CN103702575A - 用于涂布吸烟制品包装纸的组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于涂布吸烟制品纸的组合物，其包含优选占该组合物总干材料重量的40重量%至95重量%的***树胶和填料的组合产品，所述填料包含独自或与其它物质，例如高岭土、硫酸钙、二氧化钛及其混合物组合的优选占该组合物的干材料重量的至少5重量%的量的碳酸钙，还涉及其用于制造吸烟制品包装纸的用途。

Description

用于涂布吸烟制品包装纸的组合物
发明领域
本发明落入吸烟制品纸的技术领域。
发明背景
香烟制造商越来越要求几乎没有引火倾向的香烟符合美国的法律要求——即在通常由10张特定滤嘴纸(filter paper)类型构成的载体上其75%熄灭。在美国通过自熄灭试验或其英文首字母缩略词“SE”（Self-Extinguishment），ASTM E2187（现行的唯一官方试验）测量熄灭的香烟的这一百分比。
但此外，香烟制造商还要求在自由燃烧（即不与任何东西接触）过程中熄灭的香烟百分比极低并理想地为0。这使用英文首字母缩略词称为“FASE”（Free-Air Self-Extinguishment）的非官方试验测量。
FASE值的测量基础是测定在点燃香烟并吸掉5毫米后（通常在吸烟机中，并靠过滤嘴支撑它们而不接触玻璃柜或类似物内的任何其它东西）完全烧尽的香烟百分比，其中保持尽可能低的空气循环，以确保完全除去来自燃烧的烟雾（这一参数取决于玻璃柜的体积，但在安装着吸烟机的玻璃柜的情况中，这一流速为大约0.5升/分钟）。
本领域状况中有大量获得自熄灭香烟的方法，如专利申请WO2003/15543。***树胶的使用在自熄灭香烟的获得中意味着重要的贡献，但必须改进该成膜组合物的填料，将氢氧化铝换成提高在自由燃烧时不熄灭的香烟百分比的化合物。
在如US-4615345的专利中提到碳酸钙，但不是在与氢氧化铝相比降低FASE值的意义上。
专利EP1166656 B1公开了使用具有1.3微米的粒度并具有不同形式的碳酸钙作为填料。但是，其不与***树胶结合。在专利申请EP1403432中发生类似情况，其公开了使用粒径小于1.3微米的碳酸钙。
另一方面，申请US20030178039在适用于可分散在水中的纸的组合物的可能成膜材料中提到***树胶，以及提到碳酸钙作为所述组合物中的可能的填料。此外，这两种物质没有作为特定的组合产品列出，因此没有教导这两种物质的明确组合。因此，此申请与本发明之间的区别是：(1) 尽管此申请的新型组合物目的涉及所谓的“香烟纸”，但申请US20030178039仅涉及烟嘴和滤嘴纸；(2) 本发明的目的是香烟的熄灭，而申请US20030178039的目的是促进滤嘴纸和烟嘴在水中的可分散性。
如下所示，借助根据本发明获得的纸，实现与氢氧化铝相比在给定SE值下的FASE值的降低。
发明目的
本发明的一个目的是用于涂布吸烟制品纸的组合物，其包含***树胶和碳酸钙的组合产品，碳酸钙提供获得在自由燃烧过程中具有比使用氢氧化铝更低的自熄灭百分比的自熄灭香烟的优点。
本发明的方法能为香烟纸（优选挨着内侧或与烟草接触）提供适合使FASE参数保持尽可能低的值的涂层。所述涂层可以使用常见印刷技术在被无涂层区域互相隔开的离散区域中施加或连续施加。由以***树胶或金合欢胶为基础制成的溶液以及含有至少碳酸钙的填料获得所述涂料组合物。同样可用于此目的并可以与碳酸钙结合使用的其它矿物填料是高岭土、硫酸钙、二氧化钛等。也可以向该组合物中加入助燃剂，如柠檬酸盐，优选三钠和三钾盐（独自或互相组合）。
在本说明书通篇中，术语“组合物”和“油墨”可互换使用。在提到干材料中的组成时，其是明确规定的。此外，表达“占干材料的”和“占固体的”或“占固体的”也可互换使用。
发明描述
本发明首先涉及用于涂布吸烟制品纸的组合物，其包含***树胶和填料的组合产品，所述填料包含独自或与其它物质组合的碳酸钙。
根据用于涂布吸烟制品包装纸的组合物的具体实施方案，所述填料可包含与选自高岭土、硫酸钙、二氧化钛及其混合物的其它物质组合的碳酸钙。
根据用于涂布吸烟制品包装纸的组合物的另一些具体实施方案，所述填料可包含与柠檬酸盐，优选柠檬酸三钠和柠檬酸三钾组合的碳酸钙。
