在香烟纸中含有氧供应金属氧化物的低引燃倾向性的香烟的制作方法

专利名称：在香烟纸中含有氧供应金属氧化物的低引燃倾向性的香烟的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃烧香烟的自由燃烧速率控制，更具体地说，涉及具有低引燃倾向性并在放下时能安全自动熄灭的香烟。
背景技术：
为了开发低引燃倾向性或自熄性的香烟，人们在控制香烟的自由燃烧速率方面进行了许多尝试。低引燃倾向性或自熄性这类特征被认为是安全特征。例如，香烟的自熄性可以降低香烟落在可燃材料上(如家具表面等)着火的机会。最常用的方法是在传统香烟纸中加入自由燃烧速率调节剂以影响自由燃烧速率。可将自由燃烧速率减小至这样的水平如果香烟落在表面上并闲置较长时间(如两分钟或更久)，香烟自动熄灭。加拿大专利1,211,021描述了这种香烟的一个实例，其中的包装纸具有低孔隙率，包含一种或多种抑制自由燃烧速率的材料，并且基本上不含燃烧促进剂。美国专利4,622,983描述了另一个实例，其中的低引燃倾向性香烟具有燃烧模型指数为1.5cm-1-5.0cm-1的包装纸，并含有如羧酸的碱金属盐等的燃烧促进剂。
或者，可将减小自由燃烧速率的材料用作香烟纸上的一条带，如果燃烧进入减小自由燃烧速率的材料的带状区域，该带将提供低引燃倾向性。美国专利5,474,095、5,417,228、5,263,999、4,739,775、4,452,259和4,044,778以及美国专利申请2002/0179105描述了这类系统的实例。
更具体地讲，美国专利申请2002/0179105描述了一种具有基础包装纸的低引燃倾向性的香烟，其基础包装纸中含一个未经处理的区域和至少一个经可控制自由燃烧速率的组合物处理过的独立的区域。所述组合物包含减小渗透性的材料(如淀粉和纤维素)、抑制自由燃烧速率的材料(如磷酸铵盐)以及加快自由燃烧速率的材料(如羧酸的碱金属或碱土金属盐)。
欧洲专利申请559,300描述了一种用于传统香烟或气溶胶香烟的包装纸。可在传统香烟的包装纸上涂敷一条用作抑制自由燃烧速率的材料的选择金属氧化物的凝胶带。
美国专利4,739,775描述了一种香烟用包装纸。所述包装纸包括标准燃烧纤维素纤维基础织物和一条或多条燃烧模型指数为0cm-1-4.0cm-1的纤维素纤维基础织物，其中在该带状区域内香烟为自熄性。
美国专利5,474,095、5,417,228和5,263,999描述了具有含纤维素材料的区域以减小香烟的自由燃烧速率的包装纸的低引燃倾向性的香烟。
可是，美国专利4,615,345描述了一种带有由纤维素纤维基础织物制成的包装纸的自熄性香烟，其提供了低引燃倾向性，并且所述包装纸还包含燃烧促进剂的区域。这种材料为碱金属燃烧促进剂，如柠檬酸的钾盐。
美国专利2,666,437和4,638,819描述了其它可选择的方法，这些方法包括提供一个置于香烟上的环或类似物，当自由燃烧的碳靠近该环时，香烟将自动熄灭。另一个熄灭香烟的常用机理是提供一个管状装置，香烟插入该管状装置来自动熄灭燃烧的碳。美国专利1,581,451描述了这种装置。
此外，美国专利4,945,932描述了一种包装纸上包含有较低和较高透气性的图案区域的的自熄性香烟。
大多数这些系统具有用自由燃烧速率调节剂减小自由燃烧速率的共同特征，自由燃烧速率调节剂在香烟的燃烧中被消耗。自由燃烧速率调节剂的消耗会对香烟的各种特征如侧流烟、香气、口味和灰分特征产生不利的影响。
发明概述本发明的一方面是一种具有可自动熄灭香烟的自熄性香烟纸的低引燃倾向性香烟，所述香烟的香烟纸中使用氧储存与供应金属氧化物，以保持自熄性香烟纸的低引燃倾向性的同时，支持和维持自熄性香烟的自由燃烧。
本发明的另一个方面是一种低引燃倾向性香烟，所述香烟包含烟丝条，和包围烟丝条并具有基础渗透性的包装纸，所述包装纸包含一个未经处理的区域和至少一个经组合物处理以减小其基础渗透性的独立的区域，以便当将所述香烟放在一表面上，其燃烧碳沿着所述经过处理的区域向前燃烧时，所述香烟自动熄灭，改进之处包括具有氧储存与供应氧化金属氧化物的组合物在燃烧碳沿着经处理的区域向前燃烧时，支持和维持燃烧碳的燃烧。
本发明的另一个方面是一种具有带的低引燃倾向性香烟，所述香烟包含卷绕了香烟纸的烟丝条，所述香烟纸具有至少一条环绕其上的带。所述带由自由燃烧速率控制组合物形成，以得到低引燃倾向性香烟。所述组合物包含减少孔隙率的试剂以及氧储存与供应金属氧化物。
本发明的另一个方面是一种低引燃倾向性香烟，所述香烟包含卷绕了香烟纸的烟丝条。所述香烟纸具有自动熄灭燃烧的烟丝条的低孔隙率水平。所述香烟纸具有氧储存与供应金属氧化物的环带，以支持维持烟丝条沿着这些区域自由燃烧的自由燃烧速率。
