BR112016022615B1

BR112016022615B1 - Método para a produção de um papel de revestimento de boquilha de difusão otimizada para artigos a serem fumados

Info

Publication number: BR112016022615B1
Application number: BR112016022615-1A
Authority: BR
Inventors: Michael Lindner
Original assignee: Tannpapier Gmbh
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2021-10-05
Also published as: JP6606510B2; US20170020184A1; ZA201607535B; AT515408A4; EA031890B1; EA031890B9; ES2690851T3; HK1226028B; CL2016002388A1; EP3125702A2; MY194300A; MX367849B; PH12016501827A1; AT515408B1; AR099885A1; CN106132647B; CN106132647A; US11653694B2; WO2015149103A3; EA201691709A1

Abstract

processo para a produção de um papel de revestimento de boquilha de difusão optimizada para artigos a serem fumados, e dispositivo para a perfuração de uma folha contínua de papel de revestimento de boquilha. a presente invenção se refere a um processo para a produção de um papel de revestimento de boquilha (4) de difusão otimizada para artigos a serem fumados, particularmente para cigarros com filtro, por meio da perfuração de plasma da folha contínua de papel de revestimento de boquilha (4) para efeitos da redução máxima de monóxido de carbono, em que a difusividade e a permeabilidade p do papel de revestimento de boquilha (4) perfurado são medidas em linha e a difusividade é maximizada por meio da regulação dos parâmetros de perfuração mediante cumprimento constante da permeabilidade de referência psoll especificável.

Description

[001] A presente invenção se refere a um processo de regulação para a perfuração de papéis de revestimento de boquilha para alcançar uma redução máxima de monóxido de carbono, assim como a um papel de revestimento de boquilha produzido de acordo com o referido processo.

[002] A redução da concentração de CO durante o consumo de um cigarro por um lado ocorre por meio da chamada diluição do fumo, que ocorre por meio da introdução de ar no interior do cigarro através da extremidade do rolo de tabaco, dos poros no papel de cigarro e no papel de revestimento ou adicionalmente por meio de orifícios realizados por perfuração e, por outro lado, por meio da difusão do monóxido de carbono através dos poros ou através dos orifícios realizados por perfuração a partir do interior do cigarro até ao respectivo exterior. A difusão do monóxido de carbono ocorre por meio dos mesmos poros e orifícios que a introdução de ar, contudo na direção oposta. A difusão do monóxido de carbono para o exterior pode ser entendida como troca gasosa, considerando que no referido processo gases tais como oxigênio, nitrogênio, etc. são difundidos no interior do cigarro. A diluição do fumo por meio da introdução de ar frequentemente é igualmente designada por ventilação, em que em função da parte do cigarro através da qual o ar penetra no interior do cigarro, se distingue entre a ventilação do filtro e a ventilação do rolo de tabaco.

[003] Essencial para o grau de diluição é a resistência ao estiramento do cigarro. Isto determina quão elevado é fluxo volumétrico de ar fresco, que durante o consumo do cigarro é aspirado através dos poros e dos orifícios do cigarro. A proporção entre o fluxo volumétrico de ar fresco através dos poros e dos orifícios das partes individuais do cigarro e o fluxo volumétrico total através da extremidade do cigarro voltada para a boca é designada por grau de ventilação, em que também neste caso se volta a distinguir entre um grau de ventilação do filtro e um grau de ventilação do rolo de tabaco.

[004] No caso dos cigarros acabados é desejável que estes apresentem uma diluição ou uma resistência ao estiramento ou um grau de ventilação homogêneo, considerando que o grau de ventilação pode influenciar e alterar significativamente o sabor do cigarro.

[005] O grau de ventilação é gerado em função da permeabilidade (penetrabilidade) do papel de cigarro e do papel de revestimento de boquilha. Por conseguinte, é necessário manter constante a permeabilidade do papel de cigarro e do papel de revestimento de boquilha durante a respectiva produção.

[006] Para se poder ajustar uma permeabilidade constante independentemente de propriedades tais como a porosidade (relação do volume de espaço oco para o volume total) do papel de base usado, o papel de base para o papel de revestimento de boquilha é provido de uma perfuração ajustável adicional.

[007] Um cigarro com filtro convencional ou igualmente um revestimento de cigarro convencional (“cigarette tube”) além do rolo de tabaco e do filtro é constituído pelo papel de cigarro que envolve o rolo de tabaco, pelo papel de revestimento do filtro altamente poroso e pelo papel de revestimento de boquilha. Um papel de filtro altamente poroso é necessário para o uso de papel de revestimento de boquilha perfurado offline ou pré-perfurado. O papel de revestimento de boquilha, frequentemente igualmente designado por “papel tipping” ou de forma abreviada por “tipping”, envolve o filtro e o papel de revestimento do filtro. É o componente do cigarro com filtro, que durante o consumo do cigarro com filtro entra em contato com os lábios da pessoa que está a fumar o cigarro. Geralmente o papel de filtro na direção longitudinal do cigarro com filtro se projeta igualmente ligeiramente na região longitudinal do rolo de tabaco, envolvendo o papel de cigarro e estando ligado a este por meio de uma união colada. Devido à produção desta união colada na máquina de produção de cigarros o componente de filtro e o componente do rolo de tabaco são mecanicamente ligados. O papel tipping na maior parte dos casos é mesmo um papel, podendo ser por exemplo um filme ou uma película. No caso da realização do papel tipping como filme ou como película pode ser constituído por exemplo por celofane. Geralmente o papel de filtro apresenta uma impressão opticamente apelativa. Esta impressão frequentemente faz lembrar a cortiça.

