사용하여 비교예 7과 동일한 방법으로 담배를 제조한다.
1차 균질화 단계 및 2차 균질화 단계에 의한 코팅 조성물의 점도 균질성 비교
실시예 1에서, 말토스와 아라빅검을 분산매에 분산시킨 직후에 조성물의 부위별(위치별) 샘플(sample)을 채취하여 점도를 측정하였고, 조성물을 약 300 rpm의 속도로 회전시키는 1차 균질화 단계를 거친 조성물의 부위별 샘플을 채취하여 점도를 측정하였으며, 1차 균질화 단계를 거친 조성물의 온도를 약 30 ℃로 하강시키고 약 200 rpm의 속도로 회전시키는 2차 균질화 단계를 거친 조성물의 부위별 샘플을 채취하여 점도를 측정하였고, 각 점도 측정 결과를 비교한 그래프를 도 4에 나타냈다.
도 4를 참조하면, 총 40 회의 샘플링에 의한 점도 측정 결과, 말토스 및 아라빅검의 분산 직후의 부위별 점도에 비해, 1차 균질화 단계 및 2차 균질화 단계를 거친 후, 조성물의 각 부위별로 점도가 보다 균질하게 형성되었다는 것을 파악할 수 있다.
시간 경과에 따른 코팅 조성물의 점도 변화 측정
25 ℃, 20 rpm의 조건에서, 시간 경과에 따른 실시예 1와 비교예 3의 코팅 조성물의 점도 변화를 측정한 결과를 하기 표 2에 나타냈다. 이때, 점도 측정은 BrookField, Spindle No.3 장비로 수행되었다.
구분 제조직후 1월 2월 3월 4월 5월 6월 8월 10월
비교예 3 1950 1960 1990 1970 - - - - -
실시예 1 330 320 330 330 330 330 320 330 330
표 2를 참조하면, 비교예 3에 따른 코팅 조성물은 3개월 이후의 점도가 측정 가능 범위인 약 10000 cPs 를 초과하여 점도 측정 및 사용이 불가능하였다.
반면, 실시예 1에 따른 코팅 조성물의 경우 10개월 동안 330 cPs 정도의 점도를 일정하게 유지하는 것을 볼 수 있다. 따라서, 실시예 1에 따른 코팅 조성물의 점도 유지 기간, 사용 가능 기간 및 수명이 현저하게 연장되었음을 확인할 수 있다.
저온 조건에서 시간 경과에 따른 코팅 조성물의 점도 변화 측정
2 ℃, 20 rpm의 조건에서, 시간 경과에 따른 실시예 1과 비교예 3의 코팅 조성물의 점도 변화를 측정한 결과를 하기 표 3에 나타냈다.
구분 제조직후 1시간 2시간 3시간 4시간 1일 1월 3월 6월
비교예 3 1960 3120 4870 6125 - - - - -
실시예 1 270 270 260 270 270 270 280 270 270
표 3을 참조하면, 비교예 3에 따른 코팅 조성물은 4시간 경과시 점도가 지나치게 높아져 변질되었고, 측정 및 사용이 불가능했다.
반면, 실시예 1에 따른 코팅 조성물의 경우, 상대적으로 현저하게 낮은 점도를 6개월 동안 유지하였다.
이로부터, 비교예에 따른 코팅 조성물이 저온에 노출되면 매우 빠른 시간 안에 변질되는데 반해서, 실시예 1에 따른 코팅 조성물의 경우, 시간 경과에 따른 점도 변화가 거의 없는 것을 볼 수 있고, 약 2 ℃ 정도의 저온 조건에서도 점도 변화가 거의 없어 보관 온도에 의해 거의 영향을 받지 않는다는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 코팅 조성물은 기존의 코팅 조성물에 비해 수명이 크게 연장되었고, 저온 조건에서의 점도 유지율 및 안정성이 현저하게 향상되었음을 알 수 있다.
