KR20220164525A - 가열되지만 타지 않는 적용에 사용하기 위한 불연성 포장지 - Google Patents

가열되지만 타지 않는 적용에 사용하기 위한 불연성 포장지 Download PDF

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KR20220164525A
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브루노 스테파니
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에스더블유엠 룩셈부르크
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Abstract

가열되지만 타지 않는 스틱에 포장지로서 사용하기에 매우 적합한 종이가 개시된다. 종이는 난연성 충전제와 조합된 셀룰로오스 섬유로 제조된 베이스 웹을 포함하고/하거나 감소된 점화 조성물로 형성된 코팅을 포함할 수 있다.

Description

가열되지만 타지 않는 적용에 사용하기 위한 불연성 포장지
본 출원은 2020년 4월 7일에 출원된 가특허 출원 제63/006,576에 기초하고 우선권을 주장하며, 이는 참조로 본원에 편입된다.
궐련(cigarette)과 같은 흡연 물품은 통상적으로 담배의 컬럼(column)을 포장지로 래핑(wrapping)하여 제조된다. 일 말단에서, 흡연 물품은 일반적으로 필터를 포함하며, 이를 통해 물품이 흡연된다. 필터는 흰색 포장지에 접착된 티핑 지(tipping paper)를 사용하여 흡연 물품에 부착된다. 흡연 물품을 구성하는 데 사용되는 포장지 및 티핑지는 전형적으로 아마 또는 기타 셀룰로오스 섬유로 제조되며 탄산칼슘과 같은 하나 이상의 충전제를 함유할 수 있다.
흡연 물품이 흡연될 때, 필터를 통해 흡입되는 주류연(mainstream smoke)이 발생된다. 주류연은, 미각뿐만 아니라 후각으로 감지되는 감각을 포함하는 특정한 맛을 흡연 물품에 제공하는 다양한 상이한 성분을 함유할 수 있다. 주류연을 생성할 뿐만 아니라, 기존의 흡연 물품은 부류연(sidestream smoke)도 생성한다. 흡연자가 내뿜는 연기와 부류연은 전형적으로 간접흡연으로 지칭된다.
최근에, 당업자는 에어로졸을 발생할 수 있고 간접 흡연을 생성하지 않으면서 사용자에게 종래의 궐련과 동일한 경험을 제공할 수 있는 가열식 담배 제품을 창출하였다. 이러한 타입의 무연 제품은 전형적으로 가열되지만 타지 않는 스틱(heat but not burn stick)으로 지칭된다. 에어로졸 발생기에 가열되지만 타지 않는 스틱을 배치하고 저온 가열하여 제품을 연소시키지 않고 흡입 가능한 에어로졸을 생성한다. 예를 들어, 가열되지만 타지 않는 스틱은 담배를 함유할 수 있으며, 이는 가열되어 담배를 태우지 않고 에어로졸을 생성한다. 기존의 흡연 물품과 유사한, 가열되지만 타지 않는 스틱은 포장지(wrapper)로 둘러싸인 에어로졸 발생 재료(aerosol generating material)의 컬럼을 포함한다. 에어로졸 발생 재료는 궐련과 유사한 여러 시트의 절단 스트랜드(strand), 주름진 재료의 시트, 또는 단일 시트의 절단 스트랜드과 같은 다양한 형식으로 제조될 수 있다. 가열되지만 타지 않는 스틱은, 스틱을 약 200℃ 내지 약 450℃와 같은 저온으로 가열하는 가열 디바이스에 배치될 수 있다. 예를 들어 가열 디바이스는 전기 요소를 사용할 수 있거나, 연료를 태울 수 있거나, 또는 열을 생성하는 화학 반응을 일으킬 수 있다.
기존의 흡연 물품과 대조적으로, 가열되지만 타지 않는 스틱은 불연성(non-combustible)이어야 한다. 특히, 가열되지만 타지 않는 스틱은 나와(open flame) 또는 고온 가열 요소(heating element)에 노출되는 경우에, 끝부분이 불이 붙은 상태를 유지할 수 없어야 한다. 예를 들어, 이상적으로는, 가열되지만 타지 않는 스틱은 기존의 궐련처럼 불을 붙여서 피울 수 없어야 한다. 또한, 가열되지만 타지 않는 스틱은 바람직하게는 가열되지만 타지 않는 디바이스(heat but not burn device)에 배치될 때 임의의 상당한 양의 연소 생성물을 생성하지 않는다. 또한, 다양한 정부 규정은 이제 가열되지만 타지 않는 스틱이 기존의 궐련으로 사용할 수 없도록 없음을 요구한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 과거에는, 종이 기재에 알루미늄을 적층하여 가열되지만 타지 않는 스틱용 포장지를 제조하였다. 알루미늄은 불연성이지만, 알루미늄은 처음부터 끝까지 균일한 에어로졸을 생성하는 스틱의 성능을 방해할 수 있다. 또한 알루미늄은 제품에 상당한 비용을 추가시키고 생분해되지 않는다.
상기의 관점에서, 가열되지만 타지 않는 스틱용의 개선된 포장지에 대한 필요성이 존재한다. 특히, 가열되지만 타지 않는 스틱이 불연성이 되도록 하는 개선된 포장지에 대한 필요성이 존재한다.
일반적으로, 본 개시내용은 가열되지만 타지 않는 스틱을 구성하는데 사용하기 위한 포장지에 관한 것이다. 일 측면에서, 포장지는 담배의 컬럼을 둘러싸고 기존의 흡연기에 배치되고 점화되는 경우에도 불연성이다. 본 개시내용의 포장지는 주로 생분해성 재료로 제조될 수 있으며, 따라서 환경 친화적이다. 또한, 포장지는 가열되지만 타지 않는 스틱 내에 함유된 에어로졸 발생 재료(aerosol generating material)의 에어로졸 생성 특성을 불리하게 저해하지 않도록 구성될 수 있다.
가열되지만 타지 않는 스틱이 불연성이 되도록 하는 가열되지만 타지 않는 스틱용 포장지를 제조하기 위해, 다양한 기술을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 난연성 충전제(flame retardant filler)를 함유하는 포장지가 본 개시내용에 따라 제조될 수 있다. 다른 측면에서, 감소된 점화 조성물(reduced ignition composition)이 포장지의 일면(side) 또는 양면에 적용될 수 있다. 또 다른 측면에서, 난연성 충전제는 감소된 점화 조성물로 제조된 코팅과 함께 사용될 수 있다. 본 개시내용의 포장지는 단일 층의 종이 또는 베이스 웹으로 제조될 수 있거나 다중 층으로 제조될 수 있다. 일 측면에서, 포장지는 외부 포장지 및 내부 포장지를 포함하고, 여기서 내부 포장지, 외부 포장지, 또는 둘 모두는 상기 기술 중 하나 이상을 포함한다.
일 측면에서, 본 개시내용은 가열되지만 타지 않는 스틱용 포장지에 관한 것이다. 포장지는 난연성 충전제와 혼합된 셀룰로오스 섬유를 함유하는 베이스 웹을 포함한다. 베이스 웹은 제1 면(side)과 제2 그리고 반대 면을 갖는다. 난연성 충전제는 규산칼슘 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 규산칼슘 입자는 베이스 웹에 약 10중량% 초과의 양, 예컨대 약 16중량% 초과의 양으로 존재할 수 있고 일반적으로 약 40중량% 미만의 양, 예컨대 약 30중량% 미만의 양, 예컨대 약 24중량% 미만의 양으로 존재할 수 있다.
대안적으로, 베이스 웹에 존재하는 난연성 충전제는 점토 입자, 다른 규산염(silicate) 입자, 금속 수산화물 입자 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 난연성 충전제는 카올린 입자, 수산화알루미늄 입자, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 각각의 충전제 또는 충전제의 각각의 혼합물은 베이스 웹에 약 10중량% 초과의 양, 예컨대 약 16중량% 초과의 양으로 존재할 수 있고, 일반적으로 약 40중량% 미만의 양, 예컨대 약 30 중량% 미만의 양, 예컨대 약 24 중량% 미만의 양으로 존재할 수 있다.