[008] Na extremidade próxima do rolo de tabaco geralmente o papel de revestimento de boquilha é realizado de forma parcialmente perfurada de modo que durante o consumo do cigarro penetra ar do meio ambiente no filtro para aí se misturar com o fluxo de fumo proveniente do rolo de tabaco, pelo que são vantajosamente alterados os valores de fumo.

[009] Geralmente o papel de filtro é perfurado após a impressão para evitar que os orifícios de perfuração voltem a ser fechados pela impressão.

[010] Considerando que o papel de revestimento do filtro disposto por baixo do papel de revestimento de boquilha é realizado de forma altamente porosa, a permeabilidade total ou residual do cigarro na região do filtro é limitada pela porosidade do papel de revestimento de boquilha. A porosidade do papel de revestimento de boquilha pode ser ajustada por meio da dimensão de orifício ou do número de orifícios produzidos por perfuração.

[011] Por conseguinte, mediante o conhecimento dos restantes parâmetros do cigarro (porosidade do papel de cigarro, papel de revestimento do filtro, resistência ao estiramento do rolo de tabaco e do filtro...) e de um valor alvo especificado para o grau de ventilação ou os valores de fumos do cigarro pode ser especificado um valor de referência para a permeabilidade do papel de revestimento de boquilha. Os valores alvo para o grau de ventilação e dos valores de fumos geralmente são especificados pelo produtor de cigarros, para que subsequentemente possa ser determinado o valor de referência para a permeabilidade pelo produtor do papel de revestimento de boquilha e possa ser considerado durante a produção do papel de revestimento de boquilha.

[012] De acordo com o estado da técnica existem processos, que servem para regular a permeabilidade do papel de revestimento de boquilha no valor de referência especificado por perfuração.

[013] A EP 0056223 A2 apresenta um processo para a regulação de dispositivos de perfuração elétricos, em que a permeabilidade da folha contínua de papel é determinada pela proporção de uma onda eletromagnética (por ex. luz visível) penetrada ou reflectida, que está orientada sobre a folha contínua de papel perfurada. O desvio do valor real em relação ao valor de referência da permeabilidade é usado para a regulação da energia de faíscas.

[014] A DE 3016622 A1 apresenta um processo para a regulação de dispositivos de perfuração elétricos, em que é medida a permeabilidade da folha contínua de papel. O valor de medição obtido desta forma é usado para regular a dimensão de orifício ou o número de orifícios da perfuração por meio da frequência e da duração das descargas e/ou das velocidades da folha contínua.

[015] A DE 2833527 A1 apresenta um processo para a regulação de dispositivos de perfuração elétricos, em que é medida a permeabilidade da folha contínua de papel. O valor de medição obtido desta forma é usado para regular a dimensão de orifício da perfuração por meio da frequência das descargas. Isto pode ser realizado pelo fato de no caso de uma frequência suficientemente elevada serem realizadas várias descargas sucessivas através do mesmo orifício de perfuração e por o referido orifício ser ligeiramente alargado a cada descarga. Para o resfriamento dos elétrodos está previsto ser injetado ar comprimido na direção das respectivas extremidades.

[016] A DE 2802315 A1 apresenta um processo para o controle de dispositivos de perfuração elétricos, em que é medida a porosidade da folha contínua de papel em um dispositivo de verificação. O valor de medição obtido desta forma é usado para controlar a dimensão de orifício da perfuração por meio da frequência das descargas ou para desconectar pares de elétrodos individuais, para desta forma controlar o número de orifícios de perfuração.

[017] No caso dos dispositivos de perfuração e dos processos de regulação de acordo com o estado da técnica até ao momento não se considerou o efeito da perfuração sobre a difusão de monóxido de carbono. A razão para isto pode residir no fato de até ao momento prevalecer a opinião de que a perfuração não tem nenhuma influência sobre a difusão de monóxido de carbono ou de que esta não pode ser influenciada pela perfuração, quando se pretende ajustar uma permeabilidade constante.

[018] Considerando que a redução de monóxido de carbono representa um aspecto essencialmente relacionado com a saúde, foi uma preocupação da requerente, investigar os efeitos da perfuração sobre a difusão de monóxido de carbono e desenvolver um papel de revestimento de boquilha de difusão otimizada.

[019] A presente invenção tem por objetivo divulgar um processo melhorado para a perfuração do papel de revestimento de boquilha, em que se pretende maximizar a redução de monóxido de carbono no fumo mediante uma permeabilidade constante do papel de revestimento de boquilha.

[020] Para alcançar o objetivo acima referido é sugerido realizar a perfuração do papel de revestimento de boquilha sob a forma de folha contínua de papel ou de película em um dispositivo de perfuração regulado, em que a difusividade e a permeabilidade do papel de revestimento de boquilha perfurado são determinadas em linha, quer dizer diretamente na máquina de perfuração e a difusividade é maximizada por meio da regulação dos parâmetros de perfuração mediante cumprimento constante da permeabilidade especificável.

[021] Uma possibilidade reside no fato de medir a dimensão de orifício dos orifícios do papel de revestimento de boquilha gerados por perfuração e de regular os parâmetros de perfuração de forma que se ajusta a dimensão de orifício para a difusão máxima de monóxido de carbono. A permeabilidade do papel de revestimento de boquilha é mantida constante pelo fato de o número dos orifícios de perfuração ser ajustado ou regulado em função da dimensão de orifício que se ajusta.