코팅 조성물의 최적 점도 설정 실험
25 ℃, 20 rpm의 시작 조건에서, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 비교예 1, 그리고 비교예 2에 따른 코팅 조성물의 동적 점도 유지율 및 확산계수를 측정한 결과를 하기 표 4에 나타냈다.
여기서, 확산계수는 두 개의 챔버(chamber) 사이에 분석 시료를 넣고 각각의 챔버에 다른 종류의 기체를 공급한 후 시료를 통과하여 확인된 반대 면의 기체 농도를 체크하는 방식으로 측정되었다. 확산계수가 작을수록 시료를 통과한 기체량이 적은 것을 나타내고, 이는 시료가 궐련지에 코팅되는 경우 코팅량이 많고 고르게 될 수 있다는 것을 의미한다.
코팅 조성물
Spindle 회전수별 점도
(cPs) 		동적 점도 유지율
(%)
확산계수
20 rpm 100 rpm 평균 표준편차
100 cPs 미만
(비교예 1)		 87 45 52 0.37 0.21
100~300 cPs
(실시예 1)		 210 200 95 0.11 0.03
300~500 cPs
(실시예 2)		 390 370 95 0.12 0.02
500~1000 cPs
(실시예 3)		 750 630 84 0.15 0.12
1000 cPs 이상
(비교예 2)		 1050 780 74 0.27 0.22
표 4를 참조하면, 20 rpm 회전 조건에서, 비교예 1에 따른 코팅 조성물의 점도는 87 cPs, 실시예 1에 따른 코팅 조성물의 점도는 210 cPs, 실시예 2에 따른 코팅 조성물의 점도는 390 cPs 실시예 3에 따른 코팅 조성물의 점도는 750 cPs, 비교예 2에 따른 코팅 조성물의 점도는 1050 cPs 으로 각각 측정되었다.
여기서, 회전 속도를 100 rpm으로 증가시켰을 때의 점도 유지율(동적 점도 유지율)을 측정한 결과, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 코팅 조성물은 상대적으로 낮은 점도 유지율을 나타냈지만, 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 코팅 조성물의 경우 약 84% 이상의 높은 동적 점도 유지율을 보이는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 실시예들에 따른 코팅 조성물의 경우, 코팅 롤러가 고속으로 회전하더라도 점도 저하가 발생하지 않고, 궐련지로 전이되는 코팅 조성물의 양이 일정하게 유지되므로, 코팅 작업성이 향상될 것을 예측할 수 있다.
또한, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 코팅 조성물의 경우 상대적으로 높은 확산계수를 갖는데 비해, 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 코팅 조성물의 경우 확산 계수가 약 0.15 이하임을 볼 수 있다.
따라서, 실시예들에 따른 코팅 조성물의 낮은 확산계수 값을 통해 궐련지로의 코팅량이 상대적으로 많을 것이라는 사실을 알 수 있고, 제조 시간이 단축되고, 제조 원가가 절감되며, 담배의 생산성이 향상될 것을 예측할 수 있다.
코팅 조성물의 성분별 동적 점도 유지율 측정 실험
25 ℃, 20 rpm의 시작 조건에서, 실시예 1, 비교예 3, 비교예 4, 비교예 5, 그리고 비교예 6에 따른 코팅 조성물의 동적 점도 유지율을 측정한 결과를 하기 표 5에 나타냈다.
코팅 조성물 Spindle 회전수별 점도 (cPs) 점도 유지율(%)
20 rpm 100 rpm
비교예 3 1950 1700 87
비교예 4 200 110 55
비교예 5 250 80 32
비교예 6 230 65 28
실시예 1 210 205 98
표 5를 참조하면, 20 rpm 회전 조건에서, 비교예 3에 따른 코팅 조성물의 점도는 1950 cPs, 비교예 4에 따른 코팅 조성물의 점도는 200 cPs, 비교예 5에 따른 코팅 조성물의 점도는 250 cPs, 실시예 3에 따른 코팅 조성물의 점도는 750 cPs, 비교예 2에 따른 코팅 조성물의 점도는 1050 cPs로 측정되었다.
