KR102369738B1 - 흡연 물품의 생분해성 세그먼트 - Google Patents

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Abstract

섬유계 웹 물질 및 섬유계 웹 물질을 포장하는 포장 물질을 포함하는 흡연 물품의 세그먼트가 제시되며, 여기서 섬유계 웹 물질은 각각 웹 물질의 질량에 대해 적어도 40%의 펄프 섬유 및 10% 미만의 비-천연 중합체를 포함하고, 적어도 10 g/m² 및 최대 70 g/m²의 평량을 갖고, 적어도 25 ㎛ 및 최대 400 ㎛의 두께를 갖고, 여기서 세그먼트 내의 상기 웹 물질은 세그먼트의 cm³ 부피당 적어도 20 cm²및 최대 90 cm²의 면적을 갖고, 포장 물질이 없는 경우의 세그먼트는 적어도 50 kg/m³ 및 최대 300 kg/m³의 밀도를 갖고, Z = ρ Web + 5·ρ Seg + 12·A Web 에 의해 규정되는 매개변수 Z는 부등식 1300 ≤ Z ≤ 2800을 충족시키며, 상기 식에서 ρ Web 은 웹 물질의 밀도 (kg/m³)이고, ρ Seg 는 포장 물질이 없는 경우의 세그먼트의 밀도 (kg/m³)이고, A Web 은 세그먼트의 부피당 웹 물질의 면적 (cm²/cm³)이다.

Description

흡연 물품의 생분해성 세그먼트
본 발명은 흡연 물품의 세그먼트, 특히 흡연 물품 내에 흐르는 에어로졸의 냉각 또는 여과를 위한 세그먼트에 관한 것이며, 상기 세그먼트는 선행 기술에 공지된 세그먼트보다 더 양호하게 생분해되고 흡인 저항(draw resistance) 및 여과 효율과 관련된 특성들의 우수한 조합을 제공한다.
흡연 물품은 전형적으로 막대-형상의 물품이며, 상기 물품은 서로 나란히 배열된 적어도 두 개의 막대-형상의 세그먼트로 이루어진다. 하나의 세그먼트는 가열 시 에어로졸을 형성할 수 있는 물질을 함유하고 적어도 하나의 추가의 세그먼트는 에어로졸의 특성에 영향을 미치는 역할을 한다.
흡연 물품은, 제1 세그먼트가 에어로졸-형성 물질, 특히 담배를 함유하고, 추가의 세그먼트가 필터로서 형성되어 에어로졸을 여과하는 역할을 하는 것인, 필터 궐련일 수 있다. 이와 관련하여, 에어로졸은 에어로졸-형성 물질이 연소됨으로써 생성되며, 필터는 주로 에어로졸을 여과하고 특정한 흡인 저항을 필터 궐련에 제공하는 역할을 한다.
그러나, 흡연 물품은 또한, 에어로졸-형성 물질이 단지 가열될 뿐이지 연소되지는 않는 것인, 소위 가열 담배 제품일 수 있다. 이와 관련하여, 에어로졸에 존재하는 유해 물질의 수 및 양은 감소된다. 이러한 흡연 물품은 또한 적어도 두 개의, 그러나 더 흔히는, 더 많은, 특히 네 개의, 세그먼트로 이루어진다. 하나의 세그먼트는, 전형적으로 담배, 재생 담배 또는 다른 공정에 의해 제조된 담배를 포함하는 에어로졸-형성 물질을 함유한다. 흡연 물품의 다소 임의적인 추가의 세그먼트는 에어로졸을 전달하거나 에어로졸을 냉각시키거나 에어로졸을 여과하는 역할을 한다.
세그먼트는 통상적으로 포장 물질에 의해 포장된다. 매우 흔히는, 종이가 포장 물질로서 사용된다.
하기에서, 명백하게 언급되거나 문맥으로부터 직접 유추되지 않는 한, "세그먼트"는 에어로졸-형성 물질을 함유하지 않지만 예를 들어 에어로졸을 전달, 냉각 또는 여과하는 역할을 하는 흡연 물품의 세그먼트를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
선행 기술로부터, 비-천연 중합체, 예컨대 셀룰로스 아세테이트 또는 폴리락트산으로부터 이러한 세그먼트를 제조하는 것이 공지되어 있다. 흡연 물품의 소비 후에, 흡연 물품은 적절하게 폐기되어야 한다. 그러나, 많은 경우에, 소비자는 소비된 흡연 물품을 그저 주변에 버릴 뿐이며, 정보 제공 또는 벌금을 이용하여 이러한 행동을 통제하려는 시도는 거의 성공적이지 않았다.
셀룰로스 아세테이트 및 폴리락트산은 환경에서 단지 매우 느리게 분해되기 때문에, 산업계에서는 더 양호하게 생분해될 수 있는 다른 물질로부터 흡연 물품의 세그먼트를 제조하는 것에 대해 관심이 기울여지고 있다. 더욱이, 예를 들어, 유럽연합은 흡연 물품에 있어서의 비-천연 중합체의 사용을 크게 감소시키거나 금지하는 규제를 계획하며, 이러한 이유 때문에 역시, 흡연 물품을 위해 이용 가능한 대안적인 세그먼트를 갖는 것에 관심이 기울여지고 있다.
흡연 물품의 세그먼트는 다양한 요구사항을 충족시켜야 한다. 첫 번째 요구사항은 에어로졸을 여과해야 한다는 것이다. 흔히는, 이러한 여과는 선택적이며, 이는 특정한 물질이 에어로졸로부터 제거되어 에어로졸의 맛에 영향을 미친다는 것을 의미한다. 여과와 관련하여, 예를 들어 세그먼트가 주로 여과 역할을 하는 경우에, 세그먼트는 특히 높은 여과 효율을 가져야 할 뿐만 아니라, 예를 들어 세그먼트가 주로 에어로졸을 전달 또는 냉각시키도록 의도된 경우에, 세그먼트는 낮은 여과 효율을 가져야 할 것이다.