[022] Por meio do referido processo de regulação de duas etapas é alcançada a maximização da difusão de monóxido de carbono por perfuração e é mantida constante a permeabilidade.

[023] Conforme teoricamente explicado em seguida, a requerente verificou que a difusão de monóxido de carbono é máxima quando o diâmetro de orifício dos orifícios de perfuração individuais é mínimo. Considerando que o diâmetro de orifício por motivos técnicos não pode ser realizado de forma arbitrária, o processo de acordo com a presente invenção reside no fato de o diâmetro de orifício ser regulado para o diâmetro de orifício mínimo alcançável em função de cada caso de aplicação e de o número de orifícios de perfuração ser ajustado a este, para alcançar a permeabilidade necessária.

[024] A vantagem em comparação com o estado da técnica é que é alcançada uma redução máxima de monóxido de carbono mediante cumprimento das especificações para a permeabilidade. Por conseguinte a concentração do monóxido de carbono indesejado é largamente reduzida sem influenciar o sabor e a resistência ao estiramento do cigarro.

[025] A melhor forma de realização do processo de regulação de acordo com a presente invenção é o uso do processo de perfuração de plasma desenvolvido pela requerente. Por meio da perfuração de plasma por um lado são possíveis diâmetros de orifício extremamente pequenos e, por outro lado, esta permite uma regulação muito específica e rápida dos parâmetros de perfuração.

[026] Em seguida a presente invenção é evidenciada com base nas Figuras:

[027] Fig. 1: apresenta a relação teórica do raio de orifício r da perfuração e da superfície A disponível para a difusão em função do número de orifícios N mediante permeabilidade P constante.

[028] Fig. 2: apresenta a estrutura de uma cabeça de perfuração de plasma exemplificativa em uma vista em corte.

[029] Fig. 3: apresenta a estrutura de uma cabeça de perfuração de plasma exemplificativa adicional em uma vista em corte.

[030] Fig. 4: apresenta a estrutura de uma cabeça de perfuração de plasma exemplificativa adicional em uma vista em corte com um laser como fonte de energia.

[031] Fig. 5: apresenta a estrutura esquemática de uma primeira variante da regulação de acordo com a presente invenção.

[032] Fig. 6: apresenta a estrutura esquemática de uma segunda variante da regulação de acordo com a presente invenção.

[033] Fig. 7: apresenta a estrutura esquemática de um dispositivo de perfuração de acordo com a presente invenção com representação esquemática da regulação.

[034] Em primeiro é explicada a base física teórica, sem se limitar à teoria.

[035] A redução de monóxido de carbono é realizada por meio da diluição do fluxo de fumo e por meio de difusão. A redução de monóxido de carbono por diluição do fluxo de fumo é determinada pela permeabilidade P do cigarro, pelo que no caso de uma permeabilidade P constante especificada a maximização da redução de CO tem de ser realizada por meio da maximização da difusão.

[036] Antes de a solução ser apresentada em uma base matemática, a possibilidade para a maximização da difusividade mediante permeabilidade P constante é descrita por meio das relações físicas. Por permeabilidade no âmbito do presente documento se deve entender a penetrabilidade do papel de revestimento de boquilha devido a uma diferença de pressão. A diferença de pressão é gerada pela sucção no cigarro. Neste caso, grosso modo, a permeabilidade é uma medida que reflete a quantidade de ar fresco aspirado para o interior do cigarro pela perfuração do papel de revestimento de boquilha. Quanto menores são os orifícios de perfuração no caso de uma densidade ou de um número de orifícios constantes, maior é a resistência ao estiramento que estes geram e, por conseguinte, quanto menores os orifícios, menor é a permeabilidade. Por densidade de orifícios se deve entender o número de orifícios por unidade de superfície.

[037] Por difusividade no âmbito do presente documento se deve entender a capacidade de passagem do papel de revestimento de boquilha devido a uma diferença de concentração. Neste caso a concentração de monóxido de carbono durante o consumo do cigarro no cigarro é maior que no ar ambiente. A difusão de monóxido de carbono é realizada na direção oposta do fluxo de ar fresco de dentro para fora. A amplitude da difusão além da diferença de concentração varia em função da superfície A, que está disponível para a difusão.

[038] Neste caso muitos orifícios pequenos, que apresentam a mesma permeabilidade P que poucos orifícios grandes, no total apresentam uma superfície A maior que os poucos orifícios grandes. Por conseguinte, a difusão pode ser maximizada por meio da perfuração com uma quantidade tão elevada quanto possível de orifícios pequenos mediante permeabilidade P constante.

[039] A permeabilidade P do papel de revestimento de boquilha pode ser alterada por meio dos parâmetros dimensão de orifício e número de orifícios da perfuração. A permeabilidade P neste caso pode ser determinada aproximadamente por meio da fórmula

[040] n descreve a viscosidade dinâmica do ar. n é o número de orifícios. r é o raio de orifício. d é a espessura do papel. Δp é a diferença de pressão entre o lado externo e o lado interno do papel e v é um exponente de permeabilidade determinado empiricamente, que varia em função do processo de perfuração.