***树胶以优选占干材料总重量的40重量%至95重量%，更优选45至90重量%，甚至更优选占所述组合物的干材料总重量的50至80重量%的百分比存在于该组合物中。
该涂料组合物的剩余部分是至少碳酸钙——独自或与其它物质组合。根据本发明，按该组合物的干材料计，碳酸钙的百分比为至少5重量%，其以该组合物总干重量的5至60重量%，优选10至55重量%，更优选20至50重量%的量存在于这种组合物中。
尤其优选的涂料组合物是具有占该组合物总重量的25至40重量%的干材料含量的组合物或油墨，其中所述干材料包含：
- 占干材料的67重量%的***树胶
- 和占干材料的33重量%的碳酸钙。
该组合物以液体形式施加到吸烟制品纸上。
借助此量的碳酸钙，获得下列益处：
- 印刷相反侧看见印刷条带的可见度较低。
- 当使用碳酸钙时，与根据专利申请WO2003/15543使用氢氧化铝时相比，用于实现根据ASTM E2187试验的所需香烟熄灭值的扩散率值较高，因此，使用碳酸钙降低了焦油、尼古丁和一氧化碳的含量——满足现行欧洲法律的关键因素。
该组合物的同样优选的另一实施方案是具有占该组合物总重量的25至40重量%的干材料含量的组合物，其包含：
- 占干材料重量的40%至95%的***树胶，
- 和占干材料重量的5至60重量%的碳酸钙。
该组合物的同样优选的另一实施方案是具有占该组合物总重量的25至40重量%的干材料含量的组合物，其包含：
- 占干材料重量的40重量%至95重量%的***树胶，
- 占干材料重量的5至60重量%的碳酸钙，
- 占干材料重量的2.5重量%至4重量%，优选大约3.5重量%的选自柠檬酸钠、柠檬酸钾和两者的混合物的助燃剂。
油墨中按固体重量计碳酸钙的百分比越高，用于实现根据ASTM E2187试验的恰当香烟熄灭值的扩散率值越高，以致优选使用具有高碳酸钙含量的油墨。
- 就扩散率（也称作扩散系数或容量）的测量而言，尽管没有测量其的标准方法，但其基础由下列构成：将纸样置于两个室之间。在其中一个室中存在恒定氮气流量，在另一室中存在相同流量的二氧化碳。这两个室之间没有压力差。氮气经该纸向二氧化碳流扩散，反之亦然。连续测量氮气流过的室的出口处的二氧化碳浓度，这一浓度是用于计算样品扩散率的浓度。
本发明的目的还在于所述组合物用于部分或完全涂布吸烟包装纸的用途。可通过借助选自苯胺印刷、轮转凹版印刷、丝网印刷和胶印的技术通过印刷施加该组合物。
该组合物可作为部分涂层、以互相平行并垂直于吸烟制品的轴排列或与所述轴存在轻微偏离排列（例如与所述吸烟制品的轴的垂线呈大约0.5o至5o的角度）的条带形式施加在吸烟纸上。互相平行的所述条带可具有4至10毫米，优选6至8毫米的宽度。互相平行的条带可间隔10至30毫米的距离，它们优选间隔15至25毫米的距离。
所述组合物可以以0.5至10克干材料/平方米纸，优选0.9至8克干材料/平方米纸（按印刷面积计）的量施加到纸上。
关于该组合物的施加，可以使用标准印刷技术，如苯胺印刷、轮转凹版印刷、丝网印刷和胶印，尽管优选持续或以条带形式使用苯胺印刷，其中使用被设计用于将所述组合物适当转印到吸烟制品纸上的转印辊。根据本发明，这种组合物应以0.5至10克干材料/平方米纸，更优选0.9至8克干材料/平方米纸（按印刷面积计）的量施加到所述纸上。
使用任何技术印刷纸时要考虑的一个非常重要的参数是该组合物的粘度。在轮转凹版印刷和苯胺印刷中存在粘度限定值，大于该限定值时变得难以将该组合物转印到要印刷的载体上。基于我们的经验，用粘度计Brookfield RVT在室温，20 rpm下用适合这些粘度值的杆测得的80至600 cps的粘度是最适当的。
如标准方法CORESTA no 40中所述在1 kPa的压降下以ml/min/cm2为单位测量纸透气率。出于这一原因，这一单位常被称作Coresta Unit或CU。
纸的初始透气率可以是19 CU或更高，例如150 CU。构成该纸的纤维可以是木基的或其它，如一年生植物亚麻、***、针茅、黄麻等。这些纸具有例如19至40 g/m2，优选20至30 g/m2的重量。
本发明的目的还在于包含上述组合物的吸烟包装纸。
具有低引火倾向的吸烟制品包装纸的一个具体实施方案是至少包含涂有油墨的区域并优选具有10 CU至150 CU的初始透气率的包装纸，所述油墨包含：