포장지는 베이스 웹의 제1 면에 배치된 코팅을 추가로 포함한다. 코팅은 감소된 점화 조성물을 포함한다. 예를 들어, 코팅은 감소된 점화 물질을 단독으로 또는 점도 조절제(viscosity modifier), 스페이서(spacer) 및/또는 충전제 입자와 조합하여 포함할 수 있다. 예를 들어, 감소된 점화 물질은 미세결정질 셀룰로오스, 알지네이트, 전분 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 미세결정질 셀룰로오스는 분쇄된 미세결정질 셀룰로오스, 분말화된 미세결정질 셀룰로오스, 또는 콜로이달 미세결정질 셀룰로오스(colloidal microcrystalline cellulose)일 수 있다. 일 측면에서 미세결정질 셀룰로오스가 해중합(depolymerized)된다. 점도 조절제 또는 스페이서는 셀룰로오스 유도체, 예컨대 카르복시 메틸셀룰로오스, 구아 검 또는 임의의 다른 적합한 천연 또는 합성 중합체를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이, 베이스 웹은 규산칼슘 입자를 포함하는 난연성 충전제를 함유한다. 일 측면에서, 규산칼슘 입자는 코팅되지 않으며, 이는 입자가 이종 재료로 코팅되지 않음을 의미한다. 일반적으로, 규산칼슘 입자는 약 0.1 마이크론 내지 약 30 마이크론, 예컨대 약 2 마이크론 내지 약 15 마이크론의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 충전제의 입자 크기는 광산란 또는 레이저 회절을 통해 결정될 수 있다. 이러한 입자 크기 분석기는 LA-960 입자 크기 분석기와 같은 것으로, Horiba Scientific을 통해 상업적으로 입수할 수 있다. 베이스 웹은 난연성 충전제만을 단독으로 함유하도록 구성될 수 있거나 다른 충전제와 조합하여 난연성 충전제를 함유하도록 구성될 수 있다.
베이스 웹은 약 12gsm 내지 약 80gsm의 평량(basis weight)을 가질 수 있다. 베이스 웹은 약 0 CU 내지 약 50 CU, 예컨대 약 0 CU 내지 약 20 CU의 고유 투과성(inherent permeability)을 가질 수 있다. 본원에 사용된, "고유" 투과성은 임의의 코팅 또는 표면 처리(예컨대 천공)를 적용하기 전의 베이스 웹의 투과성을 지칭한다.
감소된 점화 조성물의 코팅은 연속 코팅 또는 불연속 코팅일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 연속 코팅은 기재의 처리된 영역에 걸쳐 중단되지 않는 코팅이다. 반면에, 불연속 코팅은 처리된 영역 내에 처리되지 않은 영역을 형성하여 처리된 영역에 걸쳐 중단되는 코팅이다. 예를 들어, 코팅 조성물에 의해 형성된 복수의 이격된 원주 밴드(circumferential band)를 포함하는 포장지는 본원에서 사용된 바와 같은 불연속 코팅이다.
코팅이 연속 코팅인 경우, 코팅은 일반적으로 베이스 웹의 제1 면의 표면적의 약 40% 초과, 예컨대 약 65% 초과, 예컨대 약 80% 초과, 예컨대 약 85% 초과, 예컨대 약 90% 초과, 예컨대 약 95% 초과를 커버(cover)할 수 있다. 코팅이 배치되는 경우, 코팅은 약 0.5gsm 내지 약 10gsm의 평량을 가질 수 있다.
본 개시내용에 따른 포장지는 단일층 포장지일 수 있거나 복수의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 포장지는 2개의 층(layer)을 포함할 수 있다. 복수의 층을 포함하는 경우, 본 개시내용의 베이스 웹은 층 중 하나를 구성한다. 일 측면에서, 예를 들어, 베이스 웹은 2층 포장지의 내부 층일 수 있거나 2층 포장지의 외부 층일 수 있다.
다른 측면에서, 가열되지만 타지 않는 스틱을 위한 본 개시내용의 포장지는 셀룰로오스 섬유를 포함하는 외부 포장지 및 베이스 웹을 포함하는 내부 포장지를 포함한다. 베이스 웹은 난연성 충전제와 혼합된 셀룰로오스 섬유를 포함한다. 난연성 충전제는 예를 들어, 규산염 입자, 예컨대 규산칼슘 입자, 점토 입자, 예컨대 카올린 입자, 또는 금속 수산화물 입자, 예컨대 수산화알루미늄 입자일 수 있다. 난연성 충전제는 베이스 웹에 약 10중량% 내지 약 45중량%, 예컨대 약 27중량% 내지 약 38중량%의 양으로 존재할 수 있다. 베이스 웹은 약 20gsm 내지 약 50gsm의 평량을 가질 수 있다. 이 구현예에서, 베이스 웹은 코팅되지 않을 수 있는데, 이는 원하는 불연 물성을 갖는 포장지를 여전히 제공하면서, 베이스 웹이 어떠한 감소된 점화 조성물로 처리되지 않는다는 것을 의미한다.
또 다른 측면에서, 본 개시내용은 셀룰로오스 섬유를 함유하는 베이스 웹을 포함하는 가열되지만 타지 않는 스틱용 포장지에 관한 것이다. 베이스 웹은 제1 면 및 제2 그리고 반대 면을 가질 수 있다. 베이스 웹은 감소된 점화 조성물로 형성된, 베이스 웹의 제1 면 상에 배치된 코팅을 포함할 수 있다. 코팅은 연속적일 수 있고 베이스 웹의 제1 면의 표면적의 약 65% 초과, 예컨대 베이스 웹의 제1 면의 표면적의 약 80% 초과를 커버(cover)할 수 있다. 감소된 점화 조성물이 코팅된 경우, 베이스 웹은 약 10 CU 미만, 예컨대 약 5 CU 미만, 예컨대 약 2 CU 미만의 투과성을 가질 수 있고, 코팅된 경우 약 0.04 cm/s 미만, 예컨대 약 0.03 cm/s 미만, 예컨대 약 0.02 cm/s 미만의 확산성(diffusivity)을 가질 수 있다. 이 구현예에서, 베이스 웹은 선택적으로 충전제 입자를 함유할 수 있다. 충전제 입자는, 존재하는 경우, 탄산칼슘 입자 또는 산화마그네슘 입자를 포함할 수 있다. 대안적으로, 베이스 웹은 어떠한 충전제 재료도 없을 수 있다. 이 구현예에서, 포장지는 단일 층 디자인일 수 있거나 베이스 웹이 2층 디자인의 내부 층을 구성하는 다중 층을 포함할 수 있다.
본 개시내용은 또한 가열되지만 타지 않는 스틱에 관한 것이다. 가열되지만 타지 않는 스틱은 에어로졸 발생 재료의 컬럼(column)을 포함한다. 상기한 바와 같은 포장지는 에어로졸 발생 재료의 컬럼을 둘러싼다. 에어로졸 발생 재료는 임의의 적절한 식물 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 일 구현예에서, 에어로졸 발생 재료는 제지 공정을 통해 생산된 재생 담배 잎(reconstituted tobacco leaf), 캐스트 잎 담배(cast leaf tobacco) 또는 썰은 담배(cut tobacco)와 같은 담배이다. 가열되지만 타지 않는 스틱이 연소 테스트에 따라 테스트될 때, 불연성이 되도록, 본 개시내용의 포장지는 가열되지만 타지 않는 스틱에 편입된다. 예를 들어, 연소 테스트에 따라 테스트될 때, 본 개시내용에 따른 가열되지만 타지 않는 스틱은 약 3분 미만, 예컨대 약 2.5분 미만, 예컨대 약 2분 미만, 예컨대 약 1.5분 미만에 소화(extinguish)될 수 있다.
본 개시내용의 다른 특징 및 측면은 아래에서 더 상세히 논의된다.
본 개시내용의 완전하고 실시 가능하게 하는 개시내용은 첨부 도면을 참조하는 것을 포함하여, 명세서의 나머지 부분에서 보다 구체적으로 설명되며, 여기서:
도 1은 본 개시내용에 따른 가열되지만 타지 않는 스틱이 로딩(load)된 가열되지만 타지 않는 디바이스의 일 구현예의 평면도이고;
도 2는 가열되지만 타지 않는 스틱이 로딩된 가열되지만 타지 않는 디바이스의 다른 구현예의 평면도이고;
도 3은 가열되지만 타지 않는 스틱과 관련된 가열되지만 타지 않는 디바이스의 또 다른 구현예이며; 그리고
도 4 및 5는 하기 실시예에서 얻어진 결과 중 일부를 나타낸다.
본 명세서 및 도면에서 참조 문자의 반복 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징 또는 구성요소를 나타내기 위해 의도된 것이다.
본 논의는 단지 예시적인 구현예의 설명이며, 본 개시내용의 더 넓은 측면을 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 것이 당업자에 의해 이해되어야 한다.