本发明的另一个方面是一种熄灭置于一表面上的香烟的方法，所述方法包括让燃烧的香烟碳向前燃烧进入香烟纸的带，该带将自由燃烧速率降低至当将香烟保留所述表面时能自动熄灭的水平，该带包含氧储存与供应金属氧化物，其量在保持香烟纸的自熄性的同时，支持燃烧碳向前自由燃烧通过所述带。
本发明的另一个方面是一种能自动熄灭的低引燃倾向性香烟，所述香烟的香烟纸中使用氧储存与供应金属氧化物，以在保持自熄性香烟的低引燃倾向性的同时，支持和维持自熄性香烟的自由燃烧，所述香烟包含具有能自动熄灭香烟的烟丝密度的烟丝条，和带有用来支持自由燃烧速率以维持烟丝条沿着所述区域自由燃烧的氧储存与供应金属氧化物的环带的包装纸。
本发明的另一个方面是一种具有低引燃倾向性的低侧流烟的香烟，所述香烟包含围绕烟丝条的包装纸。所述包装纸含有一种组合物，所述组合物能降低燃烧香烟的侧流烟，并同时包含氧储存与供应金属氧化物催化剂以及基本不可燃的细分散的多孔颗粒催化剂助剂。减小侧流烟组合物降低了包装纸的孔隙率，赋予香烟自熄灭性。氧储存与供应金属氧化物催化剂的量使得能够在保持香烟纸的自熄性的同时，支持香烟的自由燃烧。
本发明的另一个方面是一种具有低引燃倾向性的低侧流烟香烟，所述香烟包含围绕烟丝条的包装纸。所述包装纸包含一种组合物，所述组合物能降低燃烧香烟的侧流烟，并同时包含氧储存与供应金属氧化物催化剂以及基本不可燃的细分散的多孔颗粒催化剂助剂。减小侧流烟组合物降低了包装纸的孔隙率，赋予香烟自熄灭性。所述包装纸具有氧储存与供应金属氧化物催化剂的环带以支持沿着该区域自由燃烧而不会自动熄灭。
本发明的另一个方面是一种本发明上述方面的包装纸，所述包装纸用于减小侧流烟和/或赋予香烟自熄性。
本发明的再一个方面是一种具有内、外包装纸的双层包装的自熄灭香烟。内、外包装纸中的一层包含氧储存与供应金属氧化物，在保持自熄性香烟纸的低引燃倾向性的同时，所述金属氧化物支持和维持自熄性香烟的自由燃烧。
优选实施方案的详细描述在大多数类型的低引燃倾向性香烟中存在两种竞争机理。从低引燃倾向性的角度看，当将香烟置于家具覆盖饰物、布、床用亚麻布或其它固体表面上时，香烟应几乎立刻自动熄灭。从吸烟者的角度看，在正常抽烟时，低引燃倾向性香烟不应自动熄灭。正常抽烟包括点烟、在任何地方抽烟6-10次，除非置于固体表面，否则香烟在抽吸间隔保持燃着，并在抽吸之间保持可接受的自由燃烧。
根据本发明，使用氧储存与供应金属氧化物非常好地平衡了这两种机理，得到具有可接受的自由燃烧或静止燃烧特性的低引燃倾向性香烟。自由燃烧或静止燃烧是指香烟闲置在吸烟者的指间时、置于烟灰缸的边缘等情况下的燃烧。和现有技术的燃烧加速剂的方式不同，氧供应金属氧化物支持但不加快香烟的燃烧。本发明的氧储存与供应金属氧化物在反应中未被消耗，仅仅氧化状态发生了变化，释放出氧后，改变了其氧化状态，然后从外界拾取氧，变回其初始状态。这样，氧供应金属氧化物在反应中未被消耗，因此残留在烟灰中。所述氧储存与供应金属氧化物起到氧源的作用，当金属氧化物改变氧化状态时，以可控制的方式释放出氧气来支持香烟的自由燃烧并且它在反应中未被消耗，但是燃烧加速剂(如柠檬酸盐)在反应中被消耗。依靠氧储存与供应金属氧化物中释放出的氧气，更有可能设计在放下时具有更有可能的低引燃倾向性以致自动熄灭的自熄性香烟。
通过支持和维持自熄性香烟所希望的自由燃烧，氧储存与供应金属氧化物在低引燃倾向性香烟中起到非常有利的作用。氧供应物质提供氧气用于支持自由燃烧，以便香烟的燃烧碳沿着香烟继续燃烧。氧供应物质克服了低孔隙率香烟纸和/或高密度烟丝条的燃烧抑制活性。这样，不仅可通过提供赋予或控制自熄特性的包装纸得到自熄性香烟，而且作为选择，还可设计烟丝条以提供自熄性香烟。例如，可生产沿长度方向包含燃烧更缓慢并且闲置一段时间后自动熄灭的高密度部分的烟丝条。可在烟丝条的整个长度上或者烟丝条的局部中使用高密度烟丝条来减缓以及自动熄灭(如不含有氧供应来源)香烟。应当理解，可结合使用烟丝条密度和香烟纸改进得到平衡的低引燃倾向性与所需的自由燃烧特性的香烟。在大多数情况下，低引燃倾向性香烟的可接受的自由燃烧是香烟继续燃着大于30秒至大约4分钟的时间。当置于表面上时，优选的自由燃烧时间通常大于大约1.5分钟，最优选大于大约2分钟。尽管吸烟者平均每1-1.5分钟抽吸一次，低引燃倾向性香烟优选能保持静止燃烧或自由燃烧大于大约2分钟。
