KR20150024318A

KR20150024318A - 박편형 충전제를 포함하는 궐련 용지

Info

Publication number: KR20150024318A
Application number: KR20147033241A
Authority: KR
Inventors: 디터 뫼흐링; 롤란드 지투리; 디트마르 폴게르
Original assignee: 델포르트그룹 아게
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2015-03-06
Also published as: US20150090284A1; PH12014502651A1; EP2761086A1; DE102012104773A1; US9775378B2; KR102070475B1; CN104350204A; PL2761086T3; RU2014148327A; BR112014029802A2; EP2761086B1; WO2013178492A1; PH12014502651B1; ES2535296T3; CN104350204B; BR112014029802B1; MY167909A; RU2636555C2

Abstract

펄프 섬유와 충전제 입자를 함유하는 궐련 용지가 개시된다. 충전제 입자의 적어도 일부는 박편 형상을 가지며, 이로써 미리 정해진 공기 투과도에서 확산능력이 증가될 수 있도록 한다.

Description

박편형 충전제를 포함하는 궐련 용지{CIGARETTE PAPER COMPRISING FLAKED FILLER}

본 발명은 펄프 섬유와 충전제 입자를 함유하는 궐련 용지에 관한 것이다. 용어 "함유"는 궐련 용지가 추가 성분을 함유하는 것을 배제하지 않는다. 특히 본 발명은 궐련 연기 내의 일산화탄소량이 저감되도록 하는 궐련 용지와, 이에 대응하는 관련 궐련에 관한 것이다.

궐련 연기는 많은 유해 물질을 함유하는 것으로 알려져 있는데, 그 중에서도 일산화탄소가 대표적이다. 따라서, 업계에서는 궐련에서 나오는 연기에 유해 물질이 현저히 적게 들어있는 궐련을 제조하는 것이 큰 관심사이다. 이런 물질의 양을 저감하기 위해, 일반적으로 궐련에는 통상 셀룰로오스 아세테이트로 제조되는 필터가 마련된다. 그러나, 셀룰로오스 아세테이트는 일산화탄소를 흡수하지 못하기 때문에 이런 필터로는 궐련 연기 내의 일산화탄소량을 저감할 수 없다. 일산화탄소를 덜 해로운 이산화탄소로 변환하기 위해 필터에 촉매를 포함시키는 방안이 제시되었으나 일부는 기능상의 이유로, 일부는 경제적인 이유로 성공을 거두지 못했다.

예컨대 티핑(tipping) 용지의 구멍을 통해 흐르는 기류에 의해 궐련과 결부된 연기를 희석시키는 방법도 공지되어 있다. 그러나, 이에 의한 궐련 연기 내의 일산화탄소량 저감에는 궐련을 특징짓는 물질의 풍미의 저하라는 대가가 따르며, 따라서 담배의 미각과 고객 수용성이 훼손된다.

궐련 연기 내의 물질은 표준화된 조건 하에서 궐련이 흡연되는 방법에 의해 판정된다. 이런 방법은 예컨대 ISO 4387에 설명되어 있다. 본 방법에서, 궐련은 처음에는 첫 번째 흡입(puff)의 시작시에, 그리고 이후로는 매 분마다 태워지는데, 흡입은 사인파형 흡입 프로파일을 갖는 상태에서 2초의 지속시간 동안 35 ㎤의 부피로 궐련의 주둥이 끝에서 행해진다. 흡입은 궐련의 길이가 기준에서 미리 정한 길이 미만이 될 때까지 반복된다. 흡입 중에 궐련의 주둥이 끝에서 흘러나오는 연기는 캠브리지 필터 패드에 수거되며, 해당 필터를 대상으로 다양한 물질, 예컨대 니코틴의 함량이 화학적으로 분석된다. 흡입 중에 궐련의 주둥이 끝에서 흘러나와 캠브리지 필터 패드를 통과하는 기체상이 수거되어, 예컨대 궐련 연기 내 일산화탄소량을 판정하기 위해 역시 화학적으로 분석된다.