추가의 요구사항은 특정한 흡인 저항을 제공해야 한다는 것이다. 흡연 동안에, 소비자는 흡연 물품으로부터 에어로졸을 흡인하기 위해 특정한 저항, 즉 특정한 압력차를 기대한다. 따라서 흡연 물품을 위한 세그먼트는 흔히는 특정한 흡인 저항을 갖도록 설계된다.
추가의 요구사항은 에어로졸을 냉각시켜야 한다는 것이다. 에어로졸의 형성 직후에, 에어로졸은 수백 ℃의 온도를 가지며 그것이 흡연 물품을 통해 흐르는 동안에 소비자에 의해 수용될 수 있는 온도로 냉각되어야 한다. 선행 기술에 따르면, 이는 전형적으로 에어로졸로부터 열이 전도됨으로써 달성된다.
마지막으로, 추가의 요구사항은 충분한 기계적 안정성을 흡연 물품에 제공해야 한다는 것이다. 소비자는 흡연 물품의 통상적인 소비 동안에 흡연 물품을 우발적으로 압축할 수 없어야 하며; 따라서, 세그먼트는 특정한 경도를 가져야 한다. 이는 또한 적합한 포장 물질의 선택에 의해 부분적으로 달성된다.
이러한 모든 요구사항을 우수한 생분해성과 결합하려는 시도는 현재까지는 충분히 성공적이지는 않았다.
발명의 요약
본 발명의 목적은, 종래의 흡연 물품의 세그먼트보다 더 양호하게 생분해될 수 있으며 여과 특성, 냉각 효과 및 흡인 저항과 관련하여 어떤 경우에도 종래의 세그먼트보다 더 나쁘지 않은, 흡연 물품을 위한 세그먼트를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구범위 제1항에 따른 세그먼트 및 청구범위 제21항에 따른 흡연 물품에 의해 달성된다. 유리한 추가의 실시양태는 종속항에 개시되어 있다.
본 발명자들은 흡연 물품의 세그먼트를 위한 특정한 섬유계 웹 물질이 적어도 생분해성과 관련된 요구사항을 충족시키는 데 적합하다는 것을 발견하였다. 섬유계 웹 물질이란 흡연 물품을 위한 세그먼트가 되도록 형성될 수 있는 스테이플 섬유로부터의 모든 웹-형상의 물질을 나타낸다. 적합한 섬유계 웹 물질은 특히 종이 또는 부직포이다. 하기에서, 예외 없이, "웹 물질"은 흡연 물품에 사용되기 위한 섬유계 웹 물질을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명자들은 웹 물질 및 그로부터 제조된 세그먼트의 특성들의 특정한 조합이 다양한 부가적인 요구사항을 특히 유리한 방식으로 충족시킬 수 있다는 것을 추가로 발견하였다.
구체적으로, 본 발명에 따른 세그먼트는 포장 물질 및 포장 물질에 의해 포장된 웹 물질을 포함한다. 웹 물질은 적어도 40%의 펄프 섬유 및 10% 미만의 비-천연 중합체를 포함하며, 여기서 백분율은 웹 물질의 질량을 말한다. 더욱이, 웹 물질은 적어도 10 g/m²및 최대 70 g/m²의 평량(basis weight), 적어도 25 ㎛ 및 최대 400 ㎛의 두께를 갖는다. 세그먼트에서, 상기 웹 물질은 세그먼트의 cm³ 부피당 적어도 20 cm²및 최대 90 cm²의 면적을 갖는다. 웹 물질로부터 제조된 세그먼트는 포장 물질이 없는 경우에 적어도 50 kg/m³ 및 최대 300 kg/m³의 밀도를 갖는다. 마지막으로, 웹 물질의 밀도 (ρ Web ) (kg/m³), 포장 물질이 없는 경우의 세그먼트의 밀도 (ρ Seg ) (kg/m³), 및 세그먼트의 cm³부피당 웹 물질의 면적 (A Web ) (cm²/cm³)의 경우에, 하기 부등식에 따라야 한다:
1300 ≤ ρ Web + 5·ρ Seg + 12·A Web ≤ 2800.
본 발명자들의 발견에 따르면, 세그먼트의 흡인 저항, 여과 효율 및 냉각 효과는 세그먼트 내의 웹 물질의 구조 및 양에 의해 결정된다. 이와 관련하여, 웹 물질의 다공성 구조는 열 전달 및 여과 효율을 증가시킨다. 웹 물질의 구조와는 별도로, 세그먼트 내의 웹 물질의 양이 또한 중요하다. 그것은 한편으로는 세그먼트의 부피당 세그먼트 내의 웹 물질의 면적에 의해 특정되며, 여기서 부피당 면적이 클수록 흡인 저항, 여과 효율 및 열 전달은 증가하고, 다른 한편으로는 그것은 포장 물질이 없는 경우의 세그먼트의 밀도에 의해 특정되며, 여기서 밀도가 높을수록 주로 흡인 저항은 증가한다. 특히, 세그먼트의 냉각 효과의 경우에, 열 전달에 이용 가능한 면적과는 별도로, 웹 물질 및 세그먼트의 밀도가 또한 중요한데, 왜냐하면 그것이 열의 전도를 결정하기 때문이다.
이제, 본 발명자들은, 웹 물질의 평량, 웹 물질의 두께, 웹 물질의 밀도, 세그먼트의 부피당 웹 물질의 면적 및 포장 물질이 없는 경우의 세그먼트의 밀도에 대한 전술된 한계 내에서, 웹 물질의 밀도, 포장 물질이 없는 경우의 세그먼트의 밀도 및 세그먼트의 부피당 웹 물질의 면적으로부터 계산된 매개변수에 대해 전술된 부등식이 충족되는 경우에, 특히 우수한 특성 조합이 달성될 수 있다는 것을 발견하였다.