本发明的一个优选实施方案提供一种香烟纸，所述香烟纸通过在其上施涂或在其中掺入一种极大降低其孔隙率的组合物制备。纸孔隙率的减小是因为在纸中加入了用于处理主流烟或侧流烟所需的成分，例如，加入高表面积成分如金属氧化物等。这种低孔隙率的纸在点燃后几乎马上熄灭。根据本发明的一个方面，加入纸中的是一种氧给体以支持烟草燃烧。将氧供应物质施加于纸，使其遍布纸中，得到预定时间的燃烧速率，这样降低了燃烧碳的温度并在香烟置于表面上时得到自熄性。或者，如美国专利4,615,345中所描述，将氧供应组合物施加成纸上的区域，得到沿着香烟纸的环区域，该区域支撑香烟纸自熄性环带附近的自由燃烧。基于常规或传统吸烟技术，每支香烟大约抽吸8-10次，沿着香烟的所述区域为大约15-25mm，所述带的长度为大约2-10mm。
氧供应物质可沿着纸长度方向掺入或渗入纸张，或以区域或带的形式(例如通过涂敷或渗透)的方法施用于纸张。如果包装纸为双层包装纸，里层或外层包装纸可以用孔隙率减小试剂处理，以获得自熄性，然后在里层或外层包装纸中使用氧供应物质来支持香烟所希望范围的自由燃烧。优选氧供应物质用在外层包装纸中，使其和内层包装纸的外侧相邻。用提供自熄性带的处理组合物涂装或渗透包装纸，不会明显增加包装纸的厚度。但是应当理解，某些处理组合物可减小孔隙率的试剂，它们将增加纸的厚度，如美国专利5,740,095描述的纤维素带的情况。
根据本发明的一个方面，通过在非常缓慢燃烧的香烟纸中加入或包含选择量的氧供应物质(如氧化铈)提供自由燃烧速率控制机理。所述氧供应物质能出奇有效地提供足够地氧以支持所希望程度的燃烧。如果没有氧供应物质或减少其水平，当放置在家具表面等时，由于低引燃倾向性香烟自动熄灭。在保持自熄性香烟所需的低引燃倾向性的同时，使用足够的氧储存供应金属氧化物以支持和维持自熄性香烟所需的自由燃烧来达到这些竞争机理之间的平衡。
根据本发明的一个优选实施方案，可以在香烟纸上施用或在其中掺入吸附剂以实现某些在处理主流烟或侧流烟方面所需的效果。通过混入这类材料，纸的孔隙率可接近零。通常这样的纸是没有用处的，但是令人惊奇的是，根据本发明使用氧供体(如氧化铈)供给足够的氧气却可使这种无孔的纸燃烧。可使用预定量(例如大约纸重的10％-15％重量)的氧化铈。氧化铈的量足够支持香烟在自熄灭前燃烧达到大约两分钟。或者，可将更高浓度的氧化铈以区域形式施加在香烟纸上，该区域通过氧化铈材料的区域供给足够的氧来提高自由燃烧速率。一旦燃烧碳进入没有氧储存与供应材料的区域或含非常少量这种材料的区域，燃烧碳的温度急剧降低而自动熄灭，由此提供低引燃倾向性的香烟。这些纸一般的基重大约20-125g/m2。以包装纸的干重百分数计算，氧储存与供应金属氧化物的量可为大约5-60％重量。更优选为纸重的大约10-50％重量，最优选为纸重的大约10-30％重量。
氧储存与供应金属氧化物可以发挥其它功能，例如作为氧化催化剂。使用术语“催化剂”来强调所述氧供应氧化催化剂可改变氧化状态以释放出氧气分子，但是在反应中催化剂未被消耗。
氧供应物质的具体实例包括氧储存与供应金属氧化物氧化催化剂，例如，过渡金属氧化物、稀土金属氧化物、混合金属氧化物的固体溶液及其混合物。更具体地讲，所述过渡族包括IVB、VB、VIB、VIIB、VIII、IB族金属的氧化物及其混合物。优选稀土金属氧化物选自钪、钇、镧系金属的氧化物及其混合物。优选镧系金属包括镧、铈、镨、钕及其混合物。优选镧系金属氧化物为氧化铈或其前体铈土溶胶。
此外，氧给体还可以是高表面积材料如颗粒形式的氧化铈或氧化铈和其它组分(如铈/锆的氧化物)的混合固体溶液。锆的氧化物还可以以颗粒形式和氧供应物质使用。其它适合的颗粒材料包括锡的氧化物、钛的氧化物、镁的氧化物、氧化铝、低表面积的氧化铈、碳酸钙及其混合物。金属氧化物的混合固体溶液包括如铈/镧混合氧化物、铈/锆混合氧化物、铈/铝混合氧化物、铈/镁混合氧化物、铈/钛混合氧化物、铈/锆/镧混合氧化物、铈/镧混合氧化物、铈/锆混合氧化物、铈/锆/镧混合氧化物、铈/锆/镨混合氧化物、铈/锆/镧/镨混合氧化物、铈/锆/钕混合氧化物的任意组合物。
香烟纸中还可混入各种填料来增加氧给体的有效性，例如与氧供体联用的吸附剂，用来减小可见的侧流烟。氧供应物质的适合的助剂包括任何适合的、基本不可燃的细分散的颗粒材料，所述颗粒材料不会影响主流烟的香气和口味，并且不会在侧流烟中放出任何不合意的气味。所述助剂可以是低表面积，通常大于5m2/g直到表面积大于20m2/g的高表面积多孔助剂。多孔助剂的孔隙的平均直径小于100nm(1000埃)。更优选，孔隙的平均直径小于20nm(200埃)，更优选孔隙的平均直径为0.5-10nm(5-100埃)。对于沸石基材料，孔隙的平均直径为大约0.5-1.3nm(5-13埃)。