일반적으로, 본 개시내용은 연소 특성이 낮은 종이 제품에 관한 것이다. 예를 들어, 종이 제품은 가열되지만 연소되지 않은 스틱의 제조에 불연성 포장지로서 사용하기에 매우 적합하다.
다양한 상이한 기술을 사용하여 저연소 특성이 종이 제품에 포함될 수 있다. 각 기술은 단독으로 또는 다른 기술과 함께 사용하여 원하는 적용에 대해 특정 제품을 최적화할 수 있다. 일 측면에서, 예를 들어, 본 개시내용의 종이 제품은 종이에 규산염 입자와 같은 난연성 충전제를 혼입(incorporating)함으로써 제조될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 종이 제품은 셀룰로오스 섬유를 단독으로 또는 충전제와 함께 함유할 수 있고 감소된 점화 조성물로 한쪽 또는 양쪽 표면에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 감소된 점화 조성물은 감소된 점화 물질, 예컨대 필름-형성 중합체 또는 셀룰로오스, 미립자 또는 섬유상 셀룰로오스 재료(fibrous cellulose material), 또는 이 둘의 혼합물을 함유할 수 있다. 감소된 점화 코팅은 단독으로 또는 난연성 충전제와 함께 사용될 수 있다. 가열되지만 타지 않는 스틱용 포장지에 포함되는 경우, 본 개시내용에 따라 제조된 종이는 단일 층 디자인으로 사용될 수 있다. 대안적으로, 포장지는 2개의 층을 포함할 수 있으며, 여기서 본 개시내용에 따라 제조된 종이가 포장지의 외부 층 또는 내부 층을 형성할 수 있다.
특정한 이점으로, 본 개시내용의 종이는 가열되지만 타지 않는 적용에 원하는 불연(non-combustible) 물성을 제공하지만 포장지가 환경 친화적이 되도록 하는 생분해성 재료로 주로 제조될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 개시내용에 따라 사용될 수 있는 에어로졸 발생 디바이스의 일 구현예가 도시되어 있다. 에어로졸 발생 디바이스(10)는 가열되지만 타지 않는 스틱(14)을 수용하기 위한 통로 또는 개구(12)를 포함한다. 에어로졸 발생 디바이스(10)는 가열되지만 타지 않는 스틱(14)에 함유된 에어로졸 발생 재료를 가열하지만 태우지 않는 가열 디바이스(16)를 포함한다. 가열 디바이스는 에어로졸을 생성하기에 충분한 온도에 가열되지만 타지 않는 스틱(14)을 노출시킬 수 있는 임의의 적절한 가열 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 구현예에서, 가열 디바이스(16)는 배터리에 의해 전력을 공급받고 에어로졸 발생 재료 주위 또는 내부에 있을 수 있고 단일 또는 여러 가열 요소로 제조될 수 있는 전기 가열 요소를 포함할 수 있다. 대안적으로, 가열 디바이스는 부탄과 같은 연료를 연소시켜 열을 생성할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 가열 디바이스(16)는 열을 생성하기 위한 화학 반응에서 함께 반응하는 물질을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 가열되지만 타지 않는 스틱(14)은 기존의 궐련과 유사한 외관을 가질 수 있다. 필요에 따라, 가열되지만 타지 않는 스틱(14)은 마우스피스 또는 필터(20)를 포함할 수 있다. 필터(20)는 셀룰로오스 아세테이트 토우(cellulose acetate tow)로 제조될 수 있다. 필터(20)뿐만 아니라, 가열되지만 타지 않는 스틱(14)은 또한 냉각 세그먼트(cooling segment)(24)를 포함할 수 있다. 냉각 세그먼트(24)는 가열되지만 타지 않는 스틱(14)에 의해 발생된 에어로졸의 온도를 낮추도록 디자인된다. 에어로졸 냉각 세그먼트(24)는 다양한 재료, 예컨대 셀룰로오스 아세테이트, 주름진 폴리락타이드 필름(crimped polylactide film) 또는 천공된 종이 튜브로 제조될 수 있다.
가열되지만 타지 않는 스틱(14)은 에어로졸 발생 재료(22)의 컬럼을 추가로 포함한다. 예를 들어, 에어로졸 발생 재료는 담배 재료일 수 있다. 담배 재료는 단일 종류(variety)의 담배일 수 있거나 함께 혼합된 다양한 종류의 담배 타입일 수 있다. 에어로졸 발생 재료는 천연 잎 담배, 캐스트 잎 담배(cast leaf tobacco), 팽화 담배(expanded tobacco), 균질화 담배(homogenized tobacco), 슬러리 담배(slurry tobacco), 제지 재생 담배(papermaking reconstituted tobacco), 및 이들의 조합으로 제조될 수 있다. 담배 재료는 또한 충전제 입자와 같은 다양한 기타 비-담배 재료와 조합될 수 있다.
담배 재료뿐만 아니라, 에어로졸 발생 재료는 또한 다양한 다른 식물 재료와 같은 다양한 다른 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다른 구현예에서, 에어로졸 발생 재료는 대마초(cannabis) 식물의 꽃봉오리(bud)와 꽃을 포함하는 대마초(cannabis)로 제조될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 에어로졸 발생 재료는 다양한 허브 및 꽃과 같은 기타 비-담배 식물 재료를 포함할 수 있다.
본 개시내용에 따르면, 가열되지만 타지 않는 스틱(14)은 에어로졸 발생 재료(22)를 적어도 커버하는 포장지(26)를 추가로 포함할 수 있다. 포장지(26)는 본 개시내용에 따라 제조되고 낮은 연소 특성을 갖는다. 포장지(26)는 단일 층의 종이일 수 있거나 종이를 둘 이상의 층으로 포함할 수 있다. 선택적으로, 가열되지만 타지 않는 스틱(14)은 필터(20) 및 선택적으로 에어로졸 냉각 세그먼트(24)를 커버하는 티핑지를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 에어로졸 발생 디바이스(110)의 다른 구현예가 도시되어 있다. 이 구현예에서, 필터(120) 및 에어로졸 냉각 세그먼트(124)는 에어로졸 발생 디바이스(110)에 내장(built)된다. 에어로졸 발생 디바이스(110)는 사용자가 이를 통해 에어로졸을 수용할 수 있는 개구(112) 또는 마우스피스를 포함한다. 에어로졸 발생 디바이스(110)는 디바이스내에 로딩되는 가열되지만 타지 않는 스틱(114)을 가열하지만 태우지 않는 가열 디바이스(116)를 포함한다. 이 구현예에서, 가열되지만 타지 않는 스틱(114)은 에어로졸 냉각 세그먼트 또는 필터를 포함하지 않는다. 대신에, 가열되지만 타지 않는 스틱(114)은 본 개시내용에 따라 포장지(126)에 의해 둘러싸인 에어로졸 발생 재료(122)의 컬럼을 포함한다.
도 3을 참조하면, 가열되지만 타지 않는 디바이스(210)의 또 다른 구현예가 도시되어 있다. 이 구현예에서, 가열되지만 타지 않는 스틱(14)은 도 1에 도시된 구현예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 유사한 참조 번호가 유사한 요소를 나타내기 위해 사용되었다. 가열되지만 타지 않는 스틱(14)은 필터(20), 에어로졸 냉각 세그먼트(24), 및 에어로졸 발생 재료(22)를 포함한다. 에어로졸 발생 재료(22)는 본 개시내용에 따라 제조된 포장지(26)에 의해 둘러싸여 있다. 이 구현예에서, 가열되지만 타지 않는 디바이스(210)는 가열되지만 타지 않는 스틱(14)에 열을 공급하기 위한, 석탄 시스템과 같은 가열 요소를 포함한다.
에어로졸 발생 재료는 많은 적용을 위한 습윤제(humectant)를 함유할 수 있다. 사용될 수 있는 습윤제는 폴리올, 비-폴리올, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 폴리올 습윤제는 소르비톨, 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 비-폴리올 습윤제는 젖산, 글리세릴 디아세테이트, 글리세릴 트리아세테이트, 트리에틸 시트레이트, 이소프로필 미리스테이트, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 하나 이상의 습윤제는 약 0.1중량% 내지 약 30중량%의 양으로 에어로졸 발생 재료에 존재할 수 있다. 예를 들어, 가열되지만 타지 않는 스틱을 제조할 때, 예를 들어, 에어로졸 발생 재료는 습윤제를 약 3중량% 초과의 양, 예컨대 약 5중량% 초과의 양, 예컨대 약 8 중량% 초과의 양, 예컨대 약 10 중량% 초과의 양, 예컨대 약 12 중량% 초과의 양, 예컨대 약 15 중량% 초과의 양, 예컨대 약 18 중량% 초과의 양, 그리고 일반적으로 약 30 중량% 미만의 양, 예컨대 약 25 중량% 미만의 양, 예컨대 약 20 중량% 미만의 양으로 함유할 수 있다.
