专利名称：用于具有降低引燃隐患属性的吸烟制品的纸张的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于具有低延燃性的吸烟制品的纸张。
背景技术：
通常，意在用于生产工业香烟的香烟纸张由纤维素纤维(来自木质纤维和/或植物纺织纤维，其中将碳酸钙添加到如常规颜料那样的纤维悬浮液)制成。燃烧延迟或加速的盐通常在制造过程中被施加在整个表面上，从而获得对所形成的香烟的某些燃烧参数的控制。这些盐通常是钠盐、钾盐、镁盐等。这些盐还赋予香烟改善的燃烧性。目前的标准要求香烟制造商遵守每支香烟的焦油、尼古丁、一氧化碳(CO)的水平， 使其位于给定阈值以下。例如，欧洲法规要求的阈值为每支香烟IOmg焦油、每支香烟Img尼古丁以及每支香烟一氧化碳为10mg。已经确定，在香烟烟雾中颗粒相(焦油和尼古丁)和一氧化碳的缩合物的降低与纸张天然孔隙率的增加成正比。例如，使用具有在10和200Coresta (CU,或mL/min/cm2)之间的高初始渗透率的纸张将获得28%的焦油、大约20%的尼古丁和45%的一氧化碳的降低。一旦达到70Coresta的水平(其中额外的降低在100-200CU的范围上)，就可以获取该增益的大部分。此外，纸张制造商已经开始提出具有低延燃性的纸张以限制香烟自燃的危险。这些纸张的目的是在没有通过供给氧气来保持燃烧的条件下(即，在吸烟者不在香烟上“抽吸”的条件下)实现将香烟熄灭。这些纸张目前被称为“LIP”纸张(低延燃性)，并包括利用成膜配方处理过的LIP带，该成膜配方适于堵塞纸张的孔隙，从而降低纸张在这些区域中的渗透率。利用成膜配方处理过的区域和未经处理的区域交替使得当香烟的燃烧锥面到达低渗透率(封闭)的区域时，通过部分地禁绝香烟的燃烧锥面的氧气而降低纸张的延燃性。然而，LIP区域对于每支香烟的焦油、尼古丁和一氧化碳水平具有有害影响，因为它们降低了纸张的天然孔隙率。因此，已经提出通过在利用成膜配方处理某些区域之前将燃烧盐施用到纸张上来显著地增加初始孔隙率。同样已经提出利用燃烧延迟盐涂覆纸张的全部或一部分，这些燃烧延迟盐在纸张燃烧过程中引起吸热反应。另一方面，它们的燃烧生成二氧化碳(CO2),分子氮(N2)和水。处理过的区域通常是香烟的全部或一部分上形成的横向环。然而，在连续带中的离散处理在纸张页中被未利用成膜配方处理过的区域分隔开，这在纸张页产生了应力，这些应力在对纸张加工时特别是在卷绕处理过的纸张时往往会产生问题。纸张实际上倾向于在局部区域处向外凸出。在此，依照ASTM E2187-04测试方法对香烟引起火灾的倾向性进行了评估。此测试方法测量了在不考虑所用烟草成分的条件下放置在基质上的香烟产生足以保持烟草柱燃烧的热量的概率。每次判定包括将点燃的香烟放置在由给定数目的滤纸层(十倍厚度)形成的水平表面上。然后，判定香烟是否继续燃烧其全长直至端头纸张。进行四十次判定(形成一次测试)，以便获得香烟在尽管由基质吸收热量的条件下仍将继续燃烧的相对概率。除了按照ASTM E2187-04测试方法进行用于延燃性的评价测试之外，其还可以评估香烟在自由空气中自行熄灭(FASE测试，即自由空气自灭火)的百分比数。自由燃烧在此的特征在于，尽管存在处理过的区域，但是香烟的点燃锥面仍沿着香烟的全长行进，而不需要在香烟上进行任何抽吸。最后，还进行了扩散率测试，从而允许更快速且更容易地预测纸张的LIP属性。通过测量纸张扩散二氧化碳的能力而在LIP处理过的区域上进行该测试。