颗粒助剂的平均粒径小于大约30μm，更优选小于大约20μm，最优选小于1μm至大约5μm。不可燃材料可以是香烟纸制造中常用的各种多孔粘土，如具有高表面积的膨润土或经过处理的粘土。可以使用的不可燃碳材料还包括如磨碎的多孔碳纤维和颗粒。可以使用多种金属氧化物如多孔整体矿物基材料(porous monolithic mineralbased materials)，包括氧化锆、钛的氧化物、铈的氧化物、铝的氧化物(如氧化铝)、金属氧化物纤维(如锆纤维)与其它陶瓷(如磨碎的多孔陶瓷纤维)及其混合物。已发现氧化铈能作为细分散的助剂并且能作为氧储存与供应氧化铈氧化催化剂。其它助剂材料包括高表面积材料如活性炭和沸石。
所述助剂还可以包含高表面积、高吸附性的材料，所述材料为不可燃的无机细分散的颗粒，例如包含沸石和无定形材料如二氧化硅/氧化铝等的分子筛。可接受的沸石是硅质岩沸石，八面沸石，X、Y和L沸石，β-沸石，丝光沸石和ZSM沸石。优选的沸石包括疏水的沸石和中等疏水的沸石，它们对侧流烟的疏水和中等疏水的有机化合物有亲合性，由此避免产生水汽。沸石材料提供了选择性地吸收和吸附侧流烟的成分的高孔隙结构。所述高孔隙结构通常包含在颗粒之间的大孔与在颗粒内部的微孔，这些微孔是大孔的分叉。
所述沸石材料可由下式表征MmM′nM″p[aAlO2·bSiO2·cTO2]其中M是一价阳离子，M′是二价阳离子，M″是三价阳离子，a、b、c、n、m和p是反应化学计量比例的数字，c、m、n或p也可为0，Al和Si是四面体配位的Al和Si原子，和T是能替代Al或Si的四面体配位的金属原子，其中沸石或沸石类材料的b/a的比率为大约5-300，并且微孔尺寸为大约0.5-1.3nm(5-13埃)。
上式的优选沸石具有以下具体化学式八面沸石((Na2，Ca，Mg)29[Al58Si134O384]·240H2O；立方)、β-沸石(Nan[AlnSi64-nO128]n＜7；四方)，丝光沸石(Na8[Al8Si40O96]·24H2O；斜方)，ZSM沸石(Nan[AlnSi96-nO192]～16H2On＜27；斜方)以其混合物。
应当理解，可以使用各种级别的吸附材料。对于可以常规设计成选择性吸附例如高沸点物质、中沸点物质和低沸点物质的梯度沸石来说尤其如此。这使得可以产生出多层的沸石组合物，其中本发明考虑的氧化铈或其它合适的催化剂优选分散在这些层中。然后使用粘合剂和粘结剂将这些层粘结到烟丝条的香烟纸上，所述粘合剂和粘结剂可以是如聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉和酪蛋白或大豆蛋白及其混合物。
助剂和填料可包括金属氧化物、作为灰分调节剂的金属盐、碳酸钙、沸石、混合金属氧化物、粘合粘土、无机粘合剂、磨碎的纤维、整体的矿物基材料和不可燃活性炭。催化剂用粘合剂和助剂可用作孔隙率减小试剂。可在生产低孔隙率纸张时，将这些孔隙率减小试剂掺入纸张，或者可将它们涂覆在传统香烟纸上降低纸张的孔隙率。在大多数低引燃倾向性香烟中孔隙率通常小于10Coresta单位，并且在某些情况下低至0Coresta单位。也应当理解，使用传统的添加剂如灰分调节剂来调节香烟的灰分。常规灰分调节剂是碳酸盐如钙盐、羧酸的金属盐以及磷酸的铵盐。羧酸盐的实例包括酸性(acidic)酸、柠檬酸、马来酸、乳酸、酒石酸等的碱金属和碱土金属。
适合的磷酸的铵盐包括磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、正磷酸氢二铵、磷酸的二铵盐和磷酸氢铵。同时，用来调节灰分的典型填料包括普通粘土、碳酸钙、二氧化钛、氧化锆、二氧化钛、氧化镁、氧化铝、氧化铈、氧化锡、氧化铁、氧化锰、碳酸钙、碳酸锆、碳酸镁等。
添加的助剂和氧供体联用以实现所需的特性如减少侧流烟，可以极大地减小香烟纸的孔隙率。通过选择氧供应物质的用量，低孔隙率的纸张仍然能燃烧。但是，从安全防火香烟的角度看，所选氧给体的量应足以降低香烟燃烧碳的温度，以得到低引燃倾向性香烟。将香烟放下时，在预定的时间(通常不超过4分钟)后，香烟可以自动熄灭。在允许人们设计增强香烟特性的低孔隙率纸以及使用氧储存与供应金属氧化物以维持所需的降低的自由燃烧速率方面，本发明的这个方面提供了重大的改进。
氧供体材料可以在纸张的生产过程中加入，作为纸张的涂层施用或渗入纸张中。或者，可将氧供体材料以区域形式施加至纸上，如美国专利4,615,345中描述的区域，得到与香烟的缓慢自由燃烧速率带(该带使将香烟闲置于一表面上时自动熄灭)相邻的常规的自由燃烧速率区域。可使用诸如掺入、涂敷、渗透或带状材料等各种方法来将所述组合物施加到低孔隙率纸上。可用申请人的同时待审的国际专利申请WO 02/024005中描述的方法来进行涂敷、掺入或渗透，该专利申请的主题物质通过引用结合在本文中。