따라서, 표준화된 흡연 중에 궐련은 두 가지의 상이한 일련의 유동 조건 하에 있다. 흡입 중에, 담배(tobacco)에 대면하는 궐련 용지의 내면과 궐련 용지의 외면 사이에는 통상 200 Pa 내지 1000 Pa 범위의 상당한 압력차가 존재한다. 이런 압력차로 인해, 공기가 궐련 용지를 통해 궐련의 담배 부분 내로 흘러들어 흡입 중에 생성되는 연기를 희석시킨다. 흡입당 2초 동안 지속되는 이런 위상 중에는, 궐련 연기의 희석량이 용지의 공기 투과도에 의해 결정된다. 공기 투과도는 ISO 2965에 따라 측정되고, 궐련 용지를 통해 흐르는 공기의 단위 시간당, 단위 면적당 및 압력차 단위당 체적을 나타내며, 따라서 ㎤/(min ㎠ kPa)를 단위로 삼는다. 이는 일반적으로 CORESTA 단위(CU, CORESTA Unit)(1 CU=1 ㎤/(min ㎠ kPa))라고 지칭된다. 이 파라미터에 의해, 궐련의 봉(rod)의 통기성, 즉 궐련의 흡입 중에 궐련 용지를 통해 궐련 내로 흘러드는 기류를 조절할 수 있다. 통상적으로, 궐련 용지의 공기 투과도는 0 CU 내지 200 CU의 범위이며, 20 CU 내지 120 CU의 범위가 일반적으로 바람직하다.

흡입 사이의 시기에서, 궐련은 궐련의 담배 부분의 내부와 주위 환경 사이의 압력차가 그리 크지 않은 상태에서 연기만 피운 채 타게 되며, 따라서 기체 수송은 담배 부분과 주위 환경 사이의 기체 농도차에 의해 결정된다. 이로써, 일산화탄소는 궐련 용지를 통해 담배 부분 밖으로 배출되어 대기 중으로 확산될 수도 있다. ISO 4387에 기술된 본 방법에 따라 흡입당 58초 동안 지속되는 이 위상 중에는, 확산능력이 일산화탄소의 저감을 위한 관련 파라미터이다.

확산능력은 전달계수이며, 농도차에 의해 야기되는 기체 유동에 대한 궐련 용지의 투과도를 나타낸다. 보다 상세하게는, 확산능력은 단위 시간당, 단위 면적당 및 농도차당 궐련 용지를 통과하는 기체의 체적이며, 따라서 ㎤/(s ㎠)=cm/s를 그 단위로 삼는다. 궐련 용지의 CO₂ 확산능력은 예컨대 소딤사(the company Sodim)에서 입수가능한 CO₂ 확산율 계량기(Diffusivity Meter)에 의해 판정될 수 있으며, 궐련 용지의 CO 확산능력과 밀접한 관련이 있다.

이상의 내용을 고려하면, 확산능력은 궐련 연기 내의 일산화탄소 함량에 대해 독자적이고도 중대한 의의를 가져야 하며, 확산능력을 증가시킴으로써 궐련 연기 내의 일산화탄소 수치를 저감할 수 있어야 한다는 결론에 이르게 된다. 이는 비교적 높은 일산화탄소 수치가 관찰되는 종래 기술의 자동 소화식(self-extinguishing) 궐련과 관련하여 특히 중요하다. 이런 궐련에서는, 표준 시험(ISO 12863)시 자동 소화되도록 연소 지연 줄무늬가 궐련 용지에 적용된다. 본 시험 또는 유사한 시험은 예컨대 미국, 캐나다, 호주 및 유럽 연합에서는 법적 규제의 일부이다. 일산화탄소 수치가 높은 것은 일산화탄소가 연소 지연 줄무늬를 통해서는 매우 제한적인 정도로만 궐련 외부로 확산될 수 있다는 사실에 기인하는 것이다. 이런 원치않는 부작용을 상쇄하는 궐련 용지가 이용가능하다면 매우 유리할 것이다.