본 개시내용에 따르면, 에어로졸 발생 재료는 포장지에 의해 둘러싸여 있다. 에어로졸 발생 재료가 래핑(wrapped)되면, 가열되지만 타지 않는 스틱은 일반적으로 약 4 mm 내지 약 95 mm, 예컨대 4 mm 내지 약 50 mm, 예컨대 약 8 mm 내지 약 25 mm의 원주(circumference)를 가질 수 있다. 스틱의 길이는 일반적으로 약 1 cm 내지 약 25 cm, 예컨대 약 12 cm 내지 약 20 cm, 예컨대 약 3 cm 내지 약 15 cm, 예컨대 약 4 cm 내지 약 10 cm일 수 있다. 가열되지만 타지 않는 스틱의 직경은 약 4mm 내지 약 30mm, 예를 들어 약 5mm 내지 약 9mm일 수 있다. 일 측면에서, 예를 들어, 직경은 약 5mm 내지 약 6mm일 수 있다. 대안적인 구현예에서, 직경은 약 6.5mm 내지 약 7.5mm일 수 있다.
일 측면에서, 본 개시내용의 종이 또는 포장지는 난연성 충전제와 조합된 셀룰로오스 섬유를 함유하는 베이스 웹으로 제조된다. 베이스 웹을 형성하기 위해 사용되는 셀룰로오스 섬유는 연목 섬유, 경목 섬유, 아마 섬유, 이들의 혼합물 등으로부터 형성될 수 있다. 일반적으로, 베이스 웹을 형성하기 위해 임의의 적합한 셀룰로오스 섬유가 사용될 수 있다. 셀룰로오스 섬유가 정련(refine)되는 정도는 특정 적용에 따라 달라질 수 있다.
베이스 웹을 형성하기 위해, 셀룰로오스 섬유는 난연성 충전제와 조합되어 수성 현탁액(aqueous suspension)으로 형성된다. 이어서, 수성 현탁액은 헤드박스를 통해 공급되고 초기 웹(embryonic web)을 형성하기 위해 이동하는 형성 직물(forming fabric) 상에 디포지트되고(deposited), 그 후 건조된다.
일 구현예에서, 본 개시내용에 따라 베이스 웹에 혼입된(incorporated) 난연성 충전제는 규산염, 예컨대 금속 규산염 입자이다. 일 측면에서, 금속 규산염 입자는 규산칼슘 입자이다. 규산칼슘 입자는 일반적으로 약 0.1 미크론 초과, 예컨대 약 2 미크론 초과, 예컨대 약 3 미크론 초과, 그리고 일반적으로 약 30 미크론 미만, 예컨대 약 20 미크론 미만, 예컨대 약 10 미크론 미만의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.
본 개시내용에 따라 사용될 수 있는 다른 충전제 입자의 예는 점토 입자, 금속 수산화물 입자, 금속 산화물 입자, 카보네이트 입자, 이들의 혼합물 등을 포함한다. 일 측면에서, 예를 들어, 충전제 입자는 점토 입자를 포함할 수 있다. 본 개시내용에 사용하기에 특히 매우 적합한 점토 입자는 카올린 입자를 포함한다. 금속 수산화물 입자는 또한 본 개시내용에서 사용하기에 매우 적합하다. 예를 들어, 일 측면에서, 충전제 입자는 수산화알루미늄 입자를 포함한다. 다른 구현예에서, 카올린 입자는 수산화알루미늄 입자 및/또는 규산염 입자와 조합될 수 있다. 충전제 입자는 일반적으로 약 0.1 마이크론 초과, 예컨대 약 2 마이크론 초과, 예컨대 약 3 마이크론 초과, 그리고 일반적으로 약 30 마이크론 미만, 예컨대 약 20 마이크론 미만, 예컨대 약 10 미크론 미만의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.
베이스 웹에 혼입된 난연성 충전제의 양은 존재하는 셀룰로오스 섬유의 타입 및 다양한 기타 요인에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로, 난연성 충전제는 베이스 웹에 약 10중량% 초과의 양, 예컨대 베이스 웹의 약 15중량% 초과의 양, 예컨대 약 17중량% 초과, 예컨대 약 19 중량% 초과, 예컨대 약 21 중량% 초과, 예컨대 약 23 중량% 초과, 그리고 일반적으로 약 40 중량% 미만, 예컨대 약 35 중량% 미만, 예컨대 약 30중량% 미만, 예컨대 약 28중량% 미만, 예컨대 약 26중량% 미만, 예컨대 약 24중량% 미만으로 혼입된다. 일 특정한 측면에서, 난연성 충전제는 약 16 중량% 내지 약 24 중량%의 양으로 베이스 웹에 혼입된다.
일 구현예에서, 베이스 웹은 약 20 중량% 내지 약 45 중량%의 양, 예컨대 약 27 중량% 내지 약 38 중량%의 양으로 난연성 충전제를 함유할 수 있다. 이 구현예에서, 예를 들어 베이스 웹은 코팅되지 않을 수 있다. 예를 들어, 베이스 웹의 불연성 특성은 어떠한 코팅과 함께 사용되지 않고 난연성 충전제에서만 얻을 수 있다.
난연성 충전제뿐만 아니라, 베이스 웹은 또한 다양한 기타 충전제를 함유할 수 있다. 예를 들어, 베이스 웹은 탄산칼슘 입자, 산화마그네슘 입자, 염화칼슘 입자, 젖산칼슘 입자, 글루콘산칼슘 입자 등을 함유할 수 있다. 기타 충전제는 일반적으로 약 1중량% 내지 약 12중량%의 양, 예컨대 약 3중량% 내지 약 8중량%의 양으로 베이스 웹에 존재할 수 있다. 예를 들어, 베이스 웹은 총 충전제 로딩이 약 40중량% 이하, 예컨대 약 35중량% 이하가 되도록 구성될 수 있다.
베이스 웹의 고유 투과성(inherent permeability)은 일반적으로 약 60 CU 미만이다. 본원에 사용된 바와 같이, 베이스 웹의 "고유" 투과성은 예를 들어 감소된 점화 조성물의 적용 전과 같은 코팅되지 않은 상태에서 베이스 웹의 투과성을 지칭한다. 다양한 다른 기술을 사용하여 베이스 웹의 투과성을 제어할 수 있다. 예를 들어, 베이스 웹의 투과성은 셀룰로오스 섬유가 정련되는 양을 증가시키고/시키거나 하나 이상의 충전제의 입자 크기를 감소시킴으로써 감소될 수 있다. 일 측면에서, 베이스 웹의 투과성이 상대적으로 낮아 포장지의 불연성 특성을 추가로 개선할 수 있다. 예를 들어, 투과성은 약 50 CU 미만, 예컨대 약 30 CU 미만, 예컨대 약 25 CU 미만, 예컨대 약 20 CU 미만, 예컨대 약 15 CU 미만, 예컨대 약 10 CU 미만일 수 있다. 투과성은 일반적으로 약 0 CU 이상, 예컨대 약 5 CU 초과이다. 일 측면에서, 베이스 웹의 고유 투과성은 약 10 CU 초과, 예컨대 약 20 CU 초과, 예컨대 약 30 CU 초과일 수 있다.
베이스 웹은 또한 약 100mL/분 미만, 예컨대 약 85mL/분 미만, 예컨대 약 70mL/분 미만, 예컨대 약 55mL/분 미만, 예컨대 약 40 mL/분 미만, 예컨대 약 30 mL/분 미만, 예컨대 약 20 mL/분 미만, 예컨대 약 15 mL/분 미만의 고유 투과성을 가질 수 있다. 투과성은 약 5mL/분 초과, 예컨대 약 10mL/분 초과, 예컨대 약 25mL/분 초과일 수 있다. 상기 단위(unit)의 투과성은 ISO 5636-3-2013 테스트 방법에 따라 결정될 수 있으며 또한 Bendtsen 투과성으로 지칭된다. 투과성은 Lorentzen & Wettre Products에서 제조된, L&W Air Permeance Tester를 사용하여 측정할 수 있다.