当二氧化碳的扩散率低于O. 3cm/s,更优选为低于O. 2cm/s时，预测给出了良好的结果。 用于测量扩散率的装置是SODM D-95扩散测量设备。含有成膜化合物的配方通常是通过印制来施用，典型地是通过照相制版、丝网印刷或柔性版印刷，因此，它们必须具有特定的干提取物和粘度特性。然而，已经观察到使用LIP纸张会影响到香烟的功能性方面，特别是味道、灰烬完整性、有效的一氧化碳水平等。此外，已经确定，当吸烟者在某一 LIP处理过的区域处重新点燃香烟时，味道和一氧化碳水平又会有所不同。
发明内容
本申请的一个目的是提出一种新型LIP纸张，其能够保留香烟的功能性方面，而不会产生不利地影响一氧化碳、尼古丁和焦油水平的任何次生效应，即使在重新点燃香烟之后也是如此。例如，出于吸烟者舒适性的目的，其旨在获得一种FASE率为50%或更低且按照ASTM测试的香烟燃烧百分比等于或小于25%的香烟。其次，本申请的另一个目的是提出一种更容易加工的LIP纸张。为了这一目的，本发明提出了一种用于吸烟制品特别是用于香烟的纸张，包括利用涂覆配方处理过的区域，所述配方适于降低所述处理过的区域的延燃性，其中，所述配方包括具有五微米或以下的中间尺寸(d50)的纤维素的纳米颗粒。纤维素由线性均聚糖形成，该线性均聚糖由按照β 1-4构象联接在一起的PD-吡喃型葡萄糖构成。因此，纤维素的化学结构由重复的纤维二糖部分构成，每个单体携带三个羟基基团。因此，通过氢桥形成键的能力在纤维素的物理性质中起着直接作用。通常而言，聚合物链的长度根据纤维素源和有关的植物部分而变化。例如，天然木质纤维素具有大约10000吡喃型葡萄糖部分的聚合度(DP)，而天然棉纤维素具有大约15000 的 DP0纤维素的微纤丝是生物合成过程中形成的纤维素的结构基础。其包括半纤维素、亚结晶纤维素和纤维素。纤维素的纳米纤维产自已经受特定的常规处理以便为其除去木质素的天然纤维素。然后对其进行漂白。在两族纤维素颗粒之间在纳米级上存在全局性的区别，第一族含有纤维素纳米晶体(NC，也被称为“针状单晶”)，第二族由微原纤化纤维素(NFC)形成。
还使用术语微纤化纤维素、微微晶和微晶，尽管其尺寸为纳米级(纤维素微纤维和纤维素纳米纤丝)。纤维素纳米晶体可以在传统的煮沸和漂白处理之后通过酸水解而从各种纤维素源(亚麻、大麻、一年生植物、稻草、棉、硬木、软木、剑麻等)制备得到。扫描型显微镜下的分析允许对纳米纤维形式进行表征，其纳米晶体的尺寸和形状取决于纤维素源的类型以及水解、温度、时间以及原料纯度(木质素纤维素组合物中的纤维素和半纤维素的百分比)的条件。纤维素纳米晶体的典型尺寸在从5至IOnm纳米的直径以及从100到500nm的长度内变化。其形状类似于纳米管(纳米棒)。在传统的煮沸和漂白化学处理之后，利用木质纤维的机械粉碎加工来提取纳米原
纤化纤维素。·纳米原纤化纤维素可以视为具有高的比表面积的适度降解的纤维素化合物。其由个体化的纳米纤维构成，且由交替的结晶和无定形区域构成，这些纳米纤维的侧向尺寸为大约10至IOOnm,长度可能达到一微米。所述纤维素纳米颗粒(NC和NFC)可以用作颜料，并且可以增加生物复合材料的阻隔性能。