可以通过使用多个横向的移动喷嘴来将所述氧供体以区域形式粘结或涂敷在香烟纸上，所述喷嘴在香烟纸上移动，将其制造成能在低孔隙率纸上施加氧供应物质的分隔区域。当纸被切开并卷绕时，稍微螺旋型区域和低孔隙率纸的中间区域汇合，得到正常燃烧速率促进组合物的分隔区域。提供标准或常规自由燃烧速率的区域的长度通常为大约15mm-25mm，最优选大约20mm-大约22mm。可将缓慢燃烧材料的带设计用以自动熄灭香烟，如果没有抽吸，带宽为大约2mm-大约10mm，优选大于5mm。
纸可为双层香烟纸，其中纸的内层包含氧供应物质以提供低引燃倾向性，纸的外层用来提高低孔隙率内层纸的灰分特性，如在申请人的同时待审的PCT申请序列号PCT/CA03/00353(2003年3月14日提交，题目为“具有改进灰分的可燃纸的低侧流香烟”)中所描述，其主题通过引用结合在本文中。其它双层香烟纸的可能结构包括在内层包装纸提供一种侧流烟处理组合物，所述组合物赋予内层包装纸自动熄灭燃烧烟丝条的低孔隙率。虽然外层包装纸可有灰分调节作用，但是它也可提供氧储存与供应金属氧化物的环带以支持所需的维持烟丝条沿着区域自由燃烧的自由燃烧速率。或者，氧供应物质的区域可以在内包装纸中和侧流烟处理物质一起，用来提供维持所需的自由燃烧速率。在区域的另一个选择中，也应当理解可以在内层包装纸的整个长度方向上使用足够的氧供应物质来维持所需的自由燃烧速率。
根据本发明的一个方面，正确地选择氧化铈及助剂可以提供侧流烟控制以及防火安全香烟。可在基础纸中提供一种氧供应缺乏组合物(oxygen donor starved composition)来控制侧流烟。包含增加量的氧供应物质的正常侧流烟控制组合物的区域(如上述的国际专利申请WO 02/024005中描述)可以用来支持香烟在这些区域和地区的常规自由燃烧速率。如果香烟在预定的时间内(如2分钟内)没有被抽吸，氧供应缺乏的中间部分自动熄灭香烟。或者，可在低孔隙率的基础纸上涂敷或在其中使用侧流烟控制组合物，其中氧给体的量为一个降低的水平，保证香烟在放下预定的时间内(如2-4分钟内)自动熄灭。
烟丝条的包装纸通常是经过改进的具有基础渗透性的常规香烟纸，其渗透性低至足以使香烟的燃烧碳沿着烟丝条向前燃烧，并且当香烟放置于固体表面上或被未被注意超过2-3分钟或4分钟时将自动熄灭。优选包装纸的基础渗透性通常小于10Coresta单位，优选小于6Coresta单位，甚至接近0Coresta单位。可以减小预定的带中或沿着香烟的长度方向的孔隙率。如所说明，可在带中使用各种孔隙率减小试剂以减小孔隙率至所需的水平。如上文所述，孔隙率减小试剂可有其它作用，但是在纸上也可以包含另外的纤维素层以提供能够自熄的降低了孔隙率的带。所述纤维素带可以包括氧储存与供应金属氧化物，以提供该带所需的自由燃烧，以便该带燃烧预定的时间，但是在火球穿过该带之前，如果香烟被闲置将会自动熄灭。例如在上述的美国专利5,740,095中描述了用来减小孔隙率的带的纤维素带的实例。预定时间优选大于或等于大约2分钟。
为了平衡在低孔隙率香烟中的氧供应物质的量，香烟的自由燃烧速率通常导致更多次的抽吸。每常规长度香烟的抽吸次数可超过10次，并可为12-16次。根据本发明，人们可以利用氧储存与供应金属氧化物与孔隙率减小试剂结合的优点，依靠较短烟丝条的缓慢燃烧研制一种明显更短烟丝条(一般至少短1/3)的香烟。可以达到所需的常规的6-8次抽吸。在香烟的制造和销售中少用三分之一的烟草等于相当大地节省了成本。在使用氧储存与供应金属氧化物方面，控制氧气的释放是一个明显的优点，实现了沿着缩短了的卷烟条的长度方向所需的自由燃烧。
为了得到正确的平衡，通常通过试验和误差分析确定氧储存与供应金属氧化物(优选为一种氧化催化剂)的量。许多参数能影响包装纸材料的孔隙率，其中每个对于氧给体的使用有不同的反应。如上所述，自熄时间小于30秒通常不能用于市售香烟。自熄时间小于2分钟也不被烟草工业接受。优选使用足够的氧供体以延长自熄时间使其超过大约2分钟。
传统香烟不完全燃烧，且直到所有可燃的烟丝消耗完才熄灭。但是低引燃倾向性香烟在大约30秒至4分钟后在其上任一地方自动熄灭。本领域的技术人员应当理解，自动熄灭之前的时间至少部分取决于包装纸的参数。这些包装纸的参数包括带宽、基础织物的孔隙率、带距、自由燃烧区域的长度以及用来提高灰分的添加剂等。通过试验和误差分析，通过这些参数的试验法可以设计预定的自动熄灭的时间的包装纸。
虽然这里已经详细描述了本发明的优选实施方案，本领域的技术人员应当理解，在不背离本发明的精神或附加的权利要求书中的范围的情况下，可作出各种变化。
权利要求
1.一种低引燃倾向性香烟，所述香烟具有可自动熄灭香烟的自熄性香烟纸，所述香烟的香烟纸中使用氧储存与供应金属氧化物，以在保持自熄性香烟纸的低引燃倾向性的同时，支持和维持所述自熄性香烟的自由燃烧。