베이스 웹의 평량은 약 30gsm 내지 약 100gsm일 수 있으며, 이 사이의 1gsm의 모든 증분을 포함한다. 예를 들어, 평량은 약 30gsm 내지 약 85gsm, 예컨대 약 40gsm 내지 약 80gsm, 예컨대 약 45gsm 내지 약 75gsm일 수 있다. 일 측면에서, 평량은 약 33gsm 내지 약 45gsm일 수 있다. 대안적으로, 평량은 약 45gsm 내지 약 60gsm일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 평량은 약 60gsm 내지 약 85gsm, 예컨대 약 65gsm 내지 약 75gsm일 수 있다. 다른 구현예에서, 베이스 웹의 평량은 일반적으로 약 12gsm 이상 그리고 약 60gsm 이하일 수 있다. 예를 들어, 평량은 약 25gsm 초과, 예컨대 약 30gsm 초과, 예컨대 약 35gsm 초과, 그리고 일반적으로 약 55gsm 미만, 예컨대 약 50gsm 미만, 예컨대 약 45gsm 미만일 수 있다. 평량은 ISO 536:2012 테스트 방법에 따라 결정될 수 있다. 웹은 측정을 수행하기 전에 23℃ 및 50% 상대 습도에서 조절(conditioned)된다.
본 개시내용의 베이스 웹은 또한 물성 또는 특성을 개선하기 위해 처리되거나 다양한 상이한 첨가제를 함유할 수 있다. 베이스 웹에 선택적으로 혼입될 수 있는 첨가제는 예를 들어 연소 조절제(burn control agent), 습윤 강화제(wet strength agent), 오일-차단제(oil-barrier) 및/또는 지방-차단제, 블로킹 방지제(anti-blocking agent), 건조 강화제, 연화제(softener), 습윤제 등을 포함한다.
연소 조절제의 사용은 선택적이며 다양한 적용에 바람직하지 않을 수 있다. 예를 들어, 연소 조절제는 카르복실산의 염을 포함할 수 있다. 예를 들어, 연소 조절제는 카르복실산의 알칼리 금속 염, 카르복실산의 알칼리 토금속 염, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 연소 조절제의 예는 아세트산, 시트르산, 말산, 젖산, 타르타르산, 탄산, 포름산, 프로피온산, 글리콜산, 푸마르산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 질산, 인산, 또는 이들의 혼합물의 염을 포함한다. 사용될 수 있는 특정 연소 조절제는 시트르산칼륨, 시트르산나트륨, 숙신산칼륨, 숙신산나트륨, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 존재하는 경우, 하나 이상의 연소 조절제가 일반적으로 매우 소량으로 사용된다. 예를 들어, 하나 이상의 연소 조절제가 1 중량% 미만, 예컨대 약 0.5 중량% 미만, 예컨대 약 0.1 중량% 미만의 양으로 베이스 웹에 적용될 수 있다. 일 구현예에서, 본 개시내용의 베이스 웹 또는 포장지(wrapper)는 상기한 연소 조절제와 같은 어떠한 연소 조절제가 완전히 없을 수 있다.
습윤 강화제는 베이스 웹이 물과 같은 액체와 접촉하는 경우, 베이스 웹의 분해 가능성을 감소시킬 수 있다. 전형적으로, 습윤 강화제는 폴리아미드, 예컨대 에피클로로히드린 수지, 폴리아민-에피클로로히드린 수지, 폴리(아미노아미드)-에피클로로히드린 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 멜라민-포름알데히드 수지; 알킬-케텐(alkyl-ketene) 이량체; 알킬숙신산 무수물; 폴리비닐아민; 산화된 다당류로부터 선택될 수 있다. 전형적으로, 습윤 강화제의 양은 포장 재료(wrapping material)의 건조 중량의 0.1% 내지 30%, 바람직하게는 1% 내지 15%, 보다 더 바람직하게는 5% 내지 10%이다.
블로킹 방지제는 포장지 또는 코팅지에 대한 재료의 접착을 제한할 수 있다. 전형적으로, 블로킹 방지제는 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리아크릴아미드, 아크릴 에스테르, 실리콘(silicone) 및 라텍스로부터 선택될 수 있다.
건조 강화제는 베이스 웹에 큰 기계적 응력이 가해지는 경우 베이스 웹의 저항성을 증가시킬 수 있다. 건조 강화제는 전분 및 변성 검, 셀룰로오스 중합체, 합성 중합체, 예를 들어 카르복시메틸셀룰로오스 및 폴리아크릴아미드로부터 선택될 수 있다. 전형적으로, 건조 강화제의 양은 포장 재료의 건조 중량의 0.1% 내지 15%, 바람직하게는 1% 내지 10%, 보다 더 바람직하게는 1% 내지 5%이다.
연화제는 베이스 웹의 부드러움을 향상시킬 수 있다. 전형적으로 연화제는 지방산, 실록산 화합물, 실리콘 화합물, 아미노실리콘 화합물, 알로에 베라 추출물, 스위트 아몬드 추출물, 카모마일 추출물, 4차 암모늄 화합물이다. 전형적으로, 연화제의 양은 베이스 웹의 건조 중량의 0.1% 내지 30%, 예컨대 1% 내지 3%이다.
본 개시내용에 따르면, 상기한 바와 같은 베이스 웹은 선택적으로 감소된 점화 조성물로 추가 처리될 수 있다. 예를 들어, 감소된 점화 조성물을 포함하는 코팅은 베이스 웹의 일 면(side) 또는 양면에 배치될 수 있다.
일반적으로, 임의의 적절한 점화 감소 조성물이 베이스 웹에 적용될 수 있다. 일 구현예에서, 예를 들어, 감소된 점화 조성물은 천연 또는 합성 중합체를 함유한다. 예를 들어, 본 개시내용에 따라 사용될 수 있는 감소된 점화 물질은 알지네이트(alginate), 구아검, 펙틴, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 셀룰로오스 유도체, 예컨대 에틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 및 카르복시메틸 셀룰로오스, 전분, 전분 유도체 등을 포함한다. 감소된 점화 물질은 또한 기타 셀룰로오스계 재료, 예컨대 셀룰로오스 입자, 셀룰로오스 섬유 또는 콜로이달 미세결정질 셀룰로오스를 포함하는 미세결정질 셀룰로오스(microcrystalline cellulose)를 포함할 수 있다.
일 특정 구현예에서, 감소된 점화 물질은 알지네이트를 단독으로 또는 전분과 조합하여 포함할 수 있다. 일반적으로, 알지네이트는 갈조강(Phaeophyceae) 갈조류에서 불용성 혼합 칼슘, 나트륨, 칼륨 및 마그네슘 염으로서 발생하는 검(gum) 또는 산성 다당류의 유도체이다. 일반적으로 말해서, 이러한 유도체는 다양한 비율의 D-만누론산(mannuronic acid) 및 L-굴루론산(guluronic acid)으로 구성된 고분자량 다당류의 칼슘, 나트륨, 칼륨 및/또는 마그네슘 염이다. 알긴산(alginic acid)의 예시적인 염 또는 유도체는 암모늄 알지네이트, 칼륨 알지네이트, 나트륨 알지네이트, 프로필렌 글리콜 알지네이트, 및/또는 이들의 혼합물을 포함한다.
일 구현예에서, 비교적 저분자량 알지네이트가 사용될 수 있다. 예를 들어, 알지네이트는 25℃에서 3중량% 수용액에 함유될 때 약 500cP 미만의 점도를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 알지네이트는 상기 조건에서 250cP 미만, 특히 100cP 미만의 점도를 그리고, 일 구현예에서 약 20-60cP의 점도에서 점도를 가질 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 점도는 점도에 따라 적합한 스핀들을 갖는 Brookfield LVF Viscometer에 의해 결정된다. 상기 더 낮은 점도 레벨에서, 알지네이트 조성물은 더 높은 고형분 함량으로 형성될 수 있지만, 통상적인 기술을 사용하여 베이스 웹에 조성물을 적용할 수 있도록 충분히 낮은 용액 점도에서 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 개시내용에 따라 제조된 알지네이트 용액의 고형분(solid) 함량은 약 6중량% 초과, 특히 약 10중량% 초과, 그리고 보다 특히 약 10중량% 내지 약 20중량%일 수 있다.