[041] A taxa de difusão de monóxido de carbono do cigarro resulta aproximadamente do produto do coeficiente de difusão de monóxido de carbono no ar e da superfície A disponível para a difusão. Para esta observação é suficiente reter que a taxa de difusão aumenta, à medida que aumenta a superfície A disponível para a difusão. Esta superfície A resulta da superfície de um orifício vezes o número de orifícios n

[042] Por conseguinte, no caso de uma permeabilidade P constante a relação do número de orifícios n para o raio de orifício r deve ser selecionada de forma que o total das superfícies de orifícios é máximo. Na Fig. 1 é apresentada a relação da permeabilidade P, do raio de orifício r, do número de orifícios n e da superfície de difusão A. No caso de um valor constante da permeabilidade P o raio r dos orifícios diminui à medida que aumenta o número de orifícios n. Inversamente, a superfície de difusão A 12aumenta à medida que aumenta o número de orifícios n e diminui o raio de orifício r. Por conseguinte, para maximizar a difusão de dióxido de carbono através do papel de revestimento de boquilha é necessário maximizar o número de orifícios ou minimizar a dimensão de orifício.

[043] O factor limitador neste âmbito é a dimensão de orifício, considerando que esta em função do processo de perfuração e do tipo de papel de revestimento de boquilha usado é condicionada tecnicamente e não pode ser realizada de forma arbitrariamente pequena. Contudo é possível regular os parâmetros de perfuração de forma a ajustar o diâmetro de orifício mínimo alcançável Dmin.

[044] Considerando que o referido diâmetro de orifício mínimo alcançável Dmin varia em função de uma pluralidade de parâmetros (espessura do papel d, revestimento e tipo do papel, umidade do ar, pressão do ar, desvios da potência da fonte de energia...) de acordo com a presente invenção está previsto medir o diâmetro de orifício D em linha com meios ópticos e usar os valores de medição para a regulação dos parâmetros de perfuração (potência da fonte de energia, duração do impulso de energia, distância da fonte de energia em relação à folha contínua de papel, tipo, quantidade e pressão da alimentação de gás, velocidade da folha contínua de papel.).

[045] O número de orifícios de perfuração é adaptado ao diâmetro de orifício mínimo alcançável Dmin. Isto pode ser realizado por cálculo ou por medição óptica da permeabilidade P da folha contínua de papel perfurada.

[046] Por cálculo o número de orifícios n resulta da fórmula seguinte

[047] A permeabilidade de referência Psoll pode ser indicada indiretamente por meio do grau de ventilação ou por meio dos valores de fumos pelo produtor de cigarros. n, Δp e v são constantes ou variam em função do processo de perfuração usado. O número de orifícios n necessário pode ser calculado durante a medição da espessura do papel d e do raio de orifício r ou do diâmetro de orifício D (D=2r).

[048] Preferencialmente em um segundo circuito de regulação adicional é medida a permeabilidade P do papel perfurado e correspondentemente regulado o número de orifícios n, para manter a permeabilidade P no valor de referência.

[049] A forma de realização com dois circuitos de regulação independentes é possível quando os parâmetros de perfuração para a regulação da dimensão de orifício não têm nenhuma influência sobre o número de orifícios n e inversamente o número de orifícios n não tem nenhuma influência sobre o diâmetro de orifício D.

[050] O número de orifícios n no caso de uma pluralidade de cabeças de perfuração pode ser ajustado pelo fato de não ser aplicado nenhum impulso de energia em cabeças de perfuração individuais. No caso de uma cabeça de perfuração individual o número de orifícios n pode ser regulado pelo número ou pela frequência dos impulsos de energia.

[051] Na Fig. 2 é representada uma cabeça de perfuração de plasma de acordo com a presente invenção para a perfuração de plasma de uma folha contínua de papel, particularmente de uma folha contínua de papel de revestimento de boquilha ou de um papel de revestimento de boquilha 4. Em pelo menos um lado plano do papel de revestimento de boquilha 4 está disposta uma fonte de energia de superfície tão pequena quanto possível. Neste exemplo como fonte de energia é usado um elétrodo 2 acicular, mais precisamente uma aplicação breve de uma tensão elevada (tensão alternada ou tensão contínua) entre dois elétrodos 2, 5. A perfuração pode ser realizada em uma atmosfera normal ou em uma atmosfera de gás específica tal como uma atmosfera de gás de proteção ou uma atmosfera com uma composição de gás definível. Neste caso a atmosfera pode apresentar uma pressão normal ou uma pressão superior ou inferior em relação à pressão ambiente (pressão do ar).

[052] Preferencialmente a composição de gás pode ser alterada diretamente no local do plasma independentemente da atmosfera ambiente.

[053] Para este efeito o elétrodo 2 preferencialmente está disposto em um tubo 1. O tubo 1 serve para o transporte de um gás ou de uma mistura de gás sob pressão. Para uma melhor compreensão o fluxo de gás é evidenciado por setas nas Figuras. Na extremidade dianteira do tubo 1 se encontra um bico 1.1. Este bico 1.1 está instalado concentricamente em volta do elétrodo 2 na região da respectiva ponta voltada para o papel de revestimento de boquilha 4. Por conseguinte, através do espaço oco 1.2 circundado pelo tubo 1 e pelo bico 1.1 é introduzido um gás ou uma mistura de gás sob pressão de forma anular em volta do elétrodo 2 na direção do papel de revestimento de boquilha 4. No outro lado do papel de revestimento de boquilha 4 se pode encontrar um contra-elétrodo 5 igualmente realizado de forma acicular ou um contra-elétrodo 5 conforme apresentado na Fig. 3.