某些优选的但非限制性的方面如下-所述纳米颗粒包括纳米纤维、纳米管、纳米细丝和/或纳米棒；-当单独采用时，所述纳米颗粒的尺寸至少为IOOnm或更小；-所述纳米颗粒是分散的纳米纤维素(NDC)；-还利用包括成膜化合物的配方对所述区域进行处理，所述成膜化合物例如为淀粉、羧甲基纤维素和/或甲基纤维素；-所述配方还包括例如淀粉、羧甲基纤维素和/或甲基纤维素的成膜化合物；-处理过的区域通过未利用涂覆配方处理过的区域而彼此分离开，并且利用燃烧加速盐对未利用涂覆配方处理过的区域进行处理；-所述燃烧加速盐单独施用到未处理过的区域；-处理过的区域是宽度介于四和八毫米之间的横向带，并且被介于十五和二十毫米之间的距离两两隔开；并且-所述配方还包含颜料，尤其是氢氧化铝。根据第二方面，本发明涉及一种吸烟制品，包括根据本发明的纸张。根据最后一个方面，本发明涉及一种用于制造根据本发明的纸张的方法，该方法包括以下步骤-提供用于吸烟制品的纸张，并且-将至少一层涂覆配方施用到所述纸张的离散区域，所述配方适于降低所述离散区域的延燃性，所述配方包括纤维素的纳米颗粒。根据本发明的制造方法的一些优选的但非限制性的方面如下-该方法进一步包括如下步骤将至少一层燃烧加速盐施用到未利用涂覆配方处理过的区域；-该方法进一步包括如下步骤将淀粉层施用到处理过的区域；
-包括纤维素的纳米颗粒的所述配方还包括淀粉，并且所述方法的特征在于，其进一步包括如下步骤其中在将所述配方施用到所述纸张之前，将含有纤维素纳米颗粒的所述配方与淀粉混合；-所述纳米颗粒以水合形式施用在水溶液中，所述水溶液含有介于5和15%之间的纳米颗粒的干提取物；并且-通过照相制版、丝网印刷或柔性版印刷来施用所述层。
在结合作为非限制性实例给出的所附附图而阅读下文的详细描述的基础上，本发明的其它特征、目的和优点将变得更加明显，在这些附图中图I是吸烟制品的实例；图2是图I中所示类型的吸烟制品的分解图；并且图3是根据本发明的纸张实施方案的一种形式的横截面图(未按比例绘制)。
具体实施例方式图I显示了可以应用本发明的吸烟制品的实例。它是一种香烟，包括包围在纸张10中的一卷烟草20并具有过滤嘴30。图2和图3显示了根据本发明的吸烟制品I的纸张。在此所用的纸张10的初始的天然渗透率(即在任何处理之前)介于IOCoresta和大约200Coresta之间,优选为大约10至80Coresta,进一步优选为从60至80Coresta。其可以是用于吸烟制品的任何市售的纸张。为了使该纸张10形成LIP纸张，其被处理以形成一系列区域11，这些区域具有低延燃性的属性(LIP区域)。为了做到这点，在第一步骤的过程中将涂覆配方13施用到纸张，该配方适于通过至少部分地阻断全部或部分孔隙而降低孔隙率。在此，配方13优选以离散的方式施用。例如，处理过的带11形成为在纸张上横向延伸，具有介于大约五毫米和八毫米之间的宽度，并且通过介于大约十五和二十毫米之间的距离而彼此分隔开。根据本发明，涂覆配方13特别地包括纤维素13a的纳米颗粒。纤维素13的纳米颗粒在此意指其颗粒的中间尺寸d50为五微米或更小以及/或者其至少单独采用的纤维的尺寸小于IOOnm的纤维素。该中间尺寸d50是倾向于形成聚集体(或簇)的纳米颗粒的平均尺寸，并表示在点50%处采用的颗粒的等效直径的累积粒度分布。例如，适合于使用在本发明中的初级纤维素的纳米纤维对于大约一百纳米的长度而言，厚度可以为大约二十纳米，而由纳米纤维形成的50%的簇的等效直径将小于纳米纤维的d50，通常为大约三至四微米。使用所述颗粒具有双重优点；首先，配方的基本材料(即，纤维素)与用于制造纸张20的材料(其同样由纤维素制成)具有高的相容性。其次，利用纤维素纳米颗粒涂覆纸张使得纸张的天然孔隙率减小。