여기서, 회전 속도를 100 rpm으로 증가시켰을 때의 점도 유지율(동적 점도 유지율)을 측정한 결과, 비교예 3 내지 비교예 6에 따른 코팅 조성물에 비해, 실시예 1에 따른 코팅 조성물은 98 %의 월등한 동적 점도 유지율을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 코팅 조성물의 경우, 코팅 롤러가 고속으로 회전하더라도 점도 저하가 발생하지 않고, 궐련지로 전이되는 코팅 조성물의 양이 일정하게 유지되므로, 코팅 작업성이 향상될 것을 예측할 수 있다.
코팅 조성물의 건조 속도 비교 실험
적외선 수분 측정기를 사용하여, 105 ℃의 고온 조건에서 비교예 3 및 실시예 1에 따른 코팅 조성물의 시간별 용매 건조율을 측정한 결과를 하기 표 6에 나타냈다.
코팅 조성물 105 ℃에서 시간별 코팅 조성물의 용매 건조율 ( % )
1 분 2 분 3 분 4 분 5 분 10 분 30 분
비교예 3 19 30 49 62 72 87 100
실시예 1 96 100 100 100 100 100 100
표 6을 참조하면, 비교예 3에 따른 코팅 조성물은 30 분이 경과되어서야 용매가 모두 건조된 반면, 실시예 1에 따른 코팅 조성물은 2 분만에 건조가 완료된 것을 볼 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 코팅 조성물의 건조성이 매우 우수한 것을 알 수 있고, 이로 인해 코팅 작업성이 향상되고, 담배 제조 비용이 절감되며, 제조 시간이 절약될 것을 예측할 수 있다.
코팅 조성물 종류 및 건조 조건별 생산 속도 변화에 따른 저발화 성능 및 확산계수 비교 실험
비교예 7 및 실시예 4에 따른 담배(궐련)에 대하여, 상온 조건(25 ℃)과 고온 조건(220 ℃)에서의 궐련(담배) 생산 속도 변화에 따른 저발화 성능 및 확산계수를 측정한 결과를 하기 표 7 및 표 8에 나타냈다.
여기서, 저발화 성능은 ISO-12863 연소 성향(Ignition Propensity) 측정 방법으로 거름종이 10 장 위에 놓인 담배의 소화율을 나타낸다.
궐련(담배) 건조 온도 궐련 생산 속도(cpm)별 저발화 성능 ( % )
2000 3000 4000 5000 6000 8000 10000
비교예 7 25 ℃ 100 45 - - - - -
220 ℃ 100 100 100 90 90 85 80
실시예 4 25 ℃ 100 100 100 100 100 100 100
220 ℃ 100 100 100 100 100 100 100
표 7을 참조하면, 고온 건조 조건에서, 비교예 7에 따른 담배의 경우, 생산 속도가 2000 cpm(cigarette per minute)에서 10000 cpm으로 높아지는 동안 저발화 성능이 감소하였으나, 실시예 4에 따른 담배의 경우에는 저발화 성능이 그대로 유지되었다.
또한 상온 건조 조건에서, 비교예 7에 따른 궐련의 경우 궐련지 상의 코팅 부위가 건조되지 않음으로 인해 4000 cpm 이상의 생산 속도에서는 궐련 생산이 불가능하여 저발화 성능을 측정할 수 없었으나, 실시예 4에 따른 담배의 경우에는 저발화 성능이 그대로 유지되었다.
