发明领域本发明涉及用于产生气溶胶制品的包装纸，所述包装纸具有较高的耐热性，并且因此，在使用该制品之后，仍然具有足够的机械强度，以确保制品的无问题的处理，并且另外具有阻燃的作用，使得由所述包装纸制造的气溶胶产生制品不会像吸烟制品一样发烟。这是通过包装纸中高含量的特定成炭剂来实现的。背景和现有技术在现有技术中，气溶胶产生制品是已知的，其包括气溶胶产生材料和纸，所述纸包裹气溶胶产生材料并由此形成通常为圆柱形的棒。在这点上，气溶胶产生材料是在施加热量时释放气溶胶的材料，其中气溶胶产生材料仅被加热但不燃烧。在许多情况下，气溶胶产生制品还包括过滤器，所述过滤器可以过滤气溶胶的组分，并且所述过滤器由过滤器包装纸以及由将过滤器与具有气溶胶产生材料的经包装的棒彼此连接的另一包装纸包装。在气溶胶产生制品的预期使用期间，通常将气溶胶产生材料加热，但不燃烧。这种加热可以例如通过其中插入有气溶胶产生制品的外部装置，或者通过附接至气溶胶产生制品的一端的热源来进行，为了使用所述制品，所述热源例如通过点火来操作。在气溶胶产生材料的加热期间，包装纸也被加热和热降解。这会导致包装纸失去非常多的强度，使得在从加热装置中取出气溶胶产生制品期间它被撕裂。这需要消费者额外的清洁工作，因此是不希望的。另外，对于具有集成热源的气溶胶产生制品，包装纸在加热期间会失去其强度，使得热源脱落并产生火灾的风险。此外，希望防止消费者以与香烟相同的方式无意中使用气溶胶产生制品并试图点燃气溶胶产生制品的端部，使得引发气溶胶产生材料的燃烧或阴燃过程。因此，气溶胶产生制品的包装材料需要具有阻燃性能。制造用于这种气溶胶产生制品耐热或阻燃的包装纸的尝试仅部分成功。例如，在wo 2015/082648中，描述了一种包装纸，其由相对较少的纸浆纤维组成，并涂覆有碳酸钙和粘合剂的组合物，使得至少50％的包装纸由碳酸钙形成。这种包装纸的缺点是，由于较厚的涂层，它相对较脆，并且在由包装纸制造气溶胶产生制品期间产生大量的灰尘。此外，由于纸浆纤维含量低，拉伸强度不是特别高。在wo 2011/117750中，描述了一种包装纸，其由铝箔和纸的层压体组成。铝箔面向气溶胶产生材料并部分地保护纸免受热的影响。这种包装纸的缺点是复杂的制造过程和低的生物降解性，因为经验已经表明，许多气溶胶产生制品在使用后在环境中被简单地处置。因此，令人感兴趣的是提供一种包装纸，该包装纸在加热后仍具有足够的拉伸强度，具有阻燃作用，并且尽管如此，其为可生物降解的。此外，用于气溶胶产生制品的包装纸的设计必须考虑法律法规、毒理学以及包装纸对气溶胶产生制品的味道的影响。
背景技术：
技术实现思路
1、本发明的目的是提供用于气溶胶产生制品的包装纸，所述包装纸基本上是耐热的或阻燃的，并且具有关于强度、可加工性、生物降解性和对味道的影响的有利性质。
2、在本发明的上下文中，气溶胶产生制品是包括气溶胶产生材料和包裹气溶胶产生材料的包装纸的棒状制品，其中在预期使用期间，气溶胶产生材料仅被加热而不燃烧。如果气溶胶产生材料被加热到最高400℃的温度，则在任何情况下，对典型的气溶胶产生材料(例如，烟草)将发生加热而不燃烧。
3、该目的通过根据权利要求1所述的用于气溶胶产生制品的包装纸、根据权利要求24所述的包含该包装纸的气溶胶产生制品、根据权利要求26所述的用于气溶胶产生制品的这种包装纸的用途以及根据权利要求27所述的用于制造根据本发明的包装纸的方法来实现。在从属权利要求中提供了其它有利的实施方案。