纳米颗粒部分地填充纸张的天然孔隙，并且在初始天然孔隙之内产生人工孔隙的子网络(增加了纸张的孔隙数目，并降低了其各自的尺寸)。因此，与未利用配方处理过的区域12相比，纸张的处理过的区域11具有更低的渗透率，并因此在赋予纸张10以LIP特征的同时，允许所获得的焦油、尼古丁和一氧化碳的水平基本上类似于未处理过的纸张的水平，该处理过的纸张与处理过的区域11具有相同的天然渗透率。因此，自然可以维持用于吸烟制品I的纸张10的低毒性方面，同时降低其在离散区域11中的渗透率。额外的观察到，在离散区域11中包括包含纤维素纳米颗粒的配方13的纸张10与天然地具有相同的初始孔隙率的纸张具有类似的甚至是相同的扩散率。因此，使用的纤维素纳米颗粒允许人工降低在定界的区域中的纸张的渗透率，以便获得具有低延燃性同时保留其扩散率的纸张，这就确保了由此获得的纸张可以用于生产吸烟制品，其毒性(尼古丁、焦油和一氧化碳水平)基本类似于未被LIP处理过的纸张的毒性。与传统的成膜配方相比，借助于纤维素纳米颗粒获得的微毛细管或微迂曲有效地允许进行更好的气体交换，该传统的成膜配方只是通过堵塞来封闭孔隙(以便减小纸张的天然孔隙率)并且对经过纸张的气体扩散形成障碍。涂覆配方13还包括按照根据常规LIP配方的比例的诸如粘合剂、添加剂、颜料(例 如氢氧化铝)等的要素。纤维素优选为植物源的。例如，所使用的纤维素为纤维素纳米晶体(NC)或微原纤化纤维素(NFC)的形式。此外，纳米颗粒可以为纳米纤维、纳米管、纳米细丝甚或纳米棒。优选地，所述纳米颗粒为纳米纤维，其可以被原纤化也可以不被原纤化。在下面的实例中，例如给出分散的纳米纤维素颗粒(NDC)要么单独使用要么使用在与等同尺寸或微米级的其它化合物的混合物中的描述。分散的纳米纤维素是不溶于水的纳米纤维，其即使在高温下以及较大剪切力下也具有高的保水能力。典型地，含有分散的纳米纤维素的10%的干提取物的水溶液是凝胶形式的，而具有分散的纳米纤维素的40%的干提取物的该溶液在完全得自植物的同时表现的像干燥的粉末。在此，将纳米颗粒以水合形式施用于水溶液中，该水溶液含有的纳米颗粒的干提取物介于5和15%之间，优选为大约10%。分散的纳米纤维素可以是由JRS PHARMA销售的Arbocel MF40-100超细纤维素。根据一个优选实施方案，分散的纳米纤维素的纳米纤维中的中间尺寸d50小于一微米。此外，分散的纳米纤维素优选地以凝胶形式施用，因此其具有更好的保水属性。以此方式，分散的纳米纤维素通过重新创建的氢键而只在纸张的表面上进入孔隙(例如对于大约三十微米的总的纸张厚度进入大约4至6微米的厚度)，从而部分地堵塞表面上的孔隙，并建立了纳米级的更为致密的孔隙结构。因此，优选地在从造纸机移除之后将分散的纳米纤维素13的层施用到纸张10上的离散区域。具体而言，其可以典型地通过柔性版印刷、照相制版或丝网印刷施用在印刷机。出于这一目的，例如可以施用适于纸张的未处理过的区域12的尺寸的掩模，从而准确地打印LIP带。用于在纸张上局部打印离散区域的所述的技术是印刷领域的技术人员公知的，因此在本说明书中将不再赘述。印刷机的使用实际上比造纸机更灵活，并使得更易于集成不同的机械约束，这些约束在不同的吸烟制品之间可能会有所变化(使用的涂覆配方与用于吸烟制品的烟草质量、施加到纸张上的压力、该配方的粘度等相关地变化)。此外，配方13可以施用在一个或更多个通道中，其可以包含不同的填料(干提取物的百分比、颜料等)，并且/或者其可以在每一个通道上由不同的材料构成。