따라서, 비교예에 따른 담배의 경우에는 반드시 220 ℃ 이상의 고온 건조 공정 필요하지만, 실시예에 따른 담배의 경우, 코팅 조성물의 건조성이 상대적으로 매우 우수한 것을 알 수 있고, 상온 조건에서도 궐련 생산 속도에 무관하게 건조가 가능하기 때문에, 생산 공정에서 고온 건조 장비가 생략될 수 있어 코팅 작업성이 향상되고, 담배 제조 비용이 절감되며, 제조 시간이 절약될 것을 예측할 수 있다.
궐련(담배) 건조 온도 궐련 생산 속도(cpm)별 확산계수
2000 3000 4000 5000 6000 8000 10000
비교예 7 25 ℃ 0.15 0.67 - - - - -
220 ℃ 0.12 0.13 0.14 0.13 0.21 0.22 0.23
실시예 4 25 ℃ 0.15 0.16 0.15 0.16 0.16 0.16 0.17
220 ℃ 0.15 0.15 0.15 0.16 0.16 0.16 0.16
표 8을 참조하면, 고온 건조 조건에서, 비교예 7에 따른 담배의 경우, 생산 속도가 2000 cpm에서 10000 cpm으로 높아지는 동안 확산계수가 증가하였으나, 실시예 4에 따른 담배의 경우에는 확산계수가 거의 동일하게 유지되었다.
또한 상온 건조 조건에서, 비교예 7에 따른 담배의 경우 궐련지 상의 코팅 부위가 건조되지 않음으로 인해 4000 cpm 이상의 생산 속도에서는 궐련 생산이 불가능하여 확산계수를 측정할 수 없었으나, 실시예 4에 따른 담배의 경우에는 확산계수가 매우 소폭 상승하였다.
따라서, 실시예에 따른 담배의 경우, 고온 조건 및 상온 조건 모두에서, 코팅 조성물의 코팅량이 궐련 생산 속도에 무관하게 일정하게 유지되는 것을 알 수 있고, 동일 수준의 코팅부를 포함하는 담배가 생산되고, 담배의 품질이 일정하며, 코팅 작업성이 향상될 것을 예측할 수 있다.
코팅 조성물 종류별 궐련 생산 속도에 따른 궐련의 중간 소화율 비교 실험
비교예 7 내지 비교예 10, 그리고 실시예 4에 따른 담배(궐련)에 대하여, 궐련 생산 속도 변화에 따른 중간 소화율을 측정한 결과를 하기 표 9에 나타냈다.
여기서, 중간 소화율은 ISO-12863 연소 성향(Ignition Propensity) 측정 방법으로 거름종이 10 장 위에 놓인 담배의 소화율을 나타내고, 전술한 저발화 성능과 동일한 의미로 사용될 수 있다.
궐련(담배) 궐련 생산 속도(cpm)별 중간 소화율 ( % )
5000 6000 7000 8000 9000 10000
비교예 7 100 100 100 100 100 100
비교예 8 100 100 90 52.5 0 5
비교예 9 100 85 10 0 0 0
비교예 10 60 0 0 0 0 0
실시예 4 100 100 100 100 100 100
표 9를 참조하면, 비교예 8, 비교예 9 및 비교예 10에 따른 담배의 경우 궐련 생산 속도가 상승할수록 코팅의 품질이 저하되어 급격히 중간 소화율이 낮아지고, 특히 9000 cpm 이상의 속도에서는 중간 소화가 이루어지지 않는 것을 볼 수 있다. 반면, 실시예 4에 따른 담배의 경우에는 궐련 생산 속도에 무관하게 중간 소화율 100 %가 유지되는 것을 볼 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 담배의 경우, 코팅 작업성이 우수하고, 담배의 생산성이 높을 것을 예측할 수 있다.
궐련의 품질 비교 실험
비교예 7 및 실시예 4에 따른 담배의 품질 비교 결과를 하기 표 10에 나타냈다.