- 占总组合物的25至40重量%的干材料百分比，
- 占干材料重量的40重量%至95重量%的***树胶，
- 占干材料重量的5至60重量%的碳酸钙。
具有低引火倾向的吸烟制品包装纸的另一具体实施方案是至少包含涂有油墨的区域并优选具有10 CU至150 CU的初始透气率的包装纸，所述油墨包含：
- 占总组合物的25至40重量%的干材料百分比，
- 占干材料重量的40重量%至95重量%的***树胶，
- 占干材料重量的5至60重量%的碳酸钙，
- 占干材料重量的2.5重量%至4重量%，优选大约3.5重量%的选自柠檬酸钠、柠檬酸钾和两者的混合物的助燃剂。
本发明的目的还在于包含上述吸烟包装纸的吸烟制品，优选香烟。
在本说明书通篇中，词语“油墨”和表达“涂料组合物”应被视为同义并可互换使用。
附图简述
图1显示对于仅以碳酸钙为填料的香烟，根据ASTM E2187（SE）和根据自由燃烧熄灭（FASE）参数测得的熄灭香烟百分比的所得结果 vs 扩散率值。
图2显示对于仅以氢氧化铝为填料的香烟，根据ASTM E2187（SE）和根据自由燃烧熄灭（FASE）参数测得的熄灭香烟百分比的所得结果 vs 扩散率值。
实施方案的实施例
涂料组合物的制备
在专利申请WO2003/15543中描述了本发明的组合物的制备。
通过将预定量的***树胶或金合欢胶以在该组合物干材料总重量的40至95重量%，优选45至90重量%，更优选50至80重量%，甚至更优选60至68重量%变化的浓度溶解在水中，制备这种组合物，其余固体至少是碳酸钙。添加水直至达到100重量%。
通过在合适的***中混合适当量的***树胶39%水溶液和碳酸钙以获得碳酸钙的良好分散体（通常，所述***是具有重要剪切部件的搅拌器，例如Silverstone搅拌器）、最后加入所需量的水以调节干材料的合适浓度来进行涂料液体油墨或组合物的制备。
干材料的这种浓度基本取决于两个因素：
- 印刷参数，其在苯胺印刷中主要是网纹辊的体积
- 要印刷的香烟纸的扩散率和/或透气率。香烟纸的扩散率和/或透气率不是严格衡量它们的参数，尽管它们与香烟纸的特定样品相关。
涂料组合物的施加实施例和填料类型的影响的分析
为了测定我们的技术的工作极限，我们从由占干材料的67重量%的***树胶和占干材料的33重量%的填料构成的油墨（在几种固体含量的水平下）开始，这种填料在一种情况中是粒度为1.2微米的氢氧化铝，在另一情况中是粒度小于1微米的沉淀碳酸钙。借助这种组合物，在由木纤维制成并具有50 CU透气率的吸烟制品纸上以不同重量印刷条带。
将该组合物施加到包装纸上的具体施加模式
用中央滚筒苯胺印刷机使用30 cc/m2网纹辊和2.54 mm蚀刻版印刷油墨或涂料组合物层。
已经分析印刷的条带的扩散率并使用典型的“美国混合型(American blend)”烟草制造香烟。根据用于测定它们在滤嘴纸载体上的熄灭（SE）的ASTM E2187方法分析香烟。同样已测定它们的自由燃烧熄灭（FASE）。
图1和2显示对于仅以碳酸钙为填料的香烟（图1）和对于仅以氢氧化铝为填料的香烟（图2），根据自熄灭（SE）参数和根据自由燃烧熄灭（FASE）参数测得的熄灭香烟百分比结果 vs 扩散率值。
考虑到目的是获得在载体上最少75%的香烟熄灭（% SE）和尽可能低的FASE值，这一研究表明，在75% SE的这一值下，% FASE的值在使用碳酸钙时明显低于使用氢氧化铝时（大致上，使用氢氧化铝时50% FASE，使用碳酸钙时15%）。此外，用于获得至少75% SE的扩散率值的范围在碳酸钙的情况中（0至0.293 cm/s）大于氢氧化铝的情况（0至0.172 cm/s）。
本发明的香烟包装纸的实施例
尽管任何吸烟制品纸，如具有15至150 CU的透气率的那些情况，可用于本发明的目的，为了证明的目的，在下表中显示下列试验中所用的纸的特征：
表1. 吸烟制品纸的特征：
纸类型 VERGE EXTRA 824 N-50_CO
重量g / m2 25.5
灰分, % 17.0
孔隙率, CU 49.1
强度, g/15 mm 1400
伸长, % 1.4
燃烧添加剂 * 0.70
* 一水合柠檬酸的百分比。