例如，为了进一步增大在处理过的区域11的LIP效应，可以在至少两个相继的通道中施用两种不同的涂覆配方13a、13b(如图3所示)，第一通道包括含有分散的纳米纤维素的涂覆配方13a，第二通道包括含有常规的成膜化合物(例如淀粉、聚乙烯醇、甲基纤维素、羟甲基纤维素等)的涂覆配方13b。本申请人已经注意到，由于具有分散的纳米纤维素13a，在配方13中存在的粘合剂和添加剂(特别是成膜化合物13b)更好地被维持表面上，从而提高了其各自的性能。作为一种变型，涂覆配方13包括分散的纳米纤维素和成膜化合物(例如淀粉)两者，从而将分散的纳米纤维素和淀粉同时施用到纸张上。·
分散的纳米纤维素和淀粉不管是分离地还是同时施加到纸张上，已观察到，得到的LIP效果(低延燃性)是分散的纳米纤维素和淀粉之间的协同作用的结果。不仅所得到的纸张10具有低延燃性，而且该特性还低于通过以相似比例单独施用分散的纳米纤维素或单独施用淀粉所获得的特性。此外，在处理过的区域11中的纸张10具有很高的扩散率，这意味着所得到的纸张10的毒性(每支香烟的尼古丁、焦油和一氧化碳的水平)保持符合定下的一般标准(每支香烟IOmg焦油、每支香烟Img尼古丁和每支香烟IOmg —氧化碳)。最后，与单独使用淀粉时的情况相比，在FASE百分比方面也得到了改善。下面的表格重现了含有用于吸烟制品的纸张的离散区域的分散的纳米纤维素和淀粉两者的配方的实例。在所有情况下，无论是在一个还是更多个涂覆站处施用涂层，对于此测试计划只有一小部分的纸张表面被涂覆而具有每18至20_隔开的宽度为7_的横向带。在工业上，这种类型的测试计划可使用照相制版、柔性版印刷或丝网印刷而用于印刷机，更具体地说是一种包括I至8个印刷站的柔性版印刷机。在通过按照所述处理得到的纸张而工业制造的香烟I上进行ASTM和FASE测试。所用的纸张10利用燃烧率加速盐(柠檬酸钾)进行了均匀的处理。对于测试1，涂覆配方13包括固体含量为10%的69cm3/m2体积的分散的纳米纤维素(对应于6. 9g/m2的理论沉积量)。对于测试2，涂覆配方13包括固体含量为10 %的55cm3/m2体积的淀粉(Perfectafi Iml50-改性的玉米淀粉)(对应于5. lg/m2的理论沉积量)。对于测试3，涂覆配方13包括固体含量为10%的55cm3/m2体积的溶液中的淀粉和分散的纳米纤维素的等比混合物(50/50)(对应于5. 5g/m2的理论沉积量)。对于测试4、5和6，将两种不同的配方13a、13b依次施加到纸张。第一配方13a包含分散的纳米纤维素，而第二配方13b包含淀粉。递纸辊的体积被选择为使得其在理论上可以传递2. lg/m2的分散的纳米纤维素的干燥重量，该数量对于三个测试是恒定的，而对于T-4、T-5、T-6具有不同的理论淀粉传递量，即，对于T-4为I. Og/m2的淀粉，对于T-5为2. Og/m2的淀粉，对于T-6为2. 6g/m2的淀粉。
权利要求
1.一种纸张(10)，用于吸烟制品(1)，特别是用于香烟，所述纸张包括利用涂覆配方(13)处理过的区域(11)，所述配方适于降低所述处理过的区域的延燃性，所述配方(13、13a)包括中间尺寸(d50)等于或小于五微米的纤维素的多个纳米颗粒。
2.根据权利要求I所述的纸张(10)，其中所述纳米颗粒(13、13a)包括纳米纤维、纳米管、纳米细丝和/或纳米棒。