2.权利要求1的香烟，所述香烟包含烟丝条，和包围烟丝条并具有基础渗透性的包装纸，所述包装纸包含一个未经处理的区域，和至少一个经组合物处理以减小其基础渗透性的独立的区域，以便当将所述香烟放在一表面上，其燃烧碳沿着所述经过处理的区域向前燃烧时，所述香烟自动熄灭，改进之处包括具有所述氧储存与供应氧化金属氧化物的所述组合物在燃烧碳沿着所述经处理的区域向前燃烧时，支持和维持燃烧碳的燃烧。
3.权利要求2的香烟，其中所述至少一个独立的区域是至少一条环绕所述包装纸上的带，所述带由自由燃烧速率控制组合物形成，以得到低引燃倾向性香烟，所述组合物包含孔隙率减少试剂以及所述氧储存与供应金属氧化物。
4.权利要求1的香烟，所述香烟包含被所述香烟纸卷绕的烟丝条，所述香烟纸具有自动熄灭燃烧的烟丝条的低孔隙率水平，所述香烟纸具有所述氧储存与供应金属氧化物的环区域，以支持维持所述烟丝条沿着所述区域自由燃烧的自由燃烧速率。
5.一种熄灭置于一表面上的权利要求3的香烟的方法，所述方法包括让燃烧的香烟碳向前燃烧进入香烟纸的所述带，该带将自由燃烧速率降低至当将香烟保留在所述表面时能自动熄灭的水平，该带包含所述氧储存与供应金属氧化物，其量在保持所述香烟纸的自熄性的同时，支持所述燃烧碳向前自由燃烧通过所述带。
6.一种能自动熄灭香烟的自熄性香烟纸，所述香烟纸包含一种氧储存与供应金属氧化物，以在保持自熄性香烟纸的低引燃倾向性的同时，支持和维持自熄性香烟的自由燃烧。
7.权利要求6的自熄性香烟纸，其中所述包装纸具有基础渗透性，所述包装纸包含一个未经处理的区域，和至少一个经组合物处理以减小其基础渗透性的独立的区域，以便当将香烟放在一表面上，其燃烧碳沿着所述经过处理的区域向前燃烧时，所述香烟自动熄灭，所述组合物包含所述氧储存与供应氧化金属氧化物，其支持和维持所述燃烧碳沿着所述经过处理的区域向前燃烧。
8.权利要求7的自熄性香烟纸，其中所述至少一个独立的区域是至少一条环绕所述香烟纸上的带，所述带由自由燃烧速率控制组合物形成，以得到低引燃倾向性香烟，所述组合物包含孔隙率减小试剂和所述氧储存与供应金属氧化物。
9.权利要求6的自熄性香烟纸，其中所述香烟纸具有用于自动熄灭燃烧的烟丝条的低孔隙率，所述香烟纸具有所述氧储存与供应金属氧化物的环区域，以支持维持所述烟丝条沿着所述区域的自由燃烧的自由燃烧速率。
10.一种能自动熄灭的低引燃倾向性香烟，所述香烟的包装纸中使用氧储存与供应金属氧化物，以在保持自熄性香烟的低引燃倾向性的同时，支持和维持自熄性香烟的自由燃烧，所述香烟包含具有能够自动熄灭香烟的烟丝密度的烟丝条，并且所述包装纸具有所述氧储存与供应金属氧化物的环区域，以支持维持所述烟丝条沿着所述区域的自由燃烧的自由燃烧速率。
11.权利要求1、2、4、6、7或9的发明，其中所述包装纸包含孔隙率减小试剂，所述孔隙率减小试剂将所述包装纸的孔隙率降至能自动熄灭香烟的程度。
12.权利要求3、5、8或11的发明，其中所述孔隙率减小试剂选自金属氧化物、淀粉、作为灰分调节剂的金属盐、大豆、瓜耳胶、碳酸钙、沸石、混合金属氧化物、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、酪蛋白、粘合粘土、无机粘合剂、磨碎的纤维、整体矿物基材料、不可燃活性炭及其混合物。
13.权利要求3、5、8或11的发明，其中所述孔隙率减小试剂是所述包装纸上的附加纤维素层，所述附加层为围绕所述包装纸的环带形式。
14.权利要求1、2、3、4或5的发明，其中所述香烟的烟丝条比常规烟丝条的长度短以提供常规的抽吸次数。
15.权利要求1-9中任一项的发明，其中所述氧储存与供应金属氧化物是选自过渡金属氧化物、稀土金属氧化物、混合金属氧化物的固体溶液及其混合物的氧化催化剂。
16.权利要求1-9中任一项的发明，其中所述香烟纸不可燃或可燃。
17.权利要求15的发明，其中所述过渡金属氧化物选自IVB、VB、VIB、VIIB、VIII、IB族金属的氧化物及其混合物。
18.权利要求17的发明，其中所述过渡金属氧化物选自铁、铜、银、锰、钛、锆、钒以及钨的氧化物。
19.权利要求15的发明，其中所述稀土金属氧化物选自钪、钇、镧系金属的氧化物及其混合物。
20.权利要求19的发明，其中所述镧系金属氧化物选自氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕及其混合物。
21.权利要求20的发明，其中所述铈土溶胶是氧化铈的前体。