[054] Pelo fato de ser introduzido um gás ou uma mistura de gás com uma concentração elevada de gás inerte através do espaço oco 1.2, no centro deste fluxo de gás, quer dizer diretamente antes da ponta do elétrodo 2 para o papel de revestimento de boquilha 4 permanece uma região estreita com uma composição de gás diferente. Nesta região a concentração de gás inerte é um pouco mais reduzida que no fluxo direto do bico 1.1. Por conseguinte, é mais fácil ionizar o gás nesta região e, por conseguinte, gerar um plasma 3 localmente limitado, que finalmente gera um orifício no papel de revestimento de boquilha 4 por sublimação. Considerando que já existe uma concentração elevada de gás inerte no e no sobretudo em volta do plasma 3, é impedida a oxidação na superfície do papel de revestimento de boquilha 4, pelo que podem ser evitados vestígios de queima no bordo do orifício. Devido a uma forma de realização estreita ou ligeiramente mais larga do bico 1.1 ou devido à alteração da distância, com a qual o elétrodo 2 se projeta a partir do bico 1.1, a extensão da região com uma concentração reduzida de gás inerte e, por conseguinte, do plasma 3 pode ser aumentada ou diminuída.

[055] Preferencialmente no processo de regulação de acordo com a presente invenção, além da frequência, da duração e da amplitude dos impulsos de tensão entre os elétrodos 2, 5 pode ser regulado pelo menos um dos parâmetros seguintes:- o diâmetro de abertura do bico;- a distância entre o bico e a ponta doelétrodo;- a distância do elétrodo em relação à folhacontínua de papel;- a velocidade da folha contínua;- a pressão de gás;- a composição de gás;- o débito de gás.

[056] No caso da disposição convencional de uma pluralidade de elétrodos agulha 2 preferencialmente pode ser regulado o diâmetro de abertura do bico e/ou a distância entre o bico e a ponta do elétrodo, considerando que estas alterações são realizadas diretamente no local do efeito do plasma e, por conseguinte, pouco depois da perfuração.

[057] Além disso estes dois parâmetros em cada elétrodo 2 podem ser ajustados individualmente, independentemente dos outros elétrodos 2, pelo que cada elétrodo 2 individual pode ser regulado no diâmetro de orifício mínimo alcançável Dmin para si.

[058] A Fig. 4 apresenta uma cabeça de perfuração de acordo com a presente invenção preferida com um feixe de laser 6 como fonte de energia. A perfuração pode ser realizada em uma atmosfera normal ou em uma atmosfera de gás específica tal como uma atmosfera de gás de proteção ou uma atmosfera com uma composição de gás definível. Neste caso a atmosfera pode apresentar uma pressão normal ou uma pressão superior ou inferior em relação à pressão ambiente (pressão do ar).

[059] Preferencialmente a composição de gás pode ser alterada diretamente no local do plasma independentemente da atmosfera ambiente.

[060] Para este efeito na extremidade inferior do tubo 1 por sua vez está disposto um bico 1.1. Neste bico 1.1 centralmente se encontra uma lente 7, que cumpre duas tarefas. A lente 7 por um lado serve para a focalização do feixe de laser 6 sobre a superfície do papel de revestimento de boquilha 4. Por outro lado, a lente 7 serve para influenciar o fluxo de gás do bico 1.1 de forma desejada, nomeadamente de forma que o fluxo de gás incide de forma anular em volta da lente 7. Para que o gás inerte ou a mistura de gás possam circular em volta da lente 7, esta é fixada por exemplo com fios finos no tubo 1 ou se encontra na extremidade de um condutor de fibra óptica rígido que tal como o elétrodo 2 se estende perpendicularmente no tubo 1. Neste caso o plasma 3 está limitado à região, em que a densidade de energia do feixe de laser 6 é suficiente para ionizar a mistura de gás com uma concentração suficientemente reduzida de gás inerte. No ponto focal da lente 7 a densidade de energia do feixe de laser 6 é mais elevada e também a concentração de gás inerte é mais reduzida, pelo que pode ser gerado um plasma 3 de superfície pequena, local.

[061] Preferencialmente no processo de regulação de acordo com a presente invenção, além da potência, da distância focal, da frequência, da duração e da geometria dos impulsos de laser pode ser regulado pelo menos um dos parâmetros seguintes:- o diâmetro de abertura do bico;- a distância entre o bico e a lente, ou pontade condutor de fibra óptica;- a velocidade da folha contínua;- a pressão de gás;- a composição de gás;- o débito de gás.

[062] Como gás inerte podem ser usados por exemplo nitrogênio (N2), árgon (Ar), hélio (Ne), néon (Ne) ou dióxido de carbono (CO2). É igualmente possível combinar tipos de gás inerte individuais uns com os outros em determinadas proporções de mistura ou deixá-los fluir através dos bicos de forma combinada para o espaço de atuação. Considerando que o gás inerte ou a mistura de gás abandonam o bico 1.1 sob pressão, a densidade do gás ou da mistura de gás na região anular em volta do elétrodo 2 ou de lente 7 é superior àquela na região imediatamente antes do elétrodo 2 ou da lente 7. Quanto mais denso é um gás, mais energia é necessária para o ionizar. Além disso são arrastados íons e elétrons pelo fluxo de gás. Também estes dois efeitos contribuem para a limitação local do plasma 3.