흡연 물품의 세그먼트 내의 웹 물질은 펄프 섬유를 포함하고, 여기서 웹 물질의 질량의 적어도 40%는 펄프 섬유에 의해 형성된다. 펄프 섬유는 천연 중합체로 이루어져서 상당히 생분해될 수 있으며, 이는 본 발명의 첫 번째 이점이다. 본 발명에 필수적인 추가의 이점은 펄프 섬유가 흡습성이라는 사실로부터 초래된다. 흡연 물품 내의 에어로졸은 물을 함유하고 펄프 섬유는 이러한 물의 일부를 흡수하여 에어로졸의 냉각에 기여할 수 있다. 이와 관련하여, 다른 물질로 된 세그먼트와는 대조적으로, 열은 더 이상 전달되지 않지만, 에어로졸에 존재하는 물의 일부는 물에 보유된 열 에너지와 함께 보존된다. 따라서, 반드시 크게 낮아지지는 않은 온도를 갖지만 훨씬 더 적은 열 에너지를 함유하므로 소비자에 의해 더 수용될 수 있는 에어로졸이 흡연 물품의 소비자에게 도달한다.
그러므로, 바람직하게는, 웹 물질 내의 펄프 섬유의 함량은 더 높고, 각각 웹 물질의 질량에 대해 바람직하게는 적어도 60%, 특히 바람직하게는 적어도 90%, 매우 특히 바람직하게는 적어도 99%이다.
펄프 섬유는 낙엽수 또는 침엽수뿐만 아니라 다른 식물, 예컨대 대마, 아마, 사이잘삼, 황마, 마닐라삼 또는 에스파르토 그래스(esparto grass)로부터의 목재 펄프 섬유일 수 있으며, 관련 기술분야에 공지된 공정에 따라 제조된다. 다양한 기원의 펄프 섬유의 혼합물이 또한 사용될 수 있다.
세그먼트의 우수한 생분해성을 보장하기 위해, 웹 물질은 그것의 질량의 10% 미만의 비-천연 중합체를 함유해야 한다. 이와 관련하여 천연 중합체는, 화학적 변형 또는 조성 변형되지 않은 천연 원료로부터 직접 유래된 중합체, 또는 자연으로부터 유래된 이러한 중합체와 화학적으로 동일한 중합체이다. 구체적으로, 펄프 섬유는 천연 중합체, 및 또한 천연 중합체에 속하는 재생 셀룰로스로부터의 섬유로 이루어진다. 그러나, 셀룰로스 아세테이트 및 폴리락트산의 경우에, 그것은 화학적 변형이 발생한 것이므로 천연 중합체에 속하지 않고, 심지어 원료가 자연에 존재하더라도, 이러한 원료는 적어도 빠른 생분해가 더 이상 보장되지 않도록 변형된 것이다. 부가적으로, 광유로부터 유래된 모든 중합체, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 또는 폴리스티렌은 비-천연 중합체이다.
바람직하게는, 웹 물질은 웹 물질 질량의 5% 미만, 특히 바람직하게는 웹 물질 질량의 1% 미만의 비-천연 중합체를 함유한다. 웹 물질이 비-천연 중합체를 함유하지 않을 때 최적의 생분해성이 달성되며, 이러한 이유로 이것은 매우 특히 바람직한 실시양태이다.
웹 물질은 재생 셀룰로스로부터의 섬유, 예컨대 비스코스 섬유, 모달 섬유, 리오셀(Lyocell)® 또는 텐셀(Tencel)®을 함유할 수 있으며, 여기서 그것의 함량은 바람직하게는 웹 물질의 질량의 60% 미만, 특히 바람직하게는 웹 물질의 질량의 40% 미만이다. 상기 양의 재생 셀룰로스로부터의 섬유가 여과 효율을 더욱 최적화하기 위해 선택될 수 있다.
웹 물질은 충전제 물질을 함유할 수 있으며, 여기서 충전제 물질은 바람직하게는 탄산칼슘, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 이산화티타늄 및 규산염 또는 그것의 혼합물에 의해 형성된다. 특히 바람직한 충전제 물질은 침강성 탄산칼슘이다. 충전제 물질의 함량은 웹 물질의 질량에 대해 바람직하게는 적어도 0%, 특히 바람직하게는 적어도 5%, 매우 특히 바람직하게는 적어도 10% 및 바람직하게는 최대 40%, 특히 바람직하게는 최대 35%, 매우 특히 바람직하게는 최대 30%이다. 충전제 물질은 펄프 섬유보다 훨씬 더 적은 물을 흡수하기 때문에, 웹 물질의 동일한 평량에 대한 충전제 물질의 함량의 증가는 물에 대한 여과 효율의 감소에 기여할 수 있다. 이러한 방식으로, 세그먼트의 냉각 효과에 영향을 미칠 수 있다.
웹 물질은 또한 코팅될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 웹 물질은 폴리비닐 알콜 또는 폴리사카라이드로 코팅되며, 그 결과 물에 대한 여과 효율이 감소되고 에어로졸은 덜 건조된다. 특히 바람직한 실시양태에서, 폴리사카라이드는 전분, 카르복시메틸셀룰로스, 구아, 덱스트린, 펙틴 또는 그것의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 폴리비닐 알콜은 천연 중합체가 아니며 비-천연 중합체의 양은 웹 물질의 질량의 10%를 초과하지 않는다는 것을 유념해야 한다.