4、本发明人已经发现该目的可以通过包装纸来实现，该包装纸适合用于气溶胶产生制品并且包括纸浆纤维和成炭剂，其中纸浆纤维占包装纸的质量的至少70％和至多95％，成炭剂以相对于包装纸的质量至少5％和至多20％的浓度被包含，并且以这种浓度存在于包装纸中，使得根据iso 1924-2:2008在iso 187:1990的条件下测量的拉伸强度r0与在包装纸已经暴露于230℃的温度1分钟时长之后根据iso 1924-2:2008在iso 187:1990的条件下测量的拉伸强度rt的商r＝rt/r0为至少0.20且至多0.90。
5、根据本发明人的发现，为了获得包装纸的高初始强度，高纸浆纤维含量是必需的。已知的是，可能潜在地用于纸张中的许多成炭剂破坏纸张中的纸浆纤维，并因此在加热时迅速导致强度的显著损失。然而，它们保护进一步位于纸结构内的纸浆纤维不受热降解。因为纸通常容易燃烧，所以通常认为成炭剂需要以非常高的浓度在纸中使用以达到有效的阻燃效果。然而，在这种浓度下，一般的假设以及本发明人的实验表明，纸浆纤维受到如此严重的损坏，并且强度降低得如此强烈，以致不能合理地考虑它们的使用。
6、与此相反，本发明人已经发现，对于一些成炭剂，实际上存在适当的窄的浓度范围，在该适当的窄的浓度范围中存在良好的阻燃效果并且纸的强度降低不太大。
7、只有高含量的纸浆纤维和适当选择浓度的成炭剂的组合才能制造出如下的包装纸，该包装纸由于其高初始强度并且尽管由于成炭剂而导致强度损失，但在加热之后也具有如此高的拉伸强度，使得由其制造的气溶胶产生制品可以从加热装置中取出而没有任何问题，或者不存在集成到气溶胶产生制品中的热源可能掉落的危险。此外，阻燃效果是足够的，使得气溶胶产生制品不会像香烟一样被吸烟。
8、另外，包装纸的组分在气溶胶产生制品的制造期间允许优异的生物降解性和非常好的可加工性。
9、为了其强度，包装纸需要纸浆纤维，其中纸浆纤维占包装纸的质量的至少70％且至多95％。为了在纸浆纤维与成炭剂之间获得甚至更好的比例，纸浆纤维的比例可以优选为至少75％且至多90％，特别优选至少80％且至多90％，各自相对于包装纸的质量。
10、纸浆纤维优选地来源于一种或多种植物，所述植物选自针叶树、落叶树、云杉、松树、冷杉、山毛榉、桦树、桉树、亚麻、汉麻、黄麻、苎麻、马尼拉麻蕉、剑麻、洋麻和棉花。纸浆纤维也可以全部或部分地由来自再生纤维素的纤维形成，例如tenceltm纤维、lyocelltm纤维、粘胶纤维或modaltm纤维。
11、优选地，纸浆纤维由来自针叶树的纸浆纤维以相对于纸浆纤维的质量至少40％且至多100％的比例形成，因为这些纸浆纤维为包装纸提供高强度。
12、包装纸包含成炭剂，其中成炭剂占包装纸的质量的至少5％且至多20％。根据本发明人的发现，成炭剂保护位于纸结构内的纸浆纤维免受强烈的氧化，但其本身也损害纸浆纤维，使得成炭剂的浓度必须在窄的范围内并依赖于成炭剂的类型。当成炭剂的浓度增加时，阻燃效果越强，但由于对纸浆纤维的损害增加，加热后包装纸的强度降低。优选地，成炭剂在包装纸中的比例因此占包装纸的质量的至少9％且至多16％。
13、优选地，成炭剂是磷酸铵，特别优选磷酸一铵、磷酸二铵、磷酸三铵或多磷酸铵或其混合物。次优选地，成炭剂是磷酸胍脲、磷酸胍、磷酸、膦酸盐(phosphonate)、磷酸三聚氰胺、双氰胺、硼酸或硼砂。这些不太优选的化合物更难以加工或在毒理学上不是完全无问题的。同时，多磷酸钠是成炭剂，但不是根据本发明的成炭剂。
14、成炭剂的浓度的选择在所提供的区间内不是自由的，而是取决于成炭剂的类型，并且必须选择成使得在加热之后包装纸的强度的降低不会太高。