상기 고형분 수준에서, 알지네이트 조성물은 25℃에서 약 250cP 초과, 특히 약 500cP 초과, 보다 특히 약 800cP 초과, 그리고 일 구현예에서 약 1,000cP 초과의 점도에서 용액 점도를 가질 수 있다. 일반적으로, 알지네이트 조성물의 용액 점도는 조성물이 베이스 웹에 적용되는 방식에 따라 조정될 수 있다. 예를 들어, 조성물의 용액 점도는 조성물이 종이에 분무되는지 또는 종이에 인쇄되는지 여부에 따라 조정될 수 있다.
다른 구현예에서, 적용에 따라 비교적 고분자량의 알지네이트가 사용될 수 있음이 또한 이해되어야 한다. 예를 들어, 알지네이트는 25℃에서 3중량% 수용액에 함유될 때 약 500cP보다 큰 점도를 가질 수 있다.
상기에 나타낸 바와 같이, 감소된 점화 조성물은 또한 셀룰로오스 재료를 포함할 수 있으며, 이는 셀룰로오스 슬러리(분산물(dispersion)의 한가지 타입) 또는 셀룰로오스 겔일 수 있다. 베이스 웹에 적용된 셀룰로오스 재료는 섬유상 셀룰로오스(fibrous cellulose), 하나 이상의 충전제, 및/또는 셀룰로오스 입자를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 셀룰로오스 섬유 및 셀룰로오스 입자는 카르복시메틸 셀룰로오스와 같은 유도체화된 셀룰로오스(derivatized cellulose)와 구별된다. 예를 들어, 셀룰로오스 섬유 및 셀룰로오스 입자는 완전히 수용성이 아니다.
일 구현예에서, 종이 기재에 적용된 셀룰로오스 재료는 미세결정질 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 미세결정질 셀룰로오스는 분쇄된 미세결정질 셀룰로오스, 분말화된 미세결정질 셀룰로오스, 또는 콜로이달 미세결정질 셀룰로오스(colloidal microcrystalline cellulose)일 수 있다. 일 측면에서 미세결정질 셀룰로오스는 해중합된(depolymerized) 콜로이달 미세결정질 셀룰로오스이다. 콜로이달 미세결정질 셀룰로오스는 물과 조합될 때 겔을 형성할 수 있다. 미세결정질 셀룰로오스는 약 2 마이크론 미만, 예컨대 약 1 마이크론 미만, 예컨대 약 0.5 마이크론 미만, 예컨대 약 0.3 마이크론 미만, 그리고 일반적으로 약 0.001 마이크론 초과, 예컨대 약 0.06 미크론 초과의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.
일 구현예에서, 미세결정질 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스 재료는 알지네이트, 전분, 또는 이들의 혼합물과 같은 상기에 식별된 다른 점화 감소 물질 중 하나와 조합될 수 있다.
일 구현예에서, 감소된 점화 조성물은 점도 조절제(스페이서로도 지칭됨)를 추가로 함유할 수 있다. 예를 들어, 점도 조절제는 카르복시 메틸셀룰로오스와 같은 셀룰로오스 유도체일 수 있다. 점도 조절제는 일반적으로 약 20중량% 미만의 양, 예컨대 약 15중량% 미만의 양, 예컨대 약 10중량% 미만의 양, 예컨대 약 5 중량% 미만의 양 그리고 일반적으로 약 1 중량% 초과의 양으로 감소된 점화 조성물에 존재할 수 있다.
일 측면에서, 감소된 점화 조성물은 물 중에 약 8% 내지 약 30% 고형분을 포함하는 겔로 콜로이달 미세결정질 셀룰로오스를 함유한다. 조성물은, 건조 기준으로, 약 3% 내지 약 8%의 탄산칼슘 입자, 약 2% 내지 약 20%의 셀룰로오스 유도체, 예컨대 카르복시메틸 셀룰로오스의 나트륨 염, 및 약 60% 내지 약 95%의 미세결정질 셀룰로오스를 함유할 수 있다.
알지네이트, 전분, 구아검, 펙틴, 폴리비닐알코올, 폴리비닐 아세테이트, 셀룰로오스 유도체, 미세결정질 셀룰로오스, 셀룰로오스 섬유 또는 입자, 전분 유도체, 또는 이들의 혼합물뿐만 아니라, 베이스 웹에 적용된 감소된 점화 조성물은 다양한 기타 성분을 함유할 수 있다. 예를 들어, 일 구현예에서, 충전제가 상기 기재된 바와 같은 조성물 내에 함유될 수 있다. 충전제는 예를 들어 탄산칼슘, 염화칼슘, 젖산칼슘, 규산칼슘, 글루콘산칼슘 등일 수 있다. 칼슘 화합물뿐만 아니라, 산화마그네슘과 같은 마그네슘 화합물, 점토 입자 등 기타 다양한 입자가 사용될 수 있다.
일 구현예에서, 감소된 점화 조성물은 수계일 수 있다. 특히, 감소된 점화 조성물은 수성 분산물, 수성 겔, 또는 수용액을 포함할 수 있다. 대안적으로, 종이 포장지에 적용되기 전에 감소된 점화 조성물은 비수성 겔, 용액 또는 분산물을 포함할 수 있다. 이 구현예에서, 예를 들어, 조성물을 포장지에 적용하기 위해 알코올이 존재할 수 있다.
감소된 점화 조성물은 코팅을 형성하기 위해 임의의 적합한 기술을 사용하여 베이스 웹에 적용될 수 있다. 예를 들어, 감소된 점화 조성물은 베이스 웹 상에 인쇄되거나, 분무되거나, 솔질(brush)되거나, 움직이는 오리피스로 적용될 수 있다. 일 측면에서, 감소된 점화 조성물은 그라비아 인쇄를 사용하여 베이스 웹에 적용된다. 코팅은 베이스 웹 상에 단일 패스로 감소된 점화 조성물을 적용하거나 다중 패스 작업을 사용함으로써 형성될 수 있다.
베이스 웹의 일 면이 코팅되는 양은 특정 적용에 따라 달라질 수 있다. 일 구현예에서, 감소된 점화 조성물은 베이스 웹의 표면 위에 연속 코팅을 형성한다. 예를 들어, 코팅은 베이스 웹의 일 면(side)의 표면적의 약 65% 초과, 예컨대 표면적의 약 80% 초과, 예컨대 표면적의 약 85% 초과, 예컨대 표면적의 약 90% 초과, 예컨대 표면적의 약 95% 초과, 예컨대 베이스 웹의 일 면의 표면적의 약 98% 초과를 커버할 수 있다. 일 특정 구현예에서, 감소된 점화 조성물은 베이스 웹의 일 면의 표면적의 100%를 커버할 수 있다.
대안적으로, 코팅은 베이스 웹의 일 면에 별개의(discrete) 영역에 적용될 수 있다. 이러한 방식으로, 베이스 웹은 감소된 점화 조성물을 갖는 처리된 영역 및 미처리된 영역을 포함한다. 예를 들어, 감소된 점화 조성물은 임의의 특정 패턴으로 베이스 웹의 표면에 적용될 수 있다. 예를 들어, 일 구현예에서, 감소된 점화 조성물은 약 3 mm 내지 약 20 mm의 폭을 갖는 원주 밴드(circumferential band)의 형태로 베이스 웹에 적용될 수 있다. 불연속 방식으로 적용되는 경우, 감소된 점화 조성물은 베이스 웹의 일 면의 표면적의 약 40% 초과, 예컨대 약 50% 초과, 예컨대 약 60% 초과, 예컨대 약 70% 초과를 커버할 수 있다. 불연속 방식으로 적용되는 경우, 감소된 점화 조성물은 베이스 웹의 일 면의 표면적의 약 90% 미만, 예컨대 약 80% 미만을 커버할 수 있다.
일반적으로, 감소된 점화 조성물은 약 0.5gsm 초과의 양(건조된 코팅 중량)으로 베이스 웹에 적용될 수 있다. 상기 양은 베이스 웹이 코팅되는 영역에 대한 것이다. 예를 들어, 코팅은 약 1gsm 초과, 예컨대 약 4gsm 초과, 예컨대 약 6gsm 초과, 예컨대 약 8gsm 초과 그리고 일반적으로 약 10gsm 미만, 예컨대 약 7gsm 미만, 예컨대 약 5gsm 미만의 평량을 가질 수 있다. 일 구현예에서, 코팅은 약 1gsm 내지 약 5gsm의 평량(베이스 웹에 적용된 경우)을 갖는다.