[063] A regulação do diâmetro de orifício D no caso da perfuração de plasma pode igualmente ser realizada quando é usado ar comprimido como mistura de gás.

[064] A Fig. 5 apresenta esquematicamente uma primeira variante de regulação de acordo com a presente invenção. Neste caso a dimensão de orifício ou o diâmetro de orifício D e o raio de orifício r que pode ser calculado através destes são regulados por meio do circuito interno dos dois circuitos de regulação representados e o número de orifícios n é regulado por meio do circuito de regulação externo.

[065] Por meio do dispositivo de medição 12 émedido o raio de orifício r ou o diâmetro de orifício D. O regulador 13 regula a variável de controle u do elemento de regulação 14, para reduzir o raio de orifício r até ao raio de orifício mínimo alcançável rmin. O raio de orifício mínimo alcançável rmin pode ser determinado por exemplo em uma fase de ajuste, em que o raio de orifício r é reduzido por meio da alteração dos parâmetros de perfuração até que o plasma produzido é demasiado fraco para perfurar um orifício no papel. O valor de referência sob a forma do raio de orifício mínimo alcançável rmin depois do ajuste é colocado um pouco acima do raio de orifício crítico, abaixo do qual a perfuração já não pode ser realizada de forma fiável.

[066] O regulador 13 fornece uma variável de controle u, que atua sobre o elemento de ajuste 14. Por meio do elemento de ajuste 14 pode ser alterada a grandeza de ajuste y tal como por exemplo a pressão de gás, a composição de gás, o diâmetro de bico ou a distância do bico em relação à ponta da fonte de energia. A alteração da grandeza de ajuste 14 gera uma alteração do plasma 3 na folha contínua de papel 4 (trajetória de regulação 11), o que tem como consequência uma alteração do raio de orifício r.

[067] O dispositivo de medição 22 mede a permeabilidade P, preferencialmente por meio de ondas eletromagnéticas conforme apresentado na EP 0056223 A2. Devido à diferença do valor medido e do valor de referência Psoll especificado é regulado o número n dos orifícios de perfuração. A variável de controle u’ faz com que sejam conectadas ou desconectadas cabeças de perfuração individuais.

[068] O dispositivo de medição 12 pode ser por exemplo uma câmera de varredura (por exemplo uma câmera CMOS ou CCD de alta resolução de um micrômetro (a laser) óptico), que está orientada sobre a folha contínua de papel e realiza registros da linha de perfuração da folha contínua de papel de forma sincronizada com o dispositivo de perfuração, de forma que a partir do registro pode ser determinado o número de orifícios de perfuração e o respectivo diâmetro de orifício D de uma linha de perfuração por análise de imagem em um sistema de processamento de dados.

[069] A Fig. 6 apresenta um circuito de regulação de uma segunda variante da regulação de acordo com a presente invenção. Neste caso, em uma etapa de ajuste, a dimensão de orifício é reduzida por meio da alteração de parâmetros de perfuração selecionados até que por exemplo apenas de 50% a 80% de todos os impulsos de energia da fonte de energia (elétrodos 2 ou feixe de laser 6) conduzem realmente a uma perfuração, em que a relação dos impulsos de energia que geram um plasma para impulsos de energia que não geram nenhuma descarga de plasma é designada por “taxa de descarga”. Subsequentemente preferencialmente são os usados outros parâmetros de regulação para regular a densidade de energia de forma que da taxa de descarga resultante é obtida a permeabilidade Psoll desejada.

[070] A minimização da dimensão de orifício na fase de ajuste pode ser realizada por exemplo pelo fato de no caso de uma potência constante da fonte de energia a pressão de gás ou a o fluxo de gás serem aumentados ou a composição de gás ser variada até ser alcançada uma taxa de descarga de 75%. Subsequentemente estes parâmetros de gás são mantidos constantes e os parâmetros da fonte de energia (por ex. duração, frequência, amplitude do impulso de energia) são regulados de forma que devido a um aumento ou a uma diminuição da taxa de descarga a permeabilidade P assume o valor de referência especificado.

[071] Quando no caso da taxa de descarga máxima a permeabilidade Psoll desejada se encontra abaixo do valor de referência, a dimensão de orifício tem de ser ligeiramente alargada em detrimento da difusividade, por exemplo por diminuição da pressão de gás, redução da proporção de gás inerte da mistura de gás ou adaptação da velocidade da folha contínua. Para a realização desta variante existe um dispositivo de medição 32, que detecta o número de orifícios n (ou a densidade de orifícios), a dimensão de orifício (raio de orifício r) e a permeabilidade P por tecnologia de medição. Os dados do dispositivo de medição são analisados em um sistema de processamento de dados e é gerada uma (ou uma pluralidade) de grandeza(s) de ajuste por meio de um regulador 13 implementado por exemplo como software.

[072] Preferencialmente por meio do sistema de processamento de dados a partir do número de orifícios n vezes a dimensão de orifício média pode ser calculada e armazenada a superfície total da perfuração, sendo que a superfície total da perfuração pode representar uma característica (superfície de difusão A) para a difusividade do papel ou a difusividade do papel pode ser calculada a partir desta.