15、为此，包装纸在纵向方向上的拉伸强度被确定为强度的特征，并且首先在iso187:1990的条件下确定，然后在加热包装纸之后确定。更准确地说，强度损失可根据以下方法确定。
16、首先，根据iso 187:1990调节合适几何形状的纸样品，通常为15mm宽的条，并根据iso 1924-2:2008在拉伸测试中进行测试。拉伸强度取决于纸样品的取样方向。在此，拉伸强度应总是理解为在纸制造期间包装纸的运行方向(即所谓的纵向方向)上的拉伸强度。
17、由r0表示的初始拉伸强度根据本发明通过根据iso 187:1990调节纸样品而没有预先的热负荷和根据iso 1924-2:2008测试来测定。热负荷后的拉伸强度rt通过将样品暴露于空气中的230℃的温度一分钟时长来测定，其中空气可基本上到达纸样品的所有侧面，并且存在低的空气流。然后根据iso 187:1990对纸样品进行调节，并且还根据iso 1924-2:2008测定拉伸强度。商r＝rt/r0描述了在包装纸的热负荷之后剩余的拉伸强度的比例，并因此表征了包装纸的热阻。商r的高值描述了高热阻。根据本发明，应选择包装纸中成炭剂的浓度，使得热负荷(230℃，1分钟)后的拉伸强度rt与初始拉伸强度r0的商r为至少0.20且至多0.90且特别优选至少0.25且至多0.80。这意味着拉伸强度降低不超过80％。
18、该商可以受纸浆纤维的量和成炭剂的类型和浓度的影响，其中更多的纸浆纤维导致更高的初始拉伸强度r0，并且成炭剂的浓度增加通常导致热负荷后的拉伸强度rt降低。根据气溶胶产生制品的应用类型，成炭剂对拉伸强度rt的负面影响必须与随着增加的浓度而更好的阻燃效果相平衡是。已经发现，在根据本发明和优选的成炭剂浓度的区间中，对于气溶胶产生制品可以发现非常好的折衷。
19、优选地，在热负荷之后，拉伸强度rt不应降至低于某一值，从而可以在使用期间和使用之后无麻烦处理气溶胶产生制品。优选地，在热负荷之后，包装纸在纵向方向上的拉伸强度rt为至少8n/15mm且至多50n/15mm，特别优选为至少10n/15mm且至多40n/15mm。
20、根据本发明人的发现，重要的是知道成炭剂如何分布在包装纸的厚度上。通常，如果成炭剂基本上均匀地分布在包装纸中，则实际上可以获得良好的阻燃效果。然而，在优选实施例中，包装纸被设计成使得包装纸面对气溶胶产生材料的一侧包含比包装纸的另一侧更高比例的成炭剂。面对气溶胶产生材料的一侧通常暴露于较高的热负荷。因此，在包装纸的这一侧上较高含量的成炭剂可对阻燃效果作出特别良好的贡献。以这种方式，可以降低包装纸中成炭剂的比例而不损失阻燃效果，并且因此对于相同的基重，可以增加包装纸中纸浆纤维的比例，从而总体上增加包装纸的强度。或者，在成炭剂在包装纸中的这种优选分布下，基重也可以减少，而不会损失阻燃效果，这降低了材料要求。
21、成炭剂在包装纸中的分布可以受到制造过程的影响，如下面进一步解释的。
22、优选地，成炭剂基本上均匀地分布在包装纸的至少70％的表面积上，特别优选地分布在至少95％的表面积上，其中成炭剂在这些表面积内的比例变化仅由制造引起，但不是预期的。
23、成炭剂的缺点可能是它使包装纸变色，以使其在热负荷下变暗。通过将根据本发明的包装纸与另一纸层结合，例如通过胶合，使得根据本发明的包装纸面对气溶胶产生材料，并且该另一纸层位于背离气溶胶产生材料的一侧，可以克服该缺点。在热负荷下，该另一纸层覆盖包装纸，使得从外部可见的颜色不会或仅不会显著改变。