그러나, 실제로는 용지 제조 공정시 용지의 공기 투과도와 독립적으로 확산능력을 조절하기가 매우 어려운 것으로 드러났다. 그러나, 대부분의 경우 공기 투과도는 그 자체가 궐련 제조업자가 요구하는 용지 사양의 대상이고, 따라서 (이 요건 하에서는) 확산능력은 사실상 용지 제조 공정에서 초래되며 매우 작은 범위 내에서만 변경될 수 있다(B.E.: [궐련 용지의 기공도 분포가 용지의 확산 상수 및 공기 투과도에 미치는 영향](SSPT17, 2005, CORESTA 회의, 영국 스트래트퍼드 온 에이븐)도 참조). 이는 공기 투과도는 물론 확산능력도 궐련 용지의 다공성 구조에 의해 결정되기 때문인데, 이들 파라미터 사이에는 대략 D^*~Z^(1/2)(여기서, D^*는 확산능력이고 Z는 공기 투과도)로 제시되는 관계가 존재한다. 용지의 공기 투과도가 주로 펄프 섬유의 정제에 의해 조절되는 경우, 이런 관계는 특히 거의 정확하게 적용된다.

종래 기술을 통해, 예컨대 열적으로 불안정한 물질을 첨가하거나(WO 2012013334) 충전제 입자의 평균 크기를 선택함으로써(EP 1450632, EP 1809128) 궐련 용지의 확산능력을 증가시키기 위한 다양한 방식이 공지되어 있다. 이런 시도에도 불구하고, 주어진 공기 투과도에 대해 확산능력을 증가시킨 사례는 아직까지 없다.

본 발명의 목적은 미리 정해진 공기 투과도에서 궐련 연기 내의 일산화탄소 함량을 선택적으로 저감할 수 있도록 하는 궐련 용지를 제공하는 것이다.

본 목적은 청구항 제1항에 따른 궐련 용지에 의해 달성된다. 추가적인 유리한 실시예는 종속항에서 개시된다.

본 발명에 따르면, 궐련 용지는 펄프 섬유와 충전제 입자를 함유하되, 충전제 입자의 적어도 일부는 박편 형상이다. 본 발명자는 충전 입자의 적어도 일부가 박편 형상일 경우 (일정한 공기 투과도에서) 궐련 용지의 확산능력이 실질적으로 증가될 수 있다는 것을 관찰하였다. 충전제 전체가 박편 입자로 형성될 경우에는 특히 높은 확산 능력을 달성할 수 있다. 그럼에도, 때로는 비용상의 이유로 보다 적은 비율의 박편 충전제가 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 질량 또는 입자 수를 기준으로 충전제 입자 중 적어도 20%, 바람직하게는 적어도 40%, 특히 바람직하게는 적어도 55%, 특히 적어도 70%가 박편 형상이어야 한다. 이런 박편 입자와 비박편 입자의 상이한 비율은 예컨대 다양한 유형의 충전제를 혼합하여 용지에 첨가함으로써 달성될 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 박편 충전제 입자는 각각 서로 직교하는 세 개의 공간적 방향으로 최대 치수에 대응하는 길이(l), 폭(b) 및 두께(d)를 갖되, 길이(l)와 폭(b)은 두께(d)의 적어도 두 배, 바람직하게는 적어도 네 배이다.

길이(l)와 폭(b)은 통상적으로 서로 다르지만 5배 미만만큼, 바람직하게는 3배 미만만큼, 특히 바람직하게는 2배 미만만큼 차이가 나야 한다.

이상화된 준-직육면체 기하구조 개념에서는, 길이(l), 폭(b) 및 두께(d)는 예컨대 직육면체의 변의 길이에 대응할 수 있다. 즉, 길이(l)가 이상화된 직육면체에서는 내부 대각선에 대응하는 입자의 최대 치수에 대응할 필요는 전혀 없다. 그러나, 대개 길이(l)는 폭(b) 이상이고, 입자의 최대 공간적 연장부와는 2.5 배 이하만큼 차이가 날 것이다.