중간 소화율은 ISO-12863 연소 성향 측정 방법으로 측정하였다. 한편, FASE(Free-air self extinguish)는 흡연 도중 연소되는 성향을 파악하는 측정 방법으로서, 중간 소화율에 관한 ISO12863 방법과 유사하나, 점화한 담배를 다른 매개체 없이 공기에 노출된 상태로 스몰더링(smoldering) 상태에서 측정하였다.
궐련(담배) 중간 소화율 ( % ) FASE (%) 연기 성분
타르
(mg/ cig .) 		니코틴
(mg/ cig .) 		퍼프수
비교예 7 97.5 65 1.1 0.10 7.5
실시예 4 100 50 1.1 0.10 7.6
표 10을 참조하면, 비교예 7에 따른 담배와 실시예 4에 따른 담배는 대등한 수준의 중간 소화율 및 연기 성분을 나타냈다.
다만, 스몰더링(smoldering) 상태에서의 소화율을 나타내는 자유 공기 자가 소화(free air self extinguish, FASE)와 관련하여, 실시예 4에 따른 담배의 FASE 값이 비교예 7에 따른 담배의 FASE 값에 비해 낮게 나타났다. 이로부터 실시예에 따른 담배의 경우, 비교예에 따른 담배에 비해, 흡연자가 흡연하는 도중 담배가 소화되는 가능성이 낮아진다는 것을 알 수 있다.
궐련의 관능 평가
30 명의 패널을 통하여 비교예 7 및 실시예 4에 따른 담배의 품질을 평가하여 하기 표 11에 나타냈다.
궐련(담배) 담배맛 강도 연기량 맛의 일관성 이취미 뒷맛
비교예 7 4.888 5.740 5.850 3.410 5.250
실시예 4 4.930 5.740 6.350 3.380 5.700
표 11을 참조하면, 비교예 7에 따른 담배와 실시예 4에 따른 담배의 품질은 유사한 것으로 나타났다.
아라빅검 및 말토스 함량에 따른 코팅 품질 평가
아라빅검, 말토스, 에탄올, 그리고 물을 포함하는 코팅 조성물의 구성 성분별 함량에 따른 코팅 조성물, 이를 적용한 담배에 대하여 점도, 확산계수 및 중간소화율을 평가한 결과를 하기 표 12에 나타냈다.
함량( 중량% ) 점도(cPs) 확산계수 중간 소화율(%)
아라빅검 말토스 에탄올 물
5 10 29 56 26 0.786 10
7.5 15 26.5 51 58 0.665 35
10 20 24 46 100 0.312 75
12.5 25 21.5 41 130 0.256 100
15 30 19 36 200 0.211 100
17.5 35 16.5 31 250 0.182 100
20 40 14 26 350 0.175 100
22.5 45 11 21.5 550 0.305 77
25 50 8.5 16.5 830 0.425 67
27.5 50 7.6 14.9 1300 0.750 15
30 50 6.8 13.2 1600 0.833 0
30 20 20 30 370 0.235 100
30 30 16 24 420 0.275 100
30 40 12 18 680 0.365 75
표 12를 참조하면, 아라빅검의 함량이 10 중량% 내지 20 중량%이고, 말토스의 함량이 20 중량% 내지 40 중량%인 경우, 그리고 아라빅검의 함량이 30 중량%이고, 말토스의 함량이 20 내지 40 중량%인 경우에 확산계수가 0.4 미만이고, 중간 소화율이 75% 이상임을 볼 수 있다.
전술한 아라빅검과 말토스의 함량 범위를 벗어난 코팅 조성물의 경우에는, 코팅 조성물의 점도가 상대적으로 지나치게 낮거나 지나치게 높음으로 인해 확산계수가 상대적으로 높게 나타나는 것을 볼 수 있고, 코팅 후 중간 소화율이 상대적으로 낮은 수치를 갖는 것을 볼 수 있다.