웹 물질은 또한 함침될 수 있다. 코팅과는 대조적으로, 함침의 경우에, 도포된 조성물은 표면 상에 잔류할 뿐만 아니라 본질적으로 웹 물질의 구조 내로 침투한다. 바람직한 실시양태에서, 웹 물질은 글리세롤 또는 프로필렌 글리콜로 함침된다. 이러한 물질은, 흔히는 흡연 물품의 에어로졸-형성 물질에서 습윤제로서의 역할을 하여 에어로졸의 형성을 향상시키는 글리세롤에 대한 여과 효율을 증가시킬 수 있다.
웹 물질은 또한 에어로졸의 맛을 조절하기 위한 향미제를 함유할 수 있다. 향미제는 화학적으로 결합된 형태 또는 물리적으로 결합된 형태, 예를 들어 캡슐화된 형태로 웹 물질에 함유될 수 있다. 바람직하게는, 향미제는 멘톨, 에틸 바닐린 글루코시드, 바닐린 및 에틸 바닐린으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
통상의 기술자는 그의 경험에 따라 웹 물질의 추가의 성분, 예컨대 사이징제, 예를 들어 AKD, ASA 또는 수지 또는 추가의 첨가제 및 공정 보조제를 선택할 수 있으며, 여기서 비-천연 중합체의 양은 웹 물질의 질량의 10% 미만이어야 한다는 것을 유념해야 한다.
웹 물질의 평량은 10 g/m² 내지 70 g/m², 바람직하게는 20 g/m² 내지 60 g/m², 특히 바람직하게는 25 g/m² 내지 50 g/m²이다. 평량은 ISO 536:2012에 따라 결정될 수 있다. 평량의 선택은 웹 물질의 가공성, 특히 권축(crimping) 또는 절첩 공정 및 세그먼트를 위한 물질의 양에 영향을 미친다. 바람직한 범위에 의해 물질의 양은 생성된 세그먼트 특성과 특히 상당히 결합된다.
웹 물질의 두께는 25 ㎛ 내지 400 ㎛, 바람직하게는 35 ㎛ 내지 150 ㎛, 특히 바람직하게는 40 ㎛ 내지 100 ㎛이다. 평량과 마찬가지로, 웹 물질의 두께는 가공성을 위해 중요하며, 세그먼트의 요망되는 특성의 경우에, 바람직한 범위에 의해 권축 또는 절첩에 특히 적합한 두께가 초래된다. 두께는 ISO 534:2011에 따라 결정될 수 있다.
평량 및 두께는 함께, 밀도를 통해, 웹 물질로부터 제조된 세그먼트의 특성에 영향을 미친다. 웹 물질의 밀도는 바람직하게는 100 kg/m³내지 1200 kg/m³, 특히 바람직하게는 200 kg/m³ 내지 700 kg/m³, 매우 특히 바람직하게는 300 kg/m³ 내지 600 kg/m³이다. 밀도는 웹 물질의 다공성 구조를 나타내며, 따라서 여과 효율, 열 전달 및 흡인 저항에 필수적인 양이다. 바람직한 범위는 흡인 저항과 여과 효율의 우수한 조합을 허용한다. 밀도는 ISO 534:2011에 따라 결정될 수 있다.
세그먼트는, 각각 세그먼트의 부피에 대해, 세그먼트의 cm³부피당 20 cm² 내지 90 cm²의 웹 물질, 바람직하게는 30 cm²/cm³ 내지 80 cm²/cm³, 특히 바람직하게는 35 cm²/cm³ 내지 70 cm²/cm³의 웹 물질을 포함한다. 세그먼트의 부피당 웹 물질의 면적은 웹 물질이 얼마나 조밀하게 세그먼트에 패킹되어 있는지를 나타낸다. 따라서 그것은 세그먼트의 흡인 저항뿐만 아니라 여과 특성, 열 전달 및 경도에도 영향을 미친다. 웹 물질의 면적은, 예를 들어, 웹 물질을 칭량하고 웹 물질의 공칭 또는 측정된 평량으로부터 계산함으로써, 결정될 수 있다.
포장 물질이 없는 경우의 세그먼트 그 자체의 밀도는 50 kg/m³ 내지 300 kg/m³, 바람직하게는 60 kg/m³ 내지 250 kg/m³, 특히 바람직하게는 70 kg/m³ 내지 200 kg/m³이다. 이러한 매개변수는 또한 세그먼트의 흡인 저항, 여과 효율 및 경도에 본질적인 영향을 미친다. 세그먼트의 밀도는 포장 물질이 없는 경우로서 표시되는데, 왜냐하면 포장 물질은 흡인 저항, 여과 효율 또는 열 전달에 거의 영향을 미치지 않기 때문이다. 세그먼트의 밀도의 결정은 계산에 의해 이루어질 수 있다. 이와 관련하여, 먼저, 세그먼트의 부피가 결정되며, 상기 부피는, 예를 들어, 원통형 세그먼트의 직경 및 길이로부터 계산될 수 있다. 직경에 미치는 포장 물질의 영향은 무시될 수 있다. 세그먼트의 질량은 칭량에 의해 결정될 수 있으며, 여기서 세그먼트는 포장 물질에 의해 포장된다. 포장 물질의 질량은 포장 물질의 면적 및 포장 물질의 공칭 또는 측정된 평량으로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, 전형적인 원통형 세그먼트의 경우에, 포장 물질의 면적은 세그먼트의 원주 및 포장 물질 그 자체끼리의 중첩부뿐만 아니라 세그먼트의 길이로부터 초래된다.
포장 물질의 질량을 포장 물질이 있는 경우의 세그먼트의 질량에서 감산하고 세그먼트의 부피로 제산함으로써 그 밀도를 계산한다. 수치적 예가 하기에서 더욱 상세히 기술된다.