예시로서, 길이(l), 폭(b) 및 두께(d)가 표시된 박편 충전제 입자가 도시된 도 1을 참조하기 바란다.

처음에 언급한 바와 같이, 종래의 용지의 경우 확산능력(D^*)은 CU 단위의 공기 투과도(Z)의 제곱근에 거의 정확히 비례한다. 즉, D^*~Z^(1/2)이 적용된다. Z=50 CU의 공기 투과도에서 통상적인 CO₂ 확산능력 값은 예컨대 1.65 cm/s이다. 현재까지는, 미리 정해진 공기 투과도(Z)에서 확산능력(D^*)이 증가되도록 공기 투과도(Z)와 상관없이 확산능력(D^*)을 변경하는 것이 기술적으로 극히 어려웠다. 그러나, 본 발명에 따른 박편 충전제를 사용함으로써, 이 외에는 동일하고 Z=50 CU의 공기 투과도를 갖는 용지를 대상으로 CO₂ 확산능력(D^*)을 D^*≥1.80 cm/s까지 증가시키는 것이 가능하다. Z=50 CU와 다른 공기 투과도에 대해서도 박편 충전제로 인해 이와 유사한 확산능력(D^*)의 상대적 증가가 초래된다. x CU의 일반적인 공기 투과도에 대해서도 이 효과를 수량화하기 위해, 관계식 D^*~Z^(1/2)를 이용하여, 계수

를 곱함으로써, CO₂ 확산능력(D^*)을 50 CU에서의 기대 확산능력으로 정규화할 수 있고, 즉

이다.

따라서, 본 발명의 유리한 실시형태에서,

≥1.80 cm/s, 바람직하게는 ≥1.85 cm/s가 x CU의 공기 투과도를 갖는 궐련 용지의 CO₂ 확산능력(

)에 대해 적용된다. 이는 특히 20≤x≤120, 바람직하게는 30≤x≤100 범위의 공기 투과도 값(x)에 대해 적용되고, 충전재 함량이 20 중량% 내지 40 중량%인 종이에 대해서 적어도 적용된다.

평균 입도보다는 기하구조, 즉 박편 형상이 본질적으로 본 발명에 따른 효과에 결정적인 것으로 나타났다. 즉, 특정 한도 내에서는 평균 입도와는 상관없이 소기의 효과를 달성할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, ISO 13317-3에 따라 측정되는 입도 분포의 질량비(mass-specific) 중앙값(d₅₀)은 0.2 ㎛ 내지 4.0 ㎛, 바람직하게는 0.5 ㎛ 내지 3.0 ㎛이다.

본 발명자의 연구에 따르면 입자의 기하구조 또는 형상이 각각 확산능력의 증가에 있어 주된 결정 요인이기 때문에, 해당 충전제가 독물학적 또는 법적 견지에서 허용가능하기만 하면, 충전제 재료에는 애초에 제한이 없다. 그러나, 바람직하게는 충전제는 건강 관련 고려사항 및 법적 고려사항과 관련하여 비판의 소지가 전혀 없는 박편 탄산칼슘을 함유한다. 그러나, 처음에 언급한 바와 같이, 충전제는 전적으로 박편 탄산칼슘으로 형성될 필요는 없으며, 박편 기하구조를 갖지 않는 탄산칼슘이나 완전히 다른 충전제가 혼합물에 첨가될 수도 있다.

바람직한 실시형태에서, 탄산칼슘은 방해석, 배터라이트 또는 이들의 혼합물이며, 이들은 아라고나이트나 여타의 탄산칼슘 변형체에 비해 바람직하다. 바람직하게는, 혼합물은 50 중량% 내지 70 중량%의 방해석과 30 중량% 내지 50 중량%의 배터라이트로 구성된다.

본 발명에 따른 충전제는 종래 기술을 통해 종이 제조 기술분야의 당업자에게 공지된 바와 같은 보편적인 방식으로 종이에 첨가될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 충전제를 첨가한 후에는 용지의 제조를 위해 어떤 추가적인 특별한 조치도 필요하지 않다.