22.权利要求15的发明，其中所述混合金属氧化物的固体溶液选自铈/镧混合氧化物、铈/锆混合氧化物、铈/锆/镧混合氧化物、铈/锆/镨混合氧化物、铈/锆/镧/镨混合氧化物、铈/锆/钕混合氧化物及其混合物。
23.权利要求22的发明，其中所述固体溶液是高表面积的多孔颗粒。
24.权利要求23的发明，其中所述固体溶液是比率为大约5∶95-大约95∶5的铈/锆混合氧化物。
25.权利要求24的发明，其中所述比率为大约75∶25，所述粒径为大约6μm-10μm。
26.权利要求1、2、4、6、7，8或9的发明，其中所述氧储存与供应金属氧化物施涂于所述香烟纸上、渗入所述香烟纸中、或者在所述香烟纸的制造过程中掺入到其中。
27.权利要求3、5、11、12或13的发明，其中所述氧储存与供应金属氧化物与所述孔隙率减小试剂施涂于所述香烟纸上，渗入所述香烟纸中，或者在所述香烟纸的制造过程中掺入到其中。
28.权利要求15的发明，其中所述氧储存与供应金属氧化物是平均粒径小于大约30μm的细分散颗粒。
29.一种具有低引燃倾向性的低侧流烟香烟，所述香烟包含围绕烟丝条的包装纸，所述包装纸含有一种组合物，所述组合物能降低燃烧香烟的侧流烟，并同时包含氧储存与供应金属氧化物催化剂以及用于所述催化剂的基本不可燃的细分散的多孔颗粒助剂，所述减小侧流烟组合物降低了所述包装纸的孔隙率，赋予所述香烟自熄灭性，所述氧储存与供应金属氧化物催化剂的量使得能够在保持所述香烟纸的自熄性的同时，支持所述香烟的自由燃烧。
30.一种低侧流烟香烟包装纸，所述包装纸含有一种组合物，所述组合物能降低燃烧香烟的侧流烟，并同时包含氧储存与供应金属氧化物催化剂以及用于所述催化剂的基本不可燃的细分散的多孔颗粒助剂，所述减小侧流烟组合物降低了所述包装纸的孔隙率，赋予所述香烟自熄灭性，所述氧储存与供应金属氧化物催化剂的量使得能够在保持所述香烟纸的自熄性的同时，支持所述香烟的自由燃烧。
31.权利要求29或30的发明，其中所述氧储存与供应金属氧化物催化剂遍布整个所述包装纸。
32.权利要求29或30的发明，其中所述包装纸的环区域含有所述氧储存与供应金属氧化物催化剂。
33.权利要求29或30的发明，其中所述包装纸的孔隙率小于10Coresta单位。
34.权利要求29或30的发明，其中所述助剂选自粘土、基本不可燃的磨碎的纤维、整体矿物基材料、基本不可燃的活性炭、沸石及其混合物。
35.权利要求29或30的发明，其中所述催化剂选自过渡金属氧化物、稀土金属氧化物、混合金属氧化物的固体溶液及其混合物。
36.权利要求35的发明，其中所述过渡金属氧化物选自IVB、VB、VIB、VIIB、VIII、IB族金属的氧化物及其混合物。
37.权利要求36的发明，其中所述过渡金属氧化物选自铁、铜、银、锰、钛、锆、钒和钨的氧化物。
38.权利要求35的发明，其中所述稀土金属氧化物选自钪、钇、镧系金属的氧化物及其混合物。
39.权利要求38的发明，其中所述镧系金属氧化物选自氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕及其混合物。
40.权利要求39的发明，其中所述铈土溶胶是氧化铈的前体。
41.权利要求39的发明，其中所述氧化铈和金属或金属氧化物氧化催化剂一起使用，所述金属或金属氧化物选自贵金属、过渡金属、稀土金属、IIA或IVA族金属的氧化物及其混合物。
42.权利要求41的发明，其中所选择的金属或金属氧化物是铂、钯、氧化铜、氧化铁、氧化镁、氧化银或其混合物。
43.权利要求35的发明，其中所述用于固体溶液的氧储存与供应金属氧化物催化剂选自氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕及其混合物。
44.权利要求43的发明，其中所述混合金属氧化物选自氧化锆、氧化铝、氧化镁、二氧化钛及其混合物的金属氧化物。
45.权利要求44的发明，其中所述混合金属氧化物的固体溶液还包含选自钯、铂、铑、氧化锡、氧化铜、氧化铁、氧化锰及其混合物的氧化催化剂。
46.权利要求45的发明，其中所述混合金属氧化物的固体溶液选自铈/镧混合氧化物、铈/锆混合氧化物、铈/锆/镧混合氧化物、铈/锆/镨混合氧化物、铈/锆/镧/镨混合氧化物、铈/锆/钕混合氧化物及其混合物。
47.权利要求46的发明，其中所述固体溶液是高表面积的多孔颗粒。
48.权利要求47的发明，其中所述固体溶液是比率为大约5∶95-大约95∶5的铈/锆混合氧化物。
49.权利要求48的发明，其中所述比率为大约75∶25，所述粒径为大约6μm-10μm。
50.权利要求29或30的发明，其中所述催化剂的存在量为使得能够支持自由燃烧大于大约2分钟并在小于大约4分钟内自动熄灭。