웹 물질의 밀도, 포장 물질이 없는 경우의 세그먼트의 밀도 및 세그먼트의 부피당 세그먼트 내의 웹 물질의 면적은 모두 세그먼트의 흡인 저항, 여과 효율 및 열 전달에 영향을 미침으로써 복잡한 방식으로 상호작용하기 때문에, 본 발명자들은 이러한 특성들의 특정한 조합만이 세그먼트를 위한 요구사항을 적절히 충족시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 특성으로부터 계산된 매개변수 Z는 그것과 관련이 있으며, 이는 하기에 의해 계산된다는 것이 발견되었다:
Z = ρ Web + 5·ρ Seg + 12·A Web ,
상기 식에서,
ρ Web 은 웹 물질의 밀도 (kg/m³)이고,
ρ Seg 는 포장 물질이 없는 경우의 세그먼트의 밀도 (kg/m³)이고,
A Web 은 세그먼트의 부피당 웹 물질의 면적 (cm²/cm³)이다.
이러한 매개변수 Z는 적어도 1300 및 최대 2800, 바람직하게는 적어도 1350 및 최대 2600, 특히 바람직하게는 적어도 1400 및 최대 2400이어야 한다. 유리한 특성을 갖는 세그먼트는 이러한 방식으로만 수득되며, 수득된 흡인 저항과 여과 효율 사이의 특히 유리한 타협은 상기 바람직한 범위 내에서만 이루어진다.
세그먼트의 포장 물질은 바람직하게는 종이이며, 특히 바람직하게는 적어도 20 g/m² 및 최대 150 g/m² 의 평량을 갖는 종이, 특히 바람직하게는 적어도 50 g/m² 및 최대 120 g/m²의 평량을 갖는 종이이다. 세그먼트에 유리한 특성을 수득하기 위해, 세그먼트의 밀도 및 따라서 경도는 비교적 낮다. 따라서, 50 g/m² 내지 150 g/m²의 평량을 갖는 포장 물질은 세그먼트의 경도를 더욱 개선할 수 있다. 그러나, 평량은 너무 높으면 안 되는데, 왜냐하면 그렇지 않으면 포장 물질의 복원력으로 인해 세그먼트의 제조, 특히 포장 물질 그 자체끼리의 접착이 더 어려워지기 때문이다.
세그먼트의 유리한 경도를 수득하기 위해서는 포장 물질의 굽힘 강성이 평량만큼 동일하게 중요할 수 있다. 따라서 굽힘 강성은 바람직하게는 적어도 0.05 Nmm 및 최대 0.90 Nmm, 특히 바람직하게는 적어도 0.10 Nmm 및 최대 0.80 Nmm여야 한다. 굽힘 강성은 ISO 5628:2012에 따라, 특히 이러한 표준에 기술된 2점 방법(two-point method)에 따라 결정될 수 있다. 굽힘 강성은 샘플이 웹 물질로부터 채취되는 방향에 따라 달라질 수 있다. 전술된 바람직한 및 특히 바람직한 범위에 의해 규정된 특징은 적어도 하나의 방향으로의 굽힘 강성이 규정된 바람직한 또는 특히 바람직한 범위에 존재할 때 수득된다.
본 발명에 따른 세그먼트는 바람직하게는 원통형이고 바람직하게는 적어도 5 mm 및 최대 9 mm, 특히 바람직하게는 적어도 7 mm 및 최대 8.5 mm의 직경을 갖는다.
본 발명에 따른 세그먼트는 바람직하게는 적어도 4 mm 및 최대 40 mm, 특히 바람직하게는 적어도 6 mm 및 최대 35 mm, 매우 특히 바람직하게는 적어도 10 mm 및 최대 28 mm의 길이를 갖는다.
본 발명에 따른 세그먼트는 흡연 물품의 한 성분일 수 있으므로, 본 발명에 따른 흡연 물품은 에어로졸-형성 물질 및 본 발명에 따른 세그먼트를 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 흡연 물품은 본 발명에 따른 적어도 하나의 세그먼트 및 담배를 함유하는 추가의 세그먼트를 포함하는 필터 궐련이다. 특히 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 세그먼트는 필터 궐련의 필터의 세그먼트이다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 흡연 물품은, 흡연 물품의 의도된 사용 동안에 단지 가열될 뿐이지 연소되지는 않는 에어로졸-형성 물질을 함유하며 본 발명에 따른 적어도 하나의 세그먼트 및 필터 세그먼트를 함유하는 흡연 물품이며, 여기서 본 발명에 따른 적어도 하나의 세그먼트는 에어로졸-형성 물질과 필터 세그먼트 사이에 배치된다. 이러한 배열에서, 본 발명에 따른 적어도 하나의 세그먼트는 주로 에어로졸을 냉각시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 세그먼트는 관련 기술분야에 공지된 공정에 따라 제조될 수 있다. 이러한 공정은 전형적으로, 웹 물질을 권축 또는 절첩하고 웹 물질로부터 연속 막대를 제조하고 연속 막대를 포장 물질로 포장하고 포장된 막대를 요망되는 크기의 세그먼트가 되도록 절단하는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 세그먼트를 사용하는 흡연 물품은 또한 관련 기술분야의 공정에 따라 제조될 수 있다.
도 1은 25개의 웹 물질의 조성이 요약되어 있는 표 (표 1)를 보여준다.
도 2는 표 1의 25개의 웹 물질의 웹 물질의 특징적인 특성 (너비, 평량, 두께, 밀도)이 요약되어 있는 표 (표 2)를 보여준다.
도 3은 표 1 및 2의 웹 물질로부터 제조된 25개의 세그먼트의 특징적인 특성 (질량, 밀도, 면적, 매개변수 Z)이 요약되어 있는 표 (표 3)를 보여준다.
도 4는 표 3의 세그먼트의 기능적 특성 (흡인 저항, 니코틴, 물 및 글리세롤에 대한 여과 효율)이 요약되어 있는 표 (표 4)를 보여준다.
본 발명은 이제 본 발명에 따른 몇몇 실시양태를 통해 더 정확하게 기술될 것이며 본 발명에 따르지 않는 예와 비교될 것이다.