3.根据权利要求I或2所述的纸张(10)，其中在对多个纳米颗粒(13、13a)进行单独采用时，所述纳米颗粒的尺寸至少等于或小于lOOnm。
4.根据权利要求3所述的纸张(10)，其中所述纳米颗粒(13)是分散的纳米纤维素(NDC)。
5.根据权利要求4的纸张(10)，其中还利用包括成膜化合物(13b)的配方对所述区域(11)进行处理，所述成膜化合物选自淀粉、羧甲基纤维素和甲基纤维素(13b)。
6.根据权利要求I至4中的一项所述的纸张(10)，其中所述配方(13)还包括成膜化合物(13b)，例如淀粉、羧甲基纤维素和/或甲基纤维素。
7.根据权利要求I至6中的一项所述的纸张(10)，其中所述处理过的区域(11)通过未利用涂覆配方(13)处理过的区域(12)而彼此分离开，并且其中，利用燃烧加速盐(14)对未利用涂覆配方(13)处理过的区域(12)进行处理。
8.根据权利要求7所述的纸张(10)，其中所述燃烧加速盐(14)单独施用到未处理过的区域(12)。
9.根据权利要求I至8中的一项所述的纸张(10)，其中所述处理过的区域(11)是宽度介于四和八毫米之间的横向延伸的带，并且被介于十五和二十毫米之间的距离两两隔开。
10.根据权利要求I至9中的一项所述的纸张(10)，其中所述配方(13)还包含颜料，尤其是氢氧化铝。
11.一种吸烟制品(1)，包括根据权利要求I至10中的任意一项所述的纸张(10)。
12.一种用于制造根据权利要求I至10中的任意一项所述的纸张(10)的方法，该方法包括以下步骤 -提供用于吸烟制品的纸张(10)，并且 -将至少一层涂覆配方(13)施用到所述纸张(10)的多个离散区域(11)，所述配方适于降低所述离散区域(11)的延燃性，所述配方(13)包括纤维素的纳米颗粒。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括如下步骤将至少一层燃烧加速盐(14)施用到未利用涂覆配方(13)处理过的区域(12)。
14.根据权利要求12或13所述的方法，进一步包括如下步骤将成膜化合物(13a)层施用到所述处理过的区域(11)，所述成膜化合物例如为选自淀粉、羧甲基纤维素和/或甲基纤维素的成膜化合物。
15.根据权利要求12或13所述的方法，其中包括纤维素的纳米颗粒的所述配方(13)还包括成膜化合物(13a)，所述成膜化合物例如为选自淀粉、羧甲基纤维素和/或甲基纤维素的成膜化合物，并且所述方法的特征在于，所述方法进一步包括如下步骤其中在将所述配方(13)施用到所述纸张(10)之前，将含有纤维素纳米颗粒的所述配方(13)与所述成膜化合物混合。
16.根据权利要求12至15中的一项所述的方法，其中所述纳米颗粒以水合形式施用在水溶液中，所述水溶液含有介于5和15%之间的纳米颗粒的干提取物。
17.根据权利要求12至16中的一项所述的方法，其中通过照相制版、丝网印刷或柔性版印刷来施用所述层(13、13a、14)。
全文摘要
本发明涉及一种用于吸烟制品(1)特别是用于香烟的纸张(10)，所述纸张包括利用涂覆配方(13)处理过的区域(11)，所述配方适于降低所述处理过的区域的引燃隐患，其中所述配方(13)包括中间尺寸(d50)小于或等于五微米的纤维素纳米颗粒。
文档编号A24D1/02GK102946744SQ201180025000
公开日2013年2月27日 申请日期2011年5月19日 优先权日2010年5月20日
发明者J·迪马, J·马拉奇, A·拉芬, J·让罗 申请人:莱蒙造纸厂