바람직하게는, 용지의 총 충전제 함량은 10 중량% 내지 45 중량%이고, 특히 바람직하게는 20 중량% 내지 40 중량%이다. 또한, 궐련 용지는 바람직하게는 10 g/㎡ 내지 60 g/㎡, 특히 바람직하게는 20 g/㎡ 내지 35 g/㎡의 평량(basis weight)을 가진다.

특히 바람직한 실시형태에서, 종이는 여러 영역(in areas)이 연소지연 물질로 처리되며, 이로써 자동소화 특성을 갖는 용지로 제조되는 궐련을 제공할 수 있다. 처음에 언급한 바와 같이, 이런 연소지연 영역은 두 차례의 연이은 흡입 중간에 CO가 궐련 외부로 확산되는 것을 막는다. 이는 이런 자동소화 궐련에서 통상적으로 높은 CO 수치가 관찰되는 이유이다. 이는 내화성의 증가가 궐련 연기의 유해성을 증가시켜서는 안 되기 때문에 중요한 문제이다. 본 발명에 따른 궐련 용지에 있어서는, 연소지연 영역으로 인한 궐련 연기 내의 CO 함량 증가가 미처리 영역에서 용지의 확산능력 증가에 의해 적어도 부분적으로 상쇄될 수 있다. 따라서, 본 발명은 이런 처리 용지와 관련하여 특수한 기술적 효과를 제공한다.

도 1은 길이(l), 폭(b) 및 두께(d)가 표시된 박편 충전제 입자의 개략도이다.

실시예 1

실시예 1의 출발점은 목재 펄프 섬유와 종래의 비박편 침전 탄산칼슘 25.5 중량%를 포함하는, 본 발명에 따르지 않는 궐련 종이로, 이는 비교예로서의 역할을 한다. 그러나, 추가 물질, 예컨대 연소 첨가제가 포함될 수 있다. 궐련 용지의 평량은 28.2 g/㎡이었고, 공기 투과도는 46.9 CU였다. CO₂ 확산능력은 ISO 187에 따라 용지를 컨디셔닝 한 후에 소딤사에서 입수한 CO₂ 확산율 계량기로 측정되었고,

=1.59 cm/s임을 알았다.

종래의 탄산칼슘 대신에 박편 입자를 갖는 탄산칼슘을 사용한 것 외에는 동일한 궐련 용지를 추가로 제조하였다. X-선 구조 분석은 해당 탄산칼슘이 약 60 중량%의 방해석과 약 40 중량%의 배터라이트의 혼합물이라는 것을 보여주었다. 평균 입경은 약 1.1 ㎛이었다. 이런 박편 탄산칼슘을 제조하는 방법은 EP 1 151 966 B1에 기술되어 있다.

탄산칼슘을 교체함으로써 용지의 특성이 실질적으로 동일한 상태에서 확산능력을 1.59 cm/s에서 1.81 cm/s까지, 즉 13.8%만큼 증가시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 발명에 따른 박편 백악을 갖는 용지의 공기 투과도는 41.7 CU로, 46.9 CU인 비교예의 용지의 공기 투과도보다 약간 낮다는 것을 감안하여야 한다. 이런 경미한 공기 투과도 차이는 예컨대 펄프의 정제 강도를 변경함으로써 용이하게 상쇄될 수 있으며, 공기 투과도가 동일한 상태에서는 확산능력이 훨씬 크게 증가할 것으로 예상된다. 확산능력이 전술한 방식대로 50 CU의 공기 투과도로 정규화된다면, 비교예의 경우에는

의 정규 확산능력이 초래되는 반면에, 본 발명에 따른 박편 백악을 갖는 실시예 1의 궐련 용지의 경우에는

의 정규 확산능력(

)이 획득된다.