[073] Além do número de orifícios n (ou densidade de orifícios), da dimensão de orifício (raio de orifício r) e da permeabilidade P é vantajoso detectar igualmente a espessura d da folha contínua. Preferencialmente é usado um processo sem contato para a medição contínua da espessura de papel d, sendo que os processos desta natureza são conhecidos no estado da técnica e apresentados por exemplo nos documentos US4107606 (A), EP0995076 (A1), US6281679 (B1). O dispositivo de medição para a medição da espessura de papel d neste caso, observado na direção da folha contínua, pode estar disposto antes mas igualmente depois do dispositivo de perfuração.

[074] Particularmente no caso de tipos de papel com propriedades fortemente variáveis (espessura d e permeabilidade P do papel de base ou espessura d de um revestimento) pode ser necessário realizar uma medição de permeabilidade antes do dispositivo de perfuração além da medição de espessura. Neste caso o número de orifícios de perfuração necessário para a perfuração subsequente pode ser calculado aproximadamente a partir dos parâmetros do papel e do diâmetro de orifício mínimo alcançável D e eventualmente por meio dos valores de medição de um dispositivo de medição disposto depois do dispositivo de perfuração, para a medição da permeabilidade P realmente alcançada, por adaptação da fórmula. Alternativamente a taxa de descarga pode igualmente ser regulada em função da espessura d e da permeabilidade P do papel de base.

[075] Na Fig. 7 é apresentado um dispositivo de perfuração de plasma de acordo com a presente invenção exemplificativo com uma barra com oito cabeças de perfuração e um dispositivo de medição 8. O número de oito cabeças de perfuração é usado por motivos de visibilidade, sendo que no caso de uma aplicação prática o número de cabeças de perfuração pode estar compreendido por exemplo entre 15 e 30 por barra, em que podem estar dispostas várias barras em paralelo umas em relação às outras - umas a seguir às outras e/ou umas ao lado das outras. A folha contínua de papel 4 é movida continuamente da esquerda para a direita pelo dispositivo, eventualmente com uma velocidade variável. Simultaneamente é igualmente possível conduzir duas ou mais folhas contínuas de papel a serem perfuradas, sobrepostas e, por conseguinte, conduzir várias camadas através do dispositivo de perfuração.

[076] Particularmente preferencialmente os dispositivos de medição 12, 22 são realizados como umdispositivo de medição 8, cujo sinal é analisado em um sistema de processamento de dados 9. O sistema de processamento de dados determina o raio r, o número de orifícios n e a permeabilidade P e gera as variáveis de controle u, u’ por meio de reguladores 13, 23 implementados como software. Preferencialmente é detectado o raio de orifício r ou o diâmetro de orifício D para cada cabeça de perfuração, para se poderem alterar de forma direcionada os parâmetros em cabeças de perfuração individuais ou para se poder reagir no caso em que, por exemplo devido a um desgaste, algumas cabeças de perfuração geram orifícios de perfuração significativamente maiores que outras.

[077] No sistema de processamento de dados em vez da permeabilidade de referência Psoll (em Coresta Units CU) podem igualmente ser introduzidos o grau de ventilação a ser alcançado, a resistência ao estiramento e/ou os valores dos fumos a serem alcançados. Por meio de um dispositivo de cálculo armazenado no sistema de armazenamento de dados a partir destas especificações pode ser calculada a permeabilidade de referência Psoll.

[078] Como grandezas de entrada do sistema de processamento de dados servem o raio de orifício r ou o diâmetro de orifício D, o número de orifícios n ou a densidade de orifícios e a permeabilidade P. As grandezas de entrada adicionais são a espessura de papel d, a permeabilidade P do papel de base, o tipo e a espessura de um eventual revestimento e a velocidade da folha contínua. Quando a espessura d e a permeabilidade P do papel de base ou o revestimento são constantes ao longo da totalidade da folha contínua de papel é suficiente introduzir estes dados no sistema de processamento de dados antes do início da perfuração. Sobretudo quando a permeabilidade P do papel de base ou do papel revestido é reduzida em comparação com a permeabilidade P alcançada pela perfuração, se pode prescindir da consideração da permeabilidade P do papel de base. O raio de orifício r e o número de orifícios n são detectados por tecnologia de medição pelo dispositivo de medição 8 depois do dispositivo de perfuração, sendo que preferencialmente o dispositivo de medição 8 detecta igualmente a permeabilidade P ou que o sistema de processamento de dados a partir do número de orifícios n, do raio de orifício r e da espessura d da folha contínua de papel pode calcular a permeabilidade P de acordo com esta fórmula (ou outras fórmulas):

[079] A velocidade da folha contínua serve como grandeza de entrada do sistema de processamento de dados e pode igualmente servir como grandeza de saída (grandeza de ajuste), quando a velocidade da folha contínua deve ser regulada em função das grandezas de entrada. Outras grandezas de saída (grandezas de ajuste) podem ser: a frequência, a duração e a amplitude dos impulsos de tensão entre os elétrodos 2, 5; a distância dos elétrodos em relação à folha contínua de papel; a distância entre o bico e a ponta do elétrodo; a potência, a distância focal, a frequência, a duração e a geometria dos impulsos de laser; a distância entre o bico e a lente ou o condutor óptico; a pressão de gás; o diâmetro de abertura do bico; a composição de gás; o débito de gás.

[080] A presente invenção é vantajosa em comparação com o estado da técnica, considerando que é considerada a influência da perfuração sobre a redução de monóxido de carbono por difusão, de forma que por um lado é realizada uma perfuração de difusão otimizada do papel de revestimento de boquilha e, por outro lado, é produzido um papel de revestimento de boquilha perfurado de difusão otimizada.