일단 코팅되면, 베이스 웹 또는 포장지는 코팅된 영역 내에서 상대적으로 낮은 투과성을 가질 수 있다. 예를 들어, 코팅된 영역 내에서, 베이스 웹의 투과성은 약 10 CU 미만, 예컨대 약 8 CU 미만, 예컨대 약 6 CU 미만, 예컨대 약 4 CU 미만, 예컨대 약 2 CU 미만, 예컨대 약 1 CU 미만일 수 있다. 코팅된 영역 내 투과성은 예를 들어 약 0 CU 내지 약 5 CU일 수 있다.
코팅된 영역 내에서, 투과성은 약 25mL/분 미만, 예컨대 약 20mL/분 미만, 예컨대 약 15mL/분 미만, 예컨대 약 10mL/분 미만, 예컨대, 약 5 mL/분 미만, 그리고 일반적으로 약 0 초과, 예컨대 약 0.1 mL/분 초과, 예컨대 약 1 mL/분 초과일 수 있다.
상대적으로 낮은 투과성을 갖을 뿐만 아니라, 베이스 웹 또는 포장지의 코팅된 영역은 또한 상대적으로 낮은 확산성(diffusivity)을 갖는다. 확산성은 실온(23℃)에서 측정될 수 있다. 일반적으로, 베이스 웹 또는 포장지의 코팅된 영역의 23℃에서의 확산성은 약 0.1 cm/s 미만, 예컨대 약 0.05 cm/s 미만, 예컨대 약 0.04 cm/s 미만, 예컨대 약 0.03 cm/s 미만, 예컨대 약 0.02 cm/s 미만이다. 코팅된 영역의 확산성은 0이거나 일반적으로 약 0.0001cm/s보다 크다. 확산성은 Sodim CO2 확산성 테스터를 사용하여 측정된다.
상기한 바와 같이 감소된 점화 조성물로 코팅된 베이스 웹은 단독으로 또는 베이스 웹에 혼입된 난연성 충전제와 함께 사용될 수 있다. 그러나 일부 적용에서는 난연성 충전제를 사용하지 않고, 원하는 불연성 특성을 얻을 수 있다. 예를 들어, 일 구현예에서, 본 개시내용에 따라 제조된 베이스 웹은 난연성 조성물의 연속 코팅을 포함할 수 있다. 난연제 조성물은 감소된 점화 물질, 예컨대 알지네이트, 셀룰로오스 재료, 예컨대 콜로이달 미세결정질 셀룰로오스를 함유할 수 있거나, 재료의 조합을 함유할 수 있다. 코팅은 베이스 웹의 표면적의 적어도 약 65%, 예컨대 베이스 웹의 표면적의 적어도 약 80%를 커버할 수 있다. 코팅된 영역 내에서, 베이스 웹의 투과성은 약 10 CU 미만, 예컨대 약 5 CU 미만, 예컨대 약 1 CU 미만일 수 있다. 코팅된 영역 내의 확산성은 약 0.04 cm/s 미만일 수 있다. 이 구현예에서, 베이스 웹은 어떠한 충전제 입자가 없을 수 있다. 대안적으로, 탄산칼슘 입자, 산화마그네슘 입자 등과 같은 충전제가 베이스 웹에 혼입될 수 있다. 충전제는 약 10중량% 내지 약 25중량%의 양으로 베이스 웹에 혼입될 수 있다. 일 측면에서, 충전제는 16 중량% 초과의 양으로 베이스 웹에 존재할 수 있다.
본 개시내용에 따라 제조된 종이는 가열되지만 타지 않는 스틱용 포장지로서 사용하기에 매우 적합하다. 상기한 바와 같이, 종이는 종이가 불연성이도록 구성될 수 있다. 포장지에 편입되는 경우, 포장지는 종이로 제조된 단일 층을 포함할 수 있거나 2개의 층과 같은 복수의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 구현예에서, 포장지는 2개의 층을 포함할 수 있고 본 개시내용의 종이는 외부 층에 의해 둘러싸인 내부 층일 수 있다. 대안적으로, 코팅된 종이는 내부 층을 둘러싸는 외부 층일 수 있다.
2층 포장지를 형성하기 위해 본 개시내용의 종이와 함께 사용되는 종이 포장지는 특정 상황 및 원하는 결과에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 대향 층(opposing layer)은 셀룰로오스 섬유로 제조될 수 있고 탄산칼슘 또는 산화마그네슘으로 제조된 백색 충전제와 같은 충전제를 함유할 수 있다. 종이는 또한 카르복시메틸 셀룰로오스, 구아 검 또는 이들의 혼합물과 같은 바인더를 함유할 수 있다. 광학 증백제(optical brightener)가 또한 종이에 혼입될 수도 있다.
본 개시내용에 따른 포장지가 가열되지만 타지 않는 스틱 내로 편입되면, 가열되지만 타지 않는 스틱이 가연성에 대해 테스트될 수 있다. 예를 들어, 가열되지만 타지 않는 스틱은 다음과 같이 "연소 테스트"에 따라 테스트될 수 있다.
가연성을 테스트하기 위해, Borgwaldt RM20 키트 기계에 20개의 가열되지만 타지 않는 스틱을 2세트 배치하고 정적 조건(static condition)에 따라 테스트할 수 있다. 가열되지만 타지 않는 스틱을 상기 흡연기(smoking machine)에 수평 위치로 놓고 열선 코일을 사용하여 점화한다. 가열되지만 타지 않는 스틱이 점화된 후, 가열되지만 타지 않는 스틱에 어떠한 퍼프(puff)가 적용되지 않고, 정적 조건 하에서 타거나 (또는 소화)되도록 된다. 15초 후, 연소 구역의 사진이 촬영된다. 연소 구역은 사진 또는 디지털 이미지에 표시된다. 그런 다음 1분, 2분, 그리고 3분 후에 사진을 촬영한다. 1분 후, 2분 후, 그리고 3분 후에 촬영된 사진에는 15초 후 연소선에 해당하는 마크가 위치된다. 3분 후, 연소 라인이 미리 표시된 영역을 넘으면, 가열되지만 타지 않는 스틱과 포장지는 가연지(combustible paper)로 분류된다. 초기에 그린 연소 라인이 3분 동안 변하지 않으면, 가열되지만 타지 않는 스틱 및 포장지는 불연성으로 분류된다.
본 개시내용의 코팅된 종이를 포함하는 가열되지만 타지 않는 스틱은 3분 시간 간격 이전에 연소 테스트에 따라 자가-소화(self-extinguish)될 수 있다. 예를 들어, 본 개시내용에 따라 제조된 가열되지만 타지 않는 스틱은, 상기 기재된 테스트를 사용하여 테스트되는 경우, 2분 미만, 예컨대 1분 미만 내에 자가-소화될 수 있다.
일 측면에서, 가열되지만 타지 않는 스틱은 ISO 3308:2012 흡연 방식 조건에 따라 테스트될 수 있다. 가연성을 테스트하기 위해, Borgwaldt RM20 키트 기계에 20개의 가열되지만 타지 않는 스틱을 두 세트 배치하고 테스트할 수 있다. 흡연기는 2초의 퍼프 지속 시간 동안 35mL±0.3의 퍼프 용량(volume)으로 흡연된다. 퍼프 빈도는 통풍구(vent) 차단 없이 매 60초이다. 가열되지만 타지 않는 스틱을 기계의 스틱 홀더에 삽입하고 첫 번째 퍼프로 불을 붙이다. 두 번째 퍼프에서 연소가 다시 시작되지 않으면, 가열되지만 타지 않는 스틱은 불연성으로 간주된다.
퍼프 용량이 55mL±0.6이고 퍼프 빈도가 매 30초인 ISO 20778:2018 흡연 방식 조건에 따라 다른 테스트가 수행된다. 퍼프 지속 시간은 통풍구 차단 없이 2초이다. 본 개시내용에 따라 제조된 가열되지만 타지 않는 스틱은 상기 각각의 테스트서 불연성으로 간주될 수 있다.
본 개시내용은 하기 실시예를 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.
실시예 1
다양한 다른 담배 포장지를 제조하였고 가열되지만 타지 않는 스틱에 포함되었다. 일부 가열되지만 타지 않는 스틱은 단일 층의 담배 포장지를 포함하였다. 다른 샘플에서, 담배 포장지는 2층 구조였다.