실시예 2

비교예로서, 종래의 비박편 침전 탄산칼슘 30.2 중량%를 포함하는, 본 발명에 따르지 않는 궐련 용지를 제조하였다. 궐련 용지의 평량은 28.8 g/㎡이었고 공기 투과도는 60.6 CU이었으며, ISO 187에 따라 용지를 컨디셔닝 한 후에 소딤사에서 입수한 CO₂ 확산율 계량기를 사용하여 측정한 확산능력은 1.84 cm/s이었다. 이는

의 50 CU로 정규화된 값에 해당하며, 따라서 실시예 1의 비교예의 값과 유사하다.

종래의 탄산칼슘 대신에 박편 구조를 갖는 방해석과 배터라이트의 혼합물을 사용하여 본 궐련 용지를 변경하였다. 변경된 궐련 용지는 충전제 함량이 31.0 중량%이었고, 평량이 29.1 g/㎡이었으며, 공기 투과도는 59.5 CU였다. 확산능력은 2.17 cm/s이었다. 이로써, 이 외에는 용지 특성이 거의 동일한 상태에서 확산능력을 1.84 cm/s에서 2.17 cm/s까지, 즉 17.9%만큼 증가시킬 수 있었다. 실시예 2의 본 발명에 따른 용지에 의해 획득되는 이런 높은 확산능력은 종래의 궐련 용지에 있어서는 적어도 약 85 CU의 공기 투과도에서 예상되는 것이다. 50 CU의 공기 투과도로 정규화된 확산능력(

)은

이고, 따라서 실시예 1과 유사하다.

결론적으로, 본 발명에 따른 궐련 용지는 궐련 용지의 공기 투과도를 변경하지 않고서도 본 용지로 제조되는 궐련의 담배봉 외부로의 일산화탄소 확산을 실질적으로 향상시킬 수 있도록 한다.

Claims

펄프 섬유와 충전제 입자를 함유하는 궐련 용지이며,
질량 또는 입자 수를 기준으로 충전제 입자 중 적어도 20%, 바람직하게는 적어도 40%, 특히 바람직하게는 적어도 55%, 특히 70%가 박편 형상인 궐련 용지.
제1항에 있어서, 박편 충전제 입자는 서로 직교하는 세 개의 공간적 방향으로 각각의 최대 연장부에 대응하는 길이(l), 폭(b) 및 두께(d)를 갖되, 길이(l)와 폭(b)은 두께(d)의 적어도 두 배, 바람직하게는 적어도 네 배인 궐련 용지.
제1항 또는 제2항에 있어서, x CU의 공기 투과도와 CO₂ 확산능력(
)을 갖되,
≥1.80 cm/s, 바람직하게는 ≥1.85 cm/s, 특히 바람직하게는 ≥1.90 cm/s가 적용되는 궐련 용지.
제3항에 있어서, 20≤x≤120, 바람직하게는 30≤x≤100이 적용되는 궐련 용지.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, ISO 13317-3에 따라 측정된 입도 분포의 질량비 중앙값(d₅₀)은 0.2 ㎛ 내지 4.0 ㎛, 바람직하게는 0.5 ㎛ 내지 3.0 ㎛인 궐련 용지.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 박편 입자는 탄산칼슘으로 형성되는 궐련 용지.
제1항에 있어서, 탄산칼슘은 방해석, 배터라이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 궐련 용지.
제7항에 있어서, 혼합물은 50 중량% 내지 70 중량%의 방해석과 30 중량% 내지 50 중량%의 배터라이트로 구성되는 궐련 용지.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 용지의 총 충전제 함량은 10 중량% 내지 45 중량%, 바람직하게는 20 중량% 내지 35 중량%인 궐련 용지.
제1항 내지 제9항 어느 한 항에 있어서, 평량이 10 g/㎡ 내지 60 g/㎡, 바람직하게는 20 g/㎡ 내지 35 g/㎡인 궐련 용지.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 자동소화 특성을 갖는 용지로 제조되는 궐련을 제공하기에 적절한 연소지연 물질로 여러 영역이 처리되는 궐련 용지.
담배봉과, 담배봉을 둘러싸는 궐련 용지를 포함하되, 궐련 용지는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 궐련 용지인 궐련.