다양한 섬유계 웹 물질을 관련 기술분야에 공지된 공정에 따라 제조하고, 175 mm 내지 315 mm의 너비를 갖는 릴을 절단하였다. 웹 물질의 릴을 권축시키고 각각의 연속 막대의 릴을 제조하고 78 g/m²의 평량을 갖는 포장 물질로 포장하였다. 포장 물질을 갖는 막대는 7.85 mm의 직경을 가졌고, 여기서 포장 물질은 27 mm의 너비를 가졌고, 그 자체끼리 접착되도록 약 2.3 mm만큼 중첩되었다.
웹 물질의 조성은 표 1에 제공된다. 모든 웹 물질은 목재 펄프로부터 제조되었고; 두 개의 웹 물질 22번 및 23번의 경우에 리오셀® 섬유가 또한 사용되었으며, 여기서 표시된 40%의 백분율은 웹 물질 내의 총 섬유 질량에 대한 리오셀® 섬유의 질량과 관련된 것이다. 웹 물질 4-6, 12 및 13은 또한 그것의 질량의 29.5%의 침강성 탄산칼슘 (CaCO3)을 함유하였다.
웹 물질 16-21, 24 및 25는 산화된 전분으로 코팅되었고 웹 물질 14, 15, 18 및 19는 글리세롤로 함침되었다. 웹 물질 20 및 21은 프로필렌 글리콜로 함침되었다.
웹 물질의 평량은 ISO 536:2012에 따라 결정되었고 두께 및 밀도는 ISO 534:2011에 따라 결정되었다. 결과는 표 2에 제공되며, 여기서 웹 물질의 번호는 표 1의 것에 상응한다.
웹 물질로부터 제조된 막대를 절단하여 각각 108 mm의 길이를 갖는 막대를 얻고, 칭량함으로써 그것의 질량을 결정하였다.
웹 물질 1-25로부터 제조된 막대에 대한 데이터는 표 3에 제공되며, 여기서도 역시 웹 물질의 번호는 표 1의 것에 상응한다. 이와 관련하여 표 3에서의 질량은 78 g/m²의 평량을 갖는 포장 물질을 갖는 108 mm 길이의 막대의 질량이다. 밀도를 막대의 질량 및 공지된 기하구조로부터 하기와 같이 계산하였다.
27mm 너비 및 108 mm 길이의 포장 물질의 질량은 하기와 같았다:
78 g/m² × 0.027 m × 0.108 m = 0.227 g.
막대의 부피를 공지된 기하구조로부터 계산하였고, 따라서 하기와 같았다:
π/4 × (7.85 mm)² × 108 mm = 5227 mm³.
이와 관련하여, 포장 물질의 두께를 무시하였다. 포장 물질의 질량을 포장 물질이 있는 경우의 막대의 질량에서 감산하고 그 결과를 부피로 제산한다. 따라서, 예를 들어 웹 물질 1로부터 제조된 막대의 밀도는 하기와 같았다:
(0.71 g - 0.227 g)/5227 mm³ = 92.4 kg/m³.
매개변수 Z는 또한 표 3에 나와 있으며, 이는 하기로부터 계산된다:
Z = ρ Web + 5·ρ Seg + 12·A Web ,
상기 식에서,
ρ Web 은 웹 물질의 밀도 (kg/m³)이고,
ρ Seg 는 포장 물질이 없는 경우의 세그먼트의 밀도 (kg/m³)이고,
A Web 은 세그먼트의 부피당 웹 물질의 면적 (cm²/cm³)이다.
매개변수 Z는 막대 또는 세그먼트의 기하구조, 특히 직경 및 길이와 무관하며 세그먼트의 내부 구조만을 특징짓는다.
108 mm 길이의 막대의 흡인 저항을 ISO 6565에 따라 측정하였다. 막대로부터 18 mm의 길이를 갖는 세그먼트를 절단하고, 그로부터 흡연 물품을 제조하였다.
흡연 물품은 흡연 물품 내에 함유된 담배가 단지 가열될 뿐인 것인, 소위 가열 담배 제품이었다. 흡연 물품은, 담배를 포함하는 세그먼트 및 흐름 방향으로 후속되는, 에어로졸이 응축될 수 있는 전달 세그먼트, 및 추가로 후속되는, 주로 에어로졸을 냉각시키는 역할을 하는 본 발명에 따른 세그먼트, 및 마지막으로 필터 세그먼트로 이루어진다.
흡연 물품을 상업적으로 이용 가능한 가열 장치에서 가열하였고 ISO 3308에 주어진 방법에 따라 흡연하였다. 웹 물질 8-25로부터 제조된 세그먼트에 대해, 니코틴, 물 및 글리세롤에 대한 여과 효율을 측정하였다. 이와 관련하여, 여과 효율은, 세그먼트 내로 흘러들어가는 물질의 양에 대해, 세그먼트 내로 흘러들어가는 물질의 양과 세그먼트로부터 흘러나오는 물질의 양의 차이다. 여과 효율은 백분율로서 표현되며, 니코틴, 물 및 글리세롤에 대한 18mm 길이의 세그먼트에 대해 이러한 방법에 의해 결정되었다.
표 4에는, 108 mm 길이의 막대의 흡인 저항 및 니코틴, 물 및 글리세롤에 대한 18 mm 길이의 세그먼트의 여과 효율이 나와 있다. 여기서도 역시, 웹 물질의 번호는 표 1의 것에 상응한다.