이 실시예에서, 가열되지만 타지 않는 스틱 내에 함유되어 있는 에어로졸 발생 재료는 시판되는 담배 재료였다. 단일 층 포장지를 포함하는 샘플의 경우, 담배 재료는 제지 재생 담배였다. 작은 잎(leaflet)를 자른 다음 자른 충전제(cut filler)를 단일 층 포장지로 래핑(wrap)하였다. 스틱은 직경이 5.2mm이고 필터가 포함되어 있지 않았다. 2층 포장지를 포함하는 샘플의 경우, 주름진 캐스트 잎 담배가 사용되었다. 가열되지만 타지 않는 스틱은 직경이 7.3mm이고 필터가 포함되어 있다. 사용된 외부 포장지는 가열되지만 타지 않는 스틱에 사용되는 기존의 포장지였다.
2층 포장지 샘플에서, 내부 층은 아래 표에 설명되어 있다.
하기 종이를 상기한 바와 같이 연소 테스트에 따라 테스트하였다. 다음과 같은 결과가 얻어졌다:
Figure pct00001
도 4 및 도 5는 상기 샘플 각각에 대해 수행된 연소 테스트의 예시이다.
실시예 2
상기 종이 번호 9 및 10은 단일 포장지(wrap) 및 이중 포장지(wrap) 구성으로 가열되지만 타지 않는 스틱의 제조에 사용되었다. 그 후, 상기 실시예 1과 동일한 절차(정적 조건)에 따라 가열되지만 타지 않는 스틱을 테스트하였다. 또한, 가열되지만 타지 않는 스틱은 ISO 테스트 3308에 따라 테스트되었으며, 여기서 흡연기는 1분마다 2초씩 퍼프(35mL)를 가하도록 설정되었다. 각 테스트에 대해 2개의 가열되지만 타지 않는 스틱을 테스트하였다. 다음과 같은 결과를 얻었다.
Figure pct00002
(n/n): (가연성 또는 비가연성) 카테고리의 스틱의 수(nbr)/평가된 스틱의 수(nbr)
상기한 바와 같이, 본 개시내용에 따라 제조된 종이는 정적 조건에 따라 테스트된 경우에, 불연성을 나타낸다. 동적 조건(dynamic condition)에 따라 테스트된 경우에, 종이 번호 9는 여전히 강력한 불연성을 나타냈다.
본 발명에 대한 이들 및 기타 수정 및 변형은, 첨부된 청구범위에 보다 구체적으로 기재된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이, 당업자에 의해 실시될 수 있다. 또한, 다양한 구현예의 측면은 전체적으로 또는 부분적으로 상호 교환될 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 당업자는 상기한 설명이 단지 예시일 뿐이며, 첨부된 청구범위에서 추가로 설명된 본 개시내용을 제한하려는 의도가 아님을 이해할 것이다.

Claims (29)

  1. 가열되지만 타지 않는 스틱용 포장지로서,
    난연성 충전제와 조합된 셀룰로오스 섬유를 포함하는 베이스 웹으로서, 상기 베이스 웹이 제1 면 및 제2 그리고 반대 면을 갖고, 상기 난연성 충전제가 규산염 입자를 포함하고, 상기 규산염 입자가 상기 베이스 웹의 약 15 중량% 초과를 구성하며 그리고 상기 베이스 웹의 약 40중량% 미만을 구성하는 베이스 웹; 및
    상기 베이스 웹의 상기 제1 면 상에 배치된 코팅으로서, 감소된 점화 조성물을 포함하는 코팅
    을 포함하는 포장지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 규산염 입자가 상기 베이스 웹에 약 16 중량% 내지 약 24 중량%의 양으로 존재하는 포장지.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 규산염 입자가 코팅되지 않은 포장지.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 규산염 입자가 약 0.1 마이크론 내지 약 30 마이크론, 예컨대 약 2 마이크론 내지 약 15 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 포장지.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 웹이 약 0 CU 내지 약 50 CU, 예컨대 약 0 CU 내지 약 20 CU의 고유 투과성을 갖고 약 12gsm 내지 약 100gsm의 평량을 갖는 포장지.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감소된 점화 조성물의 상기 코팅이 연속적이며, 상기 베이스 웹의 상기 제1 면이 표면적을 갖고, 상기 코팅은 상기 베이스 웹의 상기 제1 면의 상기 표면적의 약 80% 초과를 커버하는 포장지.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감소된 점화 조성물의 상기 코팅이 불연속적이며, 상기 베이스 웹의 상기 제1 면이 코팅된 영역 및 코팅되지 않은 영역의 패턴을 포함하는 포장지.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅은, 상기 코팅이 배치되는 영역에서 약 0.5gsm 내지 약 10gsm의 평량을 갖는 포장지.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감소된 점화 조성물이 미세결정질 셀룰로오스, 알지네이트, 전분 또는 이들의 혼합물을 포함하는 포장지.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감소된 점화 조성물이 점도 조절제와 조합으로 감소된 점화 물질을 포함하는 포장지.
  11. 제10항에 있어서, 상기 점도 조절제가 카르복실 메틸셀룰로오스를 포함하는 포장지.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포장지가 단일층 포장지인 포장지.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포장지가 복수의 층을 포함하고, 상기 베이스 웹이 상기 층 중 하나를 구성하는 포장지.
  14. 가열되지만 타지 않는 스틱용 포장지로서,
    셀룰로오스 섬유를 포함하는 외부 포장지; 및
    베이스 웹을 포함하는 내부 포장지로서, 상기 베이스 웹이 난연성 충전제와 조합된 셀룰로오스 섬유를 포함하며, 상기 난연성 충전제가 규산염 입자를 포함하고, 상기 규산염 입자가 상기 베이스 웹의 약 15 중량% 초과를 구성하며 그리고 상기 베이스 웹의 약 45중량% 미만을 구성하는, 내부 포장지
    를 포함하는 포장지.
  15. 제14항에 있어서, 상기 규산염 입자가 상기 베이스 웹에 약 27 중량% 내지 약 38 중량%의 양으로 존재하는 포장지.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 규산염 입자가 약 0.1 마이크론 내지 약 30 마이크론, 예컨대 약 2 마이크론 내지 약 15 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 포장지.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 웹이 약 20gsm 내지 약 50gsm의 평량을 갖는 포장지.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 웹이 코팅되지 않은 포장지.
  19. 가열되지만 타지 않는 스틱용 포장지로서,
    셀룰로오스 섬유를 포함하는 베이스 웹으로서, 제1 면 및 제2 그리고 반대 면을 갖는 베이스 웹; 및
    상기 베이스 웹의 상기 제1 면 상에 배치된 연속 코팅으로서, 상기 코팅이 감소된 점화 조성물을 포함하며, 상기 감소된 점화 조성물이 중합체 재료, 셀룰로오스 재료, 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 상기 베이스 웹이 상기 감소된 점화 조성물로 코팅된 경우에 약 5 CU 미만의 투과성을 가지며, 0.04 cm/s 미만의 확산성을 갖고, 상기 베이스 웹의 상기 제1 면이 표면적을 갖고, 상기 감소된 점화 조성물이 상기 베이스 웹의 상기 제 1 면의 상기 표면적의 약 40% 초과를 커버하는, 상기 베이스 웹의 상기 제1 면 상에 배치된 연속 코팅
    을 포함하는 포장지.
  20. 제19항에 있어서, 상기 감소된 점화 조성물이 알지네이트, 전분, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 포장지.
  21. 제19항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감소된 점화 조성물이 상기 베이스 웹의 상기 제1 면의 상기 표면적의 약 40% 초과를 커버하는 포장지.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅은, 상기 코팅이 배치되는 영역에서 약 0.5gsm 내지 약 10gsm의 평량을 갖는 포장지.
  23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 웹이 약 10 중량% 내지 약 25 중량%의 양으로 충전제 입자를 추가로 함유하는 포장지.
  24. 제23항에 있어서, 상기 충전제 입자가 탄산칼슘 입자 또는 산화마그네슘 입자를 포함하는 포장지.
  25. 제19항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 웹이 어떠한 충전제 입자를 함유하지 않는 포장지.
  26. 제19항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포장지가 단일층 포장지인 포장지.
  27. 제19항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포장지가 복수의 층을 포함하고, 상기 베이스 웹이 상기 층 중 하나를 구성하는 포장지.
  28. 가열되지만 타지 않는 스틱으로서,
    에어로졸 발생 재료의 컬럼; 및
    제1항 내지 제27항 중 어느 한 항의 포장지로서, 상기 에어로졸 발생 재료의 상기 컬럼을 둘러싸는 포장지
    를 포함하는, 가열되지만 타지 않는 스틱.
  29. 제28항에 있어서, 상기 에어로졸 발생 재료가 담배를 포함하는, 가열되지만 타지 않는 스틱.
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