24、优选地，包装纸因此与纸层结合。特别优选地，该纸层包含纸浆纤维和碳酸钙颗粒，其中碳酸钙颗粒占纸层质量的至少15％且至多40％。碳酸钙颗粒为纸层提供白色和高不透明度，使得根据本发明的包装纸的变色不是可见的或仅是轻微可见的。应该注意的是，具有作为整体的另一纸层的包装纸也可以被描述为“两层包装纸”，但在此避免了这种指定。相反，在本公开的语言中，这种双层结构被称为“具有另一纸层的包装纸”，因为只有被称为“包装纸”的一部分双层结构需要满足关于纸浆纤维、成炭剂和拉伸强度的商的上述要求。
25、除了纸浆纤维和成炭剂之外，根据本发明的包装纸还可以包含其它组分。这包括，例如，填充材料、施胶剂、湿强剂、添加剂、加工助剂、湿润剂和调味剂。本领域技术人员可以根据经验选择这些组分。特别地，湿强剂可有助于气溶胶产生制品的应用，因为在气溶胶产生制品的使用期间形成的气溶胶具有高水分含量。包装纸可吸收来自气溶胶的水，因此其强度降低。这可以通过使用湿强剂来防止。
26、包装纸中的填充材料可有助于减少包装纸的变色。然而，填充材料也降低了包装纸的拉伸强度，因此它们的比例不应太高。优选地，包装纸中填充材料的比例因此为至少0％且至多20％，特别优选至少0％且至多10％，特别是至少0％且至多5％，各自相对于包装纸的质量。
27、填充材料选自碳酸钙、碳酸镁、二氧化钛、氧化镁、氢氧化镁、氢氧化铝、高岭土、滑石及其混合物。次优选地，填充材料是碳酸盐。
28、在优选的实施方案中，包装纸另外含有淀粉或淀粉衍生物，或用淀粉或淀粉衍生物涂覆。在该优选实施方案中，淀粉或淀粉衍生物的比例为包装纸的质量的至少2％且至多10％。该优选的实施方案提供了作为附加优点的对油渗透的抗性。气溶胶产生材料可以包含油，例如调味剂，其在气溶胶产生制品的储存或使用期间穿透包装纸并引起污渍。可以根据tappi t559 cm-12测定对油渗透的抗性，并以kit水平给出。在该优选实施方案中，kit水平为至少4且至多8。
29、包装纸的基重可以变化，其中较高的基重通常也意味着较高的拉伸强度。然而，对于较高的基重，包装纸变得更硬和更难以加工，并且材料需求增加。优选地，根据本发明的包装纸的基重因此为至少15g/m2且至多80g/m2，特别优选至少20g/m2且至多60g/m2。包装纸的基重可以根据iso 536:2019测定。
30、包装纸的厚度主要影响包装纸内的抗弯刚度和热传递。高抗弯刚度是有利的，因为由包装纸制造的气溶胶产生制品变形较小，但是另一方面，高抗弯刚度可能由于当气溶胶产生材料要用包装纸包装时的恢复力而引起问题。高厚度减慢了通过包装纸的热传递，并且为此也是有利的。优选地，根据本发明的包装纸的厚度为至少25μm且至多100μm，特别优选至少40μm且至多80μm。可以根据iso 534:2011在单个层上测定厚度。
31、沿纵向方向测量的包装纸的初始拉伸强度r0优选为至少10n/15mm且至多100n/15mm，特别优选为至少20n/15mm且至多80n/15mm。通过高比例的纸浆纤维可以获得高拉伸强度。但这也意味着更高的材料要求，因此不能感觉到希望获得特别高的拉伸强度。优选的区间允许无故障加工性和材料要求的特别有利的组合。可以根据iso1924-2:2008测定拉伸强度。
32、气溶胶产生材料通常包含湿润剂，从而在加热期间，产生的气溶胶具有相对高的水分含量。这种湿气可以降低包装纸的强度，因此如果包装纸也具有合适的湿强度是有利的。因此，纵向方向上的湿拉伸强度优选为至少1n/15mm且至多10n/15mm，特别优选为至少2n/15mm且至多8n/15mm。可以根据iso 12625-5:2016测定沿纵向方向的湿拉伸强度。