[081] Além disso o processo da perfuração de plasma neste âmbito é particularmente vantajoso, considerando que além dos parâmetros reguláveis clássicos de um dispositivo de perfuração (potência, duração, frequência dos impulsos de energia da fonte de energia e velocidade da folha contínua) estão disponíveis parâmetros reguláveis adicionais (pressão de gás, quantidade de gás, composição de gás, geometria de bico) por meio da alimentação direcionada de gás ou de misturas de gás, que permitem reduzir a dimensão de orifício de forma direcionada e por meio do aumento da exactidão de posicionamento dos orifícios adicionalmente possibilitada pela perfuração de plasma poder igualmente ser alcançada uma densidade de orifícios mais elevada.

Claims

1. MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UM PAPEL DE REVESTIMENTO DE BOQUILHA DE DIFUSÃO OTIMIZADA PARA ARTIGOS A SEREM FUMADOS, particularmente para cigarros com filtro, por meio da perfuração de plasma da folha contínua de papel de revestimento de boquilha (4) para efeitos da redução máxima de monóxido de carbono, caracterizado por a difusividade e a permeabilidade P do papel de revestimento de boquilha (4) perfurado serem medidas em linha e a difusividade ser maximizada por meio da regulação dos parâmetros de perfuração mediante cumprimento constante da permeabilidade de referência Psoll especificável.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela permeabilidade de referência Psoll ser especificada por meio da especificação do grau de ventilação, da resistência ao estiramento e/ou dos valores dos fumos a serem alcançados.

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pela difusividade ser determinada aproximadamente pelo fato de serem detectados o número de orifícios de perfuração ou a densidade de orifícios e/ou o diâmetro de orifício D por meio de tecnologia de medição.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela espessura do papel ser medida em linha.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelos parâmetros de perfuração serem regulados de forma que se ajusta o diâmetro de orifício mínimo alcançável Dmin e a permeabilidade P é mantida constante por meio da regulação do número de orifícios n.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo diâmetro de orifício mínimo alcançável Dmin para o papel de revestimento de boquilha (4) usado ser determinado em uma fase de ajuste por variação automática ou manual dos parâmetros de perfuração.

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo diâmetro de orifício D ser detectado por tecnologia de medição e o número de orifícios n necessário ser determinado computacionalmente, preferencialmente por meio da fórmula

8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela dimensão de orifício ser minimizada pelo fato de a densidade de energia do plasma ser reduzida até que apenas preferencialmente aproximadamente de 50% a 80% dos impulsos de energia da pelo menos uma fonte de energia conduzem a uma perfuração e, subsequentemente, os parâmetros de perfuração serem regulados de forma que, devido à alteração da densidade de energia do plasma, se ajusta o número de orifícios de perfuração ou a densidade de orifícios, na qual o valor real da permeabilidade P é igual à permeabilidade de referência Psoll.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela regulação da dimensão de orifício ser alcançada por meio de uma ou de mais das medidas seguintes: alteração da pressão de gás; alteração da quantidade de fluxo de gás; alteração da composição de gás, particularmente alteração da concentração de gás inerte; alteração da região de abertura do bico; alteração da distância com a qual a ponta da fonte de energia se projeta a partir do bico, alteração da velocidade da folha contínua.

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 e 9, caracterizado pela regulação do número de impulsos de energia da pelo menos uma fonte de energia, que conduzem a uma perfuração, ser realizada pelo fato de serem alteradas a frequência, a duração e/ou a amplitude dos impulsos de tensão nos elétrodos (2) ou de serem alteradas a potência, a distância focal, a frequência, a duração e/ou a geometria dos impulsos de luz do um ou mais feixes de laser (6).

11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pela perfuração ser realizada simultaneamente por várias cabeças de perfuração, em que é determinado o diâmetro de orifício D de cada orifício gerado, em que no sistema de processamento de dados a cada cabeça de perfuração é atribuído o diâmetro do orifício gerado por esta.

12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelos parâmetros de perfuração de um dispositivo de perfuração serem controlados por um dispositivo de medição depois do dispositivo de perfuração, conforme visto na direção da folha, que detecta a dimensão e o número ou a densidade de orifícios de perfuração e a permeabilidade P do papel de revestimento de boquilha (4), em que um sistema de processamento de dados, por meio do qual os dados do dispositivo de medição podem ser convertidos em pelo menos uma variável de controle para a regulação dos parâmetros de perfuração.

13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo papel de revestimento de boquilha no dispositivo de perfuração estar rodeado por uma atmosfera de gás, que apresenta uma percentagem maior ou menor de gás inerte e/ou uma pressão inferior ou superior em relação à atmosfera ambiente.

14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por durante a perfuração do papel de revestimento da boquilha ser introduzido um gás pressurizado ou mistura de gás concentrado em torno das fontes de energia do dispositivo de perfuração, estando cada fonte de energia instalada em um tubo (1), em cuja extremidade voltada para o papel de revestimento de boquilha (4) está disposto um bico (1.1), que serve como abertura de saída para um gás ou para uma mistura de gás pressurizados, em que a ponta da fonte de energia a partir da qual é emitido um pulso de energia para perfuração está disposta de forma concêntrica no bico (1.1).

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por fontes de energia na forma de eletrodos (2) ou lasers serem usadas.