所谓的灰分是纸的矿物填料（在吸烟制品纸的情况中通常是碳酸钙）含量的量度。这一值必须乘以1.695的实验系数才能获得碳酸钙的百分比。
油墨的组成、施加的层重量以及在条带中测得的扩散率和用这些纸制成的香烟的SE和FASE值的数据显示在下表2和3中。
表2. 使用氢氧化铝的组合物：
油墨组成(重量%) 层重量, g/m2 扩散率, cm/s % SE % FASE
25%***树胶  12.4%氢氧化铝 4.4 0.06 100 100
20%***树胶  9.9%氢氧化铝 3.4 0.122 100 85
16%***树胶  7.9%氢氧化铝 2.5 0.248 35 0
12.1%***树胶  5.9%氢氧化铝 1.7 0.642 0 0
表3. 使用碳酸钙的组合物：
组合物中的重量% 层重量, g/m2 扩散率, cm/s % SE % FASE
25%***树胶  12.4%碳酸钙 3.9 0.129 100 100
20%***树胶  9.9%碳酸钙 3.2 0.144 100 100
16%***树胶  7.9%碳酸钙 2.5 0.293 75 15
12.1%***树胶  5.9%碳酸钙 1.7 0.476 10 0
在所有情况中，***树胶和碳酸钙占干材料的百分比分别是67%和33%。印刷中所用的油墨的干材料百分比是变化的。
图1和2显示对于各类填料，条带的扩散率与SE和FASE百分比之间的关系。
非常难实现预定SE值，因此在保持***树胶与填料之间的关系的情况下制备具有各种干材料含量的油墨，并且其是以内插值替换的(interpolated)。

Claims (18)

1.用于涂布吸烟制品包装纸的组合物，其包含***树胶和填料的组合产品，所述填料包含独自或与其它物质组合的碳酸钙。
2.根据权利要求1的用于涂布吸烟制品包装纸的组合物，其特征在于所述填料包含与选自高岭土、硫酸钙、二氧化钛及其混合物的其它物质组合的碳酸钙。
3.根据权利要求1的用于涂布吸烟制品包装纸的组合物，其特征在于所述填料包含与柠檬酸盐，优选柠檬酸三钠和柠檬酸三钾组合的碳酸钙。
4.根据权利要求1的组合物，其特征在于其包含占所述组合物的总干材料重量的40重量%至95重量%的***树胶。
5.根据权利要求1的组合物，其特征在于其包含占所述组合物的总干材料重量的45重量%至90重量%的***树胶。
6.根据权利要求1的组合物，其特征在于其包含占所述组合物的总干材料重量的至少5重量%的碳酸钙。
7.如权利要求1至6之一中所限定的组合物作为吸烟纸的完全或部分涂层的用途。
8.根据权利要求7的用途，其特征在于借助选自苯胺印刷、轮转凹版印刷、丝网印刷和胶印的技术通过印刷施加所述组合物。
9.根据权利要求7的用途，其特征在于所述组合物作为部分涂层、以互相平行并垂直于吸烟制品的纵轴排列的条带形式施加在吸烟纸上。
10.根据权利要求7的用途，其特征在于所述组合物作为部分涂层、以互相平行并与吸烟制品的纵轴的垂线呈大约0.5o至5o的角度排列的条带形式施加在吸烟纸上。
11.根据权利要求10的用途，其特征在于互相平行的所述条带具有4至10毫米的宽度。
12.根据权利要求10的用途，其特征在于互相平行的所述条带具有6至8毫米的宽度。
13.根据权利要求10的用途，其特征在于互相平行的所述条带间隔10至30毫米的距离。
14.根据权利要求10的用途，其特征在于互相平行的所述条带间隔15至25毫米的距离。
15.根据权利要求7的用途，其特征在于所述组合物以0.5至10克干材料/平方米纸，优选0.9至8克干材料/平方米纸的按印刷面积计的量施加到所述纸上。
16.吸烟包装纸，其包含如权利要求1至6之一中所限定的组合物。
17.根据权利要求16的包装纸，其特征在于其至少包含涂有油墨的区域并具有10 CU至150 CU的初始透气率，所述油墨包含：
- 占总组合物的25至40重量%的干材料百分比，
- 占干材料重量的40重量%至95重量%的***树胶，
- 占干材料重量的5至60重量%的碳酸钙，
- 3.5重量%的选自柠檬酸钠、柠檬酸钾和两者的混合物的助燃剂。
18.吸烟制品，其包含权利要求16或17中所限定的包装纸。
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