33、包装纸的透气性可以是低的。通常可以通过更强烈地精制纸浆纤维来获得低透气性。这也有助于强度的增加，使得优选地，透气性为至少0cm3/(cm2·min·kpa)且至多50cm3/(cm2·min·kpa)，特别优选地至少0cm3/(cm2·min·kpa)且至多20cm3/(cm2·min·kpa)。可以根据iso2965:2019测量透气性。
34、如果根据本发明的包装纸在气溶胶产生制品上从外部是可见的，则光学性质可能是重要的。通常，需要高不透明度和高亮度。包装纸中填充材料的类型和量可显著影响这两种性能。优选地，不透明度为至少40％且至多90％，特别优选至少45％且至多80％。优选地，亮度为至少80％且至多95％，特别优选至少83％且至多90％。
35、可以根据现有技术中已知的方法由根据本发明的包装纸制造气溶胶产生制品。因此，根据本发明的气溶胶产生制品包含气溶胶产生材料和根据前述实施方案中的一个的包装纸，其中所述包装纸包装气溶胶产生材料。
36、在气溶胶产生制品的优选实施方案中，所述成炭剂在包装纸的一侧上的比例高于另一侧上的比例，并且成炭剂比例较高的一侧面对气溶胶产生材料。
37、根据本发明的包装纸可有利地用于气溶胶产生制品，为此，根据本发明的包装纸在气溶胶产生制品中的使用也是本发明的目的。
38、根据本发明的包装纸可以根据以下根据本发明的方法制造，包括步骤a至g。
39、a–将纸浆纤维悬浮在水性悬浮液中，
40、b–在精制单元中精制悬浮的纸浆纤维，
41、c–将所述悬浮液施加至运行网幅，
42、d–通过使悬浮液脱水形成纤维网，
43、e–压制纤维网，
44、f–干燥纤维网，
45、g–卷起包装纸，其中
46、在步骤f与g之间，将包含成炭剂的至少一种组合物施加到纤维网上并且干燥纤维网以形成包装纸，并且其中来自步骤g的包装纸包含纸浆纤维和成炭剂，并且纸浆纤维占包装纸的质量的至少70％并且至多95％，并且成炭剂占包装纸的质量的至少5％并且至多20％，并且其中所述成炭剂以一定浓度包含在所述包装纸中，使得根据iso1924-2:2008在iso 187:1990的条件下测量的拉伸强度r0与在所述包装纸已经暴露于230℃的温度1分钟时长之后根据iso 1924-2:2008在iso 187:1990的条件下测量的拉伸强度rt的商r＝rt/r0为至少0.20且至多0.90。
47、优选地，将包含成炭剂的组合物施加到纤维网的步骤通过以下步骤中的一个或两个以上的组合来进行：
48、f.1将包含成炭剂的组合物施加到造纸机的施胶机中的纤维网上，
49、f.2在膜压机中或在造纸机的涂布单元中将包含成炭剂的组合物单面施加到纤维网，以及
50、f.3通过印刷，特别是轮转凹版印刷或喷涂将包含成炭剂的组合物单面施加到纤维网上。
51、在这点上，步骤f.1在施胶机中进行，因此纤维网用包含成炭剂的组合物浸渍。这种变化提供了可以容易地实现的优点。它通常导致成炭剂在包装纸的厚度上基本上均匀分布，从而需要相对更多的成炭剂以获得所需的效果。然而，事实上也可以在该步骤中调节施胶机的设置，使得成炭剂在纤维网的厚度上不均匀地分布，从而在包装纸的厚度上不均匀地分布。
52、根据步骤f.2，将包含成炭剂的组合物在膜压机中或在涂布单元中施加到纤维网的一侧。这导致成炭剂在包装纸厚度上的不均匀分布，并且通过在包装纸中较小比例的成炭剂可以获得高阻燃效果。