이로부터, 아라빅검의 함량이 10 중량% 내지 20 중량%이고, 말토스의 함량이 20 중량% 내지 40 중량%인 경우, 그리고 아라빅검의 함량이 30 중량%이고, 말토스의 함량이 20 내지 40 중량%인 경우, 확산계수가 상대적으로 낮아 궐련지에 대한 코팅 조성물의 코팅량이 증가함으로써 코팅 작업성이 향상될 수 있고, 저발화 성능이 향상될 수 있음을 알 수 있다.
에탄올 함량에 따른 코팅 품질 평가
아라빅검, 말토스, 에탄올, 그리고 물을 포함하는 코팅 조성물, 이를 적용한 담배에 대하여 에탄올 함량에 따른 표면 장력 및 중간 소화율을 측정한 결과를 하기 표 13에 나타냈다.
여기서, 표면 장력은 각각의 코팅 조성물을 액적을 만들고, 고체 표면에 액적을 놓은 후, 액적의 모양을 이용하여 측정하는 Sessile Drop 방식으로 측정되었다.
함량( 중량% ) 표면 장력 중간 소화율(%)
에탄올 아라빅검 말토스 물
0 17.5 35 47.5 76.1 0
10 17.5 35 37.5 55.7 45
12.5 17.5 35 35 48.6 60
15 17.5 35 32.5 42.7 93
17.5 17.5 35 30 40.2 100
20 17.5 35 27.5 37.6 100
22.5 17.5 35 25 36.3 100
25 17.5 35 22.5 35.1 100
27.5 17.5 35 20 34.5 100
30 17.5 35 17.5 33.6 78
32.5 17.5 35 15 32.8 0
35 17.5 35 12.5 (분산 불가) -
표 13을 참조하면, 코팅 조성물에서 에탄올 함량이 15 내지 30 중량%인 경우에 중간 소화율이 상대적으로 높고, 저발화 성능이 우수한 것을 확인할 수 있다.
이로부터, 에탄올 함량이 15 내지 30 중량%인 경우, 코팅 조성물의 저발화 성능이 더욱 향상되는 것을 알 수 있고, 에탄올이 코팅 조성물의 표면 장력을 적절한 정도로 낮춤으로써 코팅 작업에서 코팅 롤러와 코팅 조성물의 친화력을 높일 수 있고, 이를 통해 코팅량이 증가할 수 있으며, 코팅량이 일정하게 유지될 수 있어 코팅 작업성이 향상될 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 담배 10: 담배 각초부
11: 담배 각초 17: 코팅 조성물
18: 코팅부 19: 궐련지
20: 담배 필터부 21: 제1 필터부
22: 제2 필터부 23: 제3 필터부
28: 담배 필터 권지 29: 팁 페이퍼

Claims (12)

  1. 저발화성 궐련지(low ignition propensity cigarette paper)의 코팅 조성물에 관한 것으로,
    아라빅검(arabic gum) 10 중량% 내지 30 중량%,
    말토스(maltose) 25 중량% 내지 35 중량%,
    에탄올(ethanol) 15 중량% 내지 30 중량%, 그리고
    물 10 중량% 내지 40 중량%
    를 포함하고,
    상기 코팅 조성물의 점도는 100 cPs 이상이고, 1000 cPs 미만이며,
    2℃에서 점도계 모터의 회전수가 20 rpm일 때, 상기 코팅 조성물의 점도가 6개월 이상 유지되고,
    25℃에서 건조되어 고체상(solid phase)으로 변하는
    저발화성 궐련지의 코팅 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 저발화성 궐련지의 코팅 조성물의 회전 속도가 20 rpm 에서 100 rpm 으로 증가하는 경우의 동적 점도 유지율이 84% 이상인 저발화성 궐련지의 코팅 조성물.