51.权利要求29的发明，其中所述香烟的烟丝条比常规的烟丝条的长度短以提供常规的抽吸次数。
52.权利要求39的发明，其中在所述处理组合物中，第一部分量的氧化铈用作所述助剂，第二部分量的氧化铈用作所述催化剂。
53.权利要求29或30的发明，其中将所述氧储存与供应金属氧化物催化剂和用于所述催化剂的基本不可燃的细分散的多孔颗粒助剂涂敷于所述香烟纸上、渗入所述香烟纸中、或者在所述香烟纸的制造过程中加入到其中。
54.权利要求29或30的发明，所述发明还包含一种选自氧化锆、二氧化钛、氧化镁、氧化铝、氧化铈、氧化锡、氧化铁、氧化锰、碳酸钙、碳酸锆、碳酸镁及其混合物的灰分调节剂。
55.权利要求46的发明，其中所述氧储存与供应金属氧化物和所述助剂是高表面积的铈/锆混合氧化物。
56.权利要求55的发明，其中所述氧化锆和/或沸石和所述铈/锆混合氧化物结合使用。
57.权利要求29或30的发明，其中所述助剂的平均粒径小于大约30μm。
58.权利要求29或30的发明，其中所述助剂是表面积超过大约20m2/g的高表面积材料，并且平均粒径大于大约1μm。
59.权利要求34的发明，其中所述沸石选自硅质岩沸石，八面沸石，X、Y和L沸石，β-沸石，丝光沸石和ZSM沸石及其混合物。
60.权利要求35的发明，其中所述氧储存与供应金属氧化物是平均粒径小于大约30μm的细分散的颗粒。
61.权利要求35的发明，其中当所述氧储存与供应金属氧化物颗粒固定在所述助剂的表面时，其粒径小于大约1.0μm。
62.一种双层包装纸的自熄性香烟，其中所述包装纸具有内层和外层包装纸，其中所述内、外层包装纸的一层包含一种氧储存与供应金属氧化物，以在保持自熄性香烟纸的低引燃倾向性的同时，支持和维持自熄性香烟的自由燃烧。
63.权利要求62的香烟，其中所述内层包装纸包含一种侧流烟减小组合物，所述外层包装纸包含所述氧储存与供应金属氧化物。
64.权利要求62的香烟，其中所述内层包装纸具有自动熄灭燃烧香烟的烟丝条的低孔隙率，所述外层包装纸具有氧储存与供应金属氧化物的环区域，以支持保持所述烟丝条沿着所述区域自由燃烧的自由燃烧速率。
65.权利要求64的香烟，其中所述内层包装纸具有孔隙率减小试剂，所述孔隙率减小试剂选自金属氧化物、淀粉、作为灰分调节剂的金属盐、大豆、瓜耳胶、碳酸钙、沸石、混合金属氧化物、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、酪蛋白、粘合粘土、无机粘合剂及其混合物。
66.权利要求65的香烟，其中所述内层包装纸具有减小所述内层包装纸的孔隙率至提供自动熄灭性的水平的侧流烟减小组合物。
67.权利要求66的香烟，其中所述侧流烟减小组合物同时包含氧储存与供应金属氧化物催化剂和用于所述催化剂的基本不可燃细分散的多孔颗粒助剂。
68.权利要求67的香烟，其中所述内层包装纸的孔隙率小于10Coresta单位。
69.权利要求68的香烟，其中所述助剂选自粘土、基本不可燃的磨碎的纤维、整体矿物基材料、基本不可燃的活性炭、沸石及其混合物。
70.权利要求67的香烟，其中所述催化剂选自过渡金属氧化物、稀土金属氧化物、混合金属氧化物的固体溶液及其混合物。
71.权利要求70的香烟，其中所述稀土金属氧化物选自钪、钇、镧系金属的氧化物及其混合物。
72.权利要求71的香烟，其中所述镧系金属氧化物选自氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕及其混合物。
73.权利要求72的香烟，其中所述铈土溶胶是氧化铈的前体。
74.权利要求70的香烟，其中所述混合金属氧化物的固体溶液选自铈/镧混合氧化物、铈/锆混合氧化物、铈/锆/镧混合氧化物、铈/锆/镨混合氧化物、铈/锆/镧/镨混合氧化物、铈/锆/钕混合氧化物及其混合物。
全文摘要
本发明涉及具有能自动熄灭香烟的自熄性香烟纸的低引燃倾向性的香烟。所述香烟纸包含氧储存与供应金属氧化物，在保持自熄性香烟纸的低引燃倾向性的同时，支持和维持自熄性香烟的自由燃烧。本发明还涉及一种具有低引燃倾向性的低侧流烟香烟。所述包装纸具有减小燃烧香烟的侧流烟的组合物，所述组合物同时包含氧储存与供应金属氧化物催化剂以及基本不可燃的细分散的多孔颗粒催化剂助剂。所述侧流烟减小组合物减小了包装纸的孔隙率，赋予香烟自动熄灭性。所述氧储存与供应金属氧化物的存在量使得能够在保持包装纸的自熄性的同时，支持香烟的自由燃烧。
文档编号D21H27/00GK1662157SQ03814367
公开日2005年8月31日 申请日期2003年4月22日 优先权日2002年4月22日
发明者W·芬莱, S·M·斯奈德尔 申请人:乐富门·本森及赫奇斯有限公司