53、根据步骤f.3，通过印刷或喷涂将包含成炭剂的组合物施加到纤维网的一侧，其中在特别优选的实施方案中，通过轮转凹版印刷单元将组合物印刷在纤维网的一侧上。在这点上，纤维网优选在步骤f.3之前干燥、卷起和展开。在卷起状态下，纤维网然后可以被输送到另一个装置，在该装置上可以通过印刷或喷涂进行组合物的施加。虽然步骤f.1和f.2通常可以在制造包装纸的相同造纸机上进行，但是根据步骤f.3的应用通常在单独的装置中进行。
54、在高度特别优选的实施方案中，将步骤f.1和f.3组合，使得首先在步骤f.1中，在施胶机中用包含成炭剂的组合物浸渍纤维网，并且在步骤f.3中，在轮转凹版印刷单元中在纤维网的一侧上印刷包含成炭剂的另外的组合物。在该高度特别优选的实施方案中，成炭剂既分布在包装纸中，又以较高的浓度存在于包装纸的一侧，因此阻燃效果可显著进一步增加。
55、在另一高度特别优选的实施方案中，将步骤f.1和f.2组合，其中步骤f.1在施胶机中进行，并且步骤f.2在涂布单元中进行。在这个高度特别优选的实施方案中，包装纸可以特别有效地制造，因为例如所有的应用装置都可以集成到一个造纸机中。
56、独立于使用步骤f.1、f.2或f.3中的一个或多个，优选将包含成炭剂的组合物施加到包装纸的至少70％的表面积上，特别优选施加到包装纸的至少95％的表面积上。
57、在步骤f.1、f.2或f.3中使用的组合物包含成炭剂和溶剂，其中溶剂优选为水。成炭剂在组合物中的量可以变化，并且取决于应用过程的类型、成炭剂在包装纸中的施用量和所需量。本领域技术人员将能够考虑这些因素来确定合适的组合物，并能够相应地设计应用过程。
58、在高度特别优选的实施方案中，进行步骤f.1和f.2中的一个，然后将纤维网干燥、卷起和再次展开，然后进行步骤f.3，其中在步骤f.3之前处于干燥、卷起状态的纤维网包含成炭剂，成炭剂的量优选为为该干燥和卷起状态的纤维网质量的至少5％且至多10％。
59、如果步骤f.1、f.2和/或f.3以任何形式组合，则在步骤f.1、f.2和/或f.3中施加的包含成炭剂的组合物可以是不同的。
60、在步骤g之后的包装纸中，纸浆纤维占包装纸的质量的至少70％且至多95％。为了在纸浆纤维与成炭剂之间获得甚至更好的比率，纸浆纤维的比例可以优选地是至少75％且至多90％，并且特别优选地是至少80％且至多90％，各自相对于在步骤g之后的包装纸的质量。
61、步骤a中的纸浆纤维优选地来源于一种或多种植物，所述植物选自针叶树、落叶树、云杉、松树、冷杉、山毛榉、桦树、桉树、亚麻、汉麻、黄麻、苎麻、马尼拉麻蕉、剑麻、洋麻和棉花。纸浆纤维也可以全部或部分地由再生纤维素产生的纤维形成，例如tenceltm纤维、lyocelltm纤维、粘胶纤维或modaltm纤维。
62、优选地，步骤a中的纸浆纤维由来自针叶树的纸浆纤维以相对于纸浆纤维的质量至少40％且至多100％的比例形成，因为这些纸浆纤维为步骤g中的包装纸提供高的初始强度。
63、在步骤g之后的包装纸包含成炭剂，其中成炭剂占包装纸的质量的至少5％且至多20％。优选地，在步骤g之后，成炭剂在包装纸中的比例为包装纸的质量的至少9％且至多16％。
64、优选地，成炭剂是磷酸铵，特别优选磷酸一铵、磷酸二铵、磷酸三铵或多磷酸铵或其混合物。次优选地，成炭剂是磷酸胍脲、磷酸胍、磷酸、膦酸盐、磷酸三聚氰胺、双氰胺、硼酸或硼砂。这些次优选的化合物较难以加工或在毒理学上不是完全无问题的。同时，多磷酸钠是成炭剂，但不是根据本发明的。
65、在优选的实施方案中，在步骤g之后，包装纸是根据前述实施方案之一的包装纸。