웹 물질 1-25로부터 제조된 세그먼트는 본 발명에 따른 세그먼트이며, 상기 세그먼트는 약 1300 내지 약 2250의 매개변수 Z를 갖는다. 108 mm 길이의 막대의 흡인 저항은 17.9 mmWG 내지 63.9 mmWG이며, 에어로졸을 전달하고 단지 낮은 흡인 저항을 갖는 세그먼트 또는 에어로졸을 여과하고 부가적으로 흡인 저항이 증가하는 것을 허용하는 세그먼트의 설계를 가능하게 한다. 특히, 조성에 있어서 동일한 웹 물질 2 및 11을 비교한 결과, 흡인 저항에 미치는 세그먼트의 밀도의 영향을 알 수 있다. 73.3 kg/m³의 세그먼트 밀도를 갖는, 웹 물질 2로부터의 세그먼트는 23.8 mmWG의 흡인 저항 (108 mm)을 제공한 반면에, 170.5 kg/m³의 밀도를 갖는, 웹 물질 11로부터 제조된 세그먼트는 54.5 mmWG의 흡인 저항 (108 mm)을 갖는다. 이로써 세그먼트 밀도의 중요성을 알 수 있으며, 이러한 이유로 이것은 매개변수 Z의 필수적인 성분이다. 그러나, 흡인 저항은 세그먼트의 밀도에 의해서만 결정되는 것은 아니다.
웹 물질 6 및 7은 유사한 평량을 갖지만, 여기서 웹 물질 6은 29.5% 탄산칼슘을 함유하므로 훨씬 더 높은 밀도를 갖는다. 그로부터 제조된 세그먼트들은 유사한 밀도를 가지며 세그먼트의 부피당 웹 물질의 면적도 유사하다. 그럼에도 불구하고, 그것들은 흡인 저항에 있어서 매우 상이한데, 상기 흡인 저항은 웹 물질6으로부터 제조된 막대 (108 mm)의 경우에 63.9 mmWG이고 웹 물질 7로부터 제조된 막대 (108 mm)의 경우에 30.5 mmWG이다. 이로써 웹 물질 그 자체의 밀도는 그로부터 제조된 세그먼트의 특성에 독립적인 영향을 미치며 따라서 또한 매개변수 Z의 필수적인 성분을 구성한다는 것을 알 수 있다.
세그먼트의 부피당 웹 물질의 면적은 웹 물질의 밀도 및 포장 물질이 없는 경우의 세그먼트의 밀도에 따라 달라지며, 따라서 또한 흡인 저항의 필수적인 특성이고, 그러므로 또한 매개변수 Z의 한 성분이다.
전분으로 코팅된 웹 물질 16-21의 세그먼트는 모두 필적할 만한 웹 물질 8, 9 및 11로부터의 세그먼트보다 물에 대한 더 낮은 여과 효율을 나타내는 반면에, 그것은 니코틴 및 글리세롤에 대한 여과 효율에 있어서는 거의 상이하지 않다. 그러므로 이로써 산화된 전분 코팅이 물에 대한 여과 효율을 조절하는 데 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
웹 물질 18-21을 글리세롤 또는 프로필렌 글리콜로 함침시키면, 그로부터 제조된 세그먼트의 경우에, 그러한 함침을 겪지 않은 웹 물질 16 및 17로부터의 세그먼트에 비해, 니코틴 및 글리세롤에 대한 훨씬 더 높은 여과 효율이 초래된다. 따라서, 니코틴 및 글리세롤에 대한 여과 효율은 함침에 의해 조절될 수 있다.
요약하면, 웹 물질 1-25로부터 제조된 모든 세그먼트는 흡연 물품의 세그먼트로서 유용하고 에어로졸을 냉각시키는 역할뿐만 아니라 에어로졸을 여과하는 역할을 할 수 있다. 웹 물질 1-25로부터 제조된 모든 세그먼트의 생분해성은 사용된 성분으로부터 직접 초래되었고 더 이상 시험되지 않았다. 본 발명에 따른 세그먼트를 사용하면 흡연 물품에서의 사용에 유리한 특성이 수득될 수 있고 부가적으로 탁월한 생분해성이 달성될 수 있다는 것을 알 수 있었다.
본 발명에 따르지 않는 하기 두 개의 실시예를 보면, 매개변수 Z는 본 발명에 따른 세그먼트와 본 발명에 따르지 않는 세그먼트를 구별하는 데 필수적이라는 것을 알 수 있다.
포장 물질이 없는 경우의 90.4 kg/m³의 밀도 및 36.9 cm²/cm³의 세그먼트의 부피당 웹 물질의 면적을 갖는 세그먼트를 웹 물질 7로부터 제조하였다. 이러한 세그먼트를 위한 매개변수 Z는 하기와 같았고,
350.0 + 5 · 90.4 + 12 · 36.9 = 1244.8
따라서, 1300 내지 2800의, 본 발명에 따른 범위를 벗어난다.
이러한 웹 물질로부터 제조된 108 mm 길이의 막대는 단지 12.3 mmWG의 흡인 저항을 가졌으며, 상기 흡인 저항은 흡연 물품에 적용되기에는 너무 낮다. 또한, 78 g/m²의 포장 물질에도 불구하고 세그먼트의 경도는 흡연 물품으로 추가로 가공되기에 충분하지 않다. 이러한 세그먼트는 매개변수 Z와 관련된 요구사항을 제외하고는 본 발명에 따른 모든 요구사항을 충족시켰다는 것을 유념해야 한다.
포장 물질이 없는 경우의 233.9 kg/m²의 밀도 및 89.9 cm²/cm³의 세그먼트의 부피당 웹 물질의 면적을 갖는 세그먼트를 웹 물질 12로부터 제조하였다. 이러한 세그먼트를 위한 매개변수 Z는 하기와 같았고,
604.7 + 5 · 233.9 + 12 · 89.9 = 2853.6
따라서, 1300 내지 2800의, 본 발명에 따른 범위를 벗어난다.