  4. 담배 각초부(cigarette column portion), 그리고
    상기 담배 각초부를 둘러싸고 있으며, 코팅 조성물이 건조되어 형성된 코팅부(coating portion)를 포함하는 저발화성 궐련지
    를 포함하고,
    상기 코팅 조성물은 아라빅검(arabic gum) 10 중량% 내지 30 중량%, 말토스(maltose) 25 중량% 내지 35 중량%, 에탄올(ethanol) 15 중량% 내지 30 중량%, 그리고 물 10 중량% 내지 40 중량% 를 포함하고,
    상기 코팅 조성물의 점도는 100 cPs 이상이고, 1000 cPs 미만이며,
    2℃에서 점도계 모터의 회전수가 20 rpm일 때, 상기 코팅 조성물의 점도가 6개월 이상 유지되고,
    25℃에서 건조되어 고체상(solid phase)으로 변하는
    담배.
  5. 제4항에서,
    담배 필터부(cigarette filter portion)를 더 포함하는 담배.
  6. 제5항에서,
    상기 담배 필터부는 적어도 하나의 필터 부재(filter member)를 포함하는 담배.
  7. 제6항에서,
    상기 담배 필터부는 흡착제 및 향미제를 적어도 하나 포함하는 담배.
  8. 저발화성 궐련지의 제조방법에 관한 것으로,
    코팅 조성물을 제조하는 단계,
    궐련지의 일면에 상기 코팅 조성물을 코팅하여 배출하는 단계, 그리고
    상기 코팅 조성물이 코팅된 궐련지를 가열 건조하여 밴드(band) 형태의 코팅부를 형성함으로써 저발화성 궐련지를 제조하는 단계
    를 포함하고,
    상기 코팅 조성물은, 아라빅검(arabic gum) 10 중량% 내지 30 중량%, 말토스(maltose) 25 중량% 내지 35 중량%, 에탄올(ethanol) 15 중량% 내지 30 중량%, 그리고 물 10 중량% 내지 40 중량%를 포함하고,
    상기 코팅 조성물의 점도는 100 cPs 이상이고, 1000 cPs 미만이며,
    2℃에서 점도계 모터의 회전수가 20 rpm일 때, 상기 코팅 조성물의 점도가 6개월 이상 유지되고,
    25℃에서 건조되어 고체상(solid phase)으로 변하는
    저발화성 궐련지의 제조방법.
  9. 제8항에서,
    상기 코팅 조성물을 제조하는 단계는,
    상기 아라빅검, 상기 말토스, 상기 에탄올 및 상기 물의 중량을 각각 측정하는 칭량 단계, 그리고
    상기 아라빅검, 상기 말토스, 상기 에탄올 및 상기 물을 혼합하는 배합 단계
    를 포함하는 저발화성 궐련지의 제조방법.
  10. 제9항에서,
    상기 배합 단계는,
    상기 에탄올 및 상기 물을 혼합하여 분산매를 제조하는 단계,
    상기 말토스를 상기 분산매에 분산시키는 제1 분산 단계,
    상기 아라빅검을 상기 분산매에 분산시키는 제2 분산 단계,
    상기 제2 분산 단계를 거친 조성물을 250 rpm 내지 350 rpm의 속도로 회전시키는 1차 균질화 단계, 그리고
    상기 제1차 균질화 단계를 거친 조성물을 40 ℃ 이하로 제어하면서, 150 rpm 내지 250 rpm의 속도로 회전시키는 2차 균질화 단계
    를 포함하는 저발화성 궐련지의 제조방법.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 분산 단계에서, 상기 말토스의 단위 분산량은 10 g/L/min 내지 20 g/L/min이고, 회전 속도는 17000 rpm 내지 20000 rpm이며,
    상기 제2 분산 단계에서, 상기 아라빅검의 단위 분산량은 10 g/L/min 내지 20 g/L/min이고, 회전 속도는 17000 rpm 내지 20000 rpm인 저발화성 궐련지의 제조방법.
  12. 제8항에서,
    상기 코팅부는 둘 이상이고, 상기 둘 이상의 코팅부는 서로 이격되어 있는 저발화성 궐련지의 제조방법.
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