웹 물질 12 내의 탄산칼슘의 높은 함량에도 불구하고 물에 대한 이러한 세그먼트의 여과 효율은 65% 초과였고, 그러므로 너무 건조한 에어로졸이 생성되었고 따라서 소비자에 의해 수용될 수 없는 맛이 초래되었다. 다시 한 번, 이러한 세그먼트는 매개변수 Z와 관련된 요구사항을 제외하고는 본 발명에 따른 모든 요구사항을 충족시켰다는 것을 유념해야 한다.
따라서 본 발명에 따르지 않는 두 개의 비교 실시예를 보면, 매개변수 Z가 만족스러운 특성을 갖는 세그먼트를 수득하는 데 필수적이라는 것을 알 수 있다.

Claims (24)

  1. 흡연 물품이며,
    흡연 동안에 가열되지만 연소되지는 않는 에어로졸-형성 물질 및 세그먼트를 포함하고, 상기 세그먼트는
    섬유계 웹 물질 및 섬유계 웹 물질을 포장하는 포장 물질을 포함하고,
    섬유계 웹 물질은
    - 각각 웹 물질의 질량에 대해 적어도 40%의 펄프 섬유 및 10% 미만의 비-천연 중합체를 포함하고,
    - 적어도 10 g/m² 및 최대 70 g/m²의 기본 중량을 갖고,
    - 적어도 25 ㎛ 및 최대 400 ㎛의 두께를 갖고,
    세그먼트 내의 상기 웹 물질은 세그먼트의 cm³ 부피당 적어도 20 cm²및 최대 90 cm²의 면적을 갖고,
    세그먼트는 포장 물질이 없는 경우에 적어도 50 kg/m³ 및 최대 300 kg/m³의 밀도를 갖고,
    Z = ρWeb + 5·ρSeg + 12·A Web 에 의해 규정되는 매개변수 Z는 부등식 1350 ≤ Z ≤ 2600을 충족시키며, 상기 식에서,
    ρWeb 은 웹 물질의 밀도 (kg/m³)이고,
    ρSeg 는 포장 물질이 없는 경우의 세그먼트의 밀도 (kg/m³)이고,
    A Web 은 세그먼트의 부피당 웹 물질의 면적 (cm²/cm³)이고,
    포장 물질은 적어도 20 g/m²및 최대 150 g/m²의 기본 중량을 갖는 종이에 의해 형성되고,
    포장 물질은 적어도 0.05 Nmm 및 최대 0.90 Nmm의 굽힘 강성을 갖는, 흡연 물품.
  2. 제1항에 있어서, 웹 물질 내의 펄프 섬유의 함량은 웹 물질의 질량에 대해 적어도 60%인, 흡연 물품.
  3. 제2항에 있어서, 웹 물질 내의 펄프 섬유의 함량은 웹 물질의 질량에 대해 적어도 90%인, 흡연 물품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 펄프 섬유는 낙엽수 또는 침엽수로부터, 대마, 아마, 사이잘삼, 황마, 마닐라삼 또는 에스파르토초 또는 그것의 혼합물로부터 유래된 목재 펄프 섬유에 의해 형성되는, 흡연 물품.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 웹 물질은 그것의 질량의 5% 미만의 비-천연 중합체를 함유하는, 흡연 물품.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 웹 물질은 재생 셀룰로스로부터의 섬유를 함유하고, 그것의 함량은 웹 물질의 질량의 60% 미만인, 흡연 물품.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 웹 물질은 충전제 물질을 함유하고, 충전제 물질은 탄산칼슘, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 이산화티타늄, 규산염 또는 그것의 혼합물에 의해 형성되는, 흡연 물품.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 웹 물질의 질량에 대한 충전제 물질의 함량은 적어도 5%, 및 최대 35%인, 흡연 물품.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 웹 물질은 폴리비닐 알콜 또는 폴리사카라이드로 코팅되는, 흡연 물품.
  10. 제9항에 있어서, 폴리사카라이드는 전분, 카르복시메틸셀룰로스, 구아, 덱스트린, 펙틴 또는 그것의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 흡연 물품.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 웹 물질은 글리세롤 또는 프로필렌 글리콜로 함침되는, 흡연 물품.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 웹 물질은 향미제를 함유하고, 향미제는 화학적으로 결합된 형태 또는 물리적으로 결합된 형태로 웹 물질에 함유되는, 흡연 물품.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 웹 물질은 멘톨, 에틸 바닐린 글루코시드, 바닐린 및 에틸 바닐린으로 이루어진 군으로부터 선택되는 향미제를 함유하는, 흡연 물품.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 웹 물질의 기본 중량이 20 g/m² 내지 60 g/m²인, 흡연 물품.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 웹 물질의 두께가 35 ㎛ 내지 150 ㎛인, 흡연 물품.
  16. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 웹 물질의 밀도가 200 kg/m³ 내지 700 kg/m³인, 흡연 물품.
  17. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 세그먼트의 cm³부피당 35 cm²/cm³ 내지 70 cm²/cm³의 웹 물질을 함유하는, 흡연 물품.
  18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 포장 물질이 없는 경우에 70 kg/m³ 내지 200 kg/m³의 밀도를 갖는, 흡연 물품.
  19. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 매개변수 Z가 적어도 1400 및 최대 2400인, 흡연 물품.
  20. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 포장 물질이 적어도 50 g/m² 및 최대 120 g/m²의 기본 중량을 갖는 종이에 의해 형성되는, 흡연 물품.
  21. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 포장 물질이 적어도 0.10 Nmm 및 최대 0.80 Nmm의 굽힘 강성을 갖는, 흡연 물품.
  22. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 세그먼트가 원통형이고, 적어도 5 mm 및 최대 9 mm의 직경을 갖는, 흡연 물품.
  23. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 세그먼트가 적어도 4 mm 및 최대 40 mm의 길이를 갖는, 흡연 물품.
  24. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 세그먼트는 에어로졸-형성 물질과 필터 세그먼트 사이에 배열되는, 흡연 물품.
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