CN104428466A - 具有改进的透气性的卷烟纸 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及卷烟纸,其在其表面的至少一部分上具有以下性质:无人工穿孔,透气性为至少15CU、优选至少20CU且尤其优选至少25CU,以及对于根据ISO 2965:2009用具有2mm×15mm矩形开口的测量头所测量并如(I)定义的指数k,其中Q1:以p1=1.00kPa的压差通过纸的气流,以及Q2:以p2=0.25kPa的压差通过纸的气流,以下适用k≤0.98,优选k≤0.95,尤其优选k≤0.93,并且k≥0.80,优选k≥0.85。
Description
发明领域
本发明涉及卷烟纸。具体地,其涉及卷烟纸,与大致相等透气性的常规卷烟纸相比,该卷烟纸取得了更高的烟气稀释,但除此之外其化学和物理性能则与常规卷烟纸几乎没有差别。
发明背景
众所周知,香烟烟气含有多种有害物质。因此,工业上关注生产从其产生的烟气含有相当少的有害物质的香烟。有各种方法来减少此类物质的量。例如,香烟通常配有典型由醋酸纤维素制得的过滤嘴,其可以吸收一部分微粒相的烟气,通常称为“焦油”。其它方法的目的是稀释香烟中产生的烟气,例如利用流过接装纸(tipping paper)中的穿孔的气流。此外,通过其所限定的透气性,包裹烟丝条的卷烟纸允许空气流入香烟的烟丝条,这样稀释了烟气。最后,可以通过选择烟丝(tobacco blend)来影响香烟烟气中的有害物质的量。
典型的卷烟纸包含纤维素纤维等,所述纤维素纤维是由木材、亚麻或其他材料产生的。此外,使用了不同来源的纤维素纤维的混合物。
具有重大技术意义的卷烟纸的特性是其透气性。透气性描述了纸对气流的渗透性,这是由纸两侧之间的压差造成的。更精确地,透气性描述了每单位时间、每单位面积和每压差下流过纸的空气体积,因此具有量纲cm3/(min cm2kPa),这通常被称为CORESTA单位(CU),其中1CU=1cm3/(min cm2kPa)。已知的卷烟纸呈现10CU至300CU的透气性,其中最常用的是20CU至120CU的范围。
透气性可以例如根据ISO 2965测定。根据ISO 2965,测定在1kPa的压差下、每单位时间内流经宽度为10mm且长度为20mm的矩形开口的空气的体积,并用CU单位表示。或者,根据ISO 2965,可以使用宽度为2mm且长度为15mm的矩形开口。
非常接近于常规卷烟纸的假设是,通过卷烟纸的气流与在吸烟过程中香烟上卷烟纸所暴露的压差范围内的压差成比例。因此,压差和通过纸的气流之间存在着线性关系。在吸烟过程中香烟的内部和外部之间的典型压差为0kPa至1.0kPa。
在附件D.2(ISO 2965:2009)中,ISO 2965允许估算气流和压差之间的非线性关系。为此,在p1=1.0kPa的压差下对气流Q1进行至少一次测量,并且在p2=0.25kPa的压差下对气流Q2进行一次测量。根据ISO 2965:2009中的公式(D.6),从两个测量值计算指数k
该指数k描述了非线性并且在0.5至1.0的范围内,由此为1.0的值描述了线性关系。对此,如前所述,常规卷烟纸呈现线性行为,因而指数k的值为0.98至1.0。
根据ISO 2965测量透气性的测量设备是市售的,并且在大多数情况下,还允许测定指数k。因此,在这里,每当提及指数k的值时,应当理解,该值是按照ISO 2965,附录D.2,用具有2mm×15mm的矩形开口的测量头,由在1.0kPa下的测量值和在0.25kPa下的测量值计算得到的。
对于卷烟纸的其他技术要求涉及卷烟纸在卷烟机上的加工性,例如基重、厚度、断裂延伸率和抗张强度。另外,也有与卷烟纸的光学性质相关的其他要求,例如,不透明度和白度。此外,也有对卷烟纸中所允许的成分的大量法律规定。
但最重要的是,对于卷烟纸,对香烟味道的影响起主要作用,因为香烟与烟草一起燃烧,并且来自卷烟纸的燃烧产物形成烟气的一部分。因此,重要的是,对卷烟纸的所有修饰使卷烟纸在化学上尽可能保持天然状态,以使卷烟纸的组份对烟气的味道不会造成负面影响。
同时,还关注通过修饰卷烟纸来控制香烟的烟气产率。
发明概述
本发明基于提供卷烟纸的目的,与大致相等透气性的常规卷烟纸相比,所述卷烟纸实现了更高的烟气稀释。对此,为了不影响味道和烟气化学组成,卷烟纸应在化学和物理方面与常规卷烟纸几乎没有差别。
这个目的通过权利要求1所述的卷烟纸实现。本发明还适用于由本发明的卷烟纸制造的香烟以及制造本发明的卷烟纸的方法。
根据本发明,此类卷烟纸的特征在于其透气性的指数k≤0.98,优选≤0.95,并且特别优选≤0.93。在本发明的上下文中,指数k的下限为:k≥0.80,优选k≥0.85。
小于1.0的指数k意味着压差与通过纸张的气流之间的关系是非线性的。这表明两张纸具有相同的透气性(根据ISO 2965在1kPa下测量的)但是具有不同的指数,如果压差为0kPa至1kPa,那么较小指数的纸允许通过该纸的气流更大,而在高于1kPa的压差下则允许更小。此关系示于图1中。
因为在吸常规香烟的过程中在卷烟纸的面积内的压差为0kPa至1kPa,因此具有相同透气性但指数较小的纸允许更多的空气流入香烟,由此更大地稀释烟气,并因此显著减少吸烟者摄取的有害物质。
应当注意,压差和气流之间的非线性关系,即,显著小于1的指数值,也可由人工穿孔的卷烟纸实现。术语“人工穿孔”应被理解意指在成品卷烟纸上制作的穿孔,并且其必须与由卷烟纸的纤维结构产生的“天然孔隙率”区分开。例如可以通过静电穿孔产生的孔具有30μm至100μm的直径。使用激光穿孔,可以产生直径为100μm至500μm的孔。与此相反,天然多孔卷烟纸几乎没有任何直径≥10μm的孔隙。本发明具体不涉及特征为人工穿孔的卷烟纸。人工穿孔意味着额外的努力,并且偶尔改变卷烟的物理性质以至于使香烟不能以常规方式点燃。
在本发明的情况下,根据本发明的卷烟纸的指数k还可以在其表面上的仅一部分而非其整个表面上得以充分降低。然而,所述部分应当为总面积的至少30%,优选至少50%,并且尤其优选至少70%。
在本发明的上下文中,与常规卷烟纸相比,低的指数k值可以通过增加大孔隙数量与小孔隙数量之比来获得,但不借助人工穿孔。
在有利的实施方案中,这是通过使用材料、尤其是成膜材料在卷烟纸区域的所述部分上涂覆或处理该卷烟纸而实现的,然而,所述材料的量相对较小并且不超过2.0g/m2、优选不超过1.5g/m2。以这种方式,可主要密封小孔隙。这降低了透气性,虽然只在较小的程度上,根据Hagen-Poiseuille定律,小孔隙与大孔隙相比,对透气性的贡献相对少得多。由于密封小孔隙,因此透气性在一定程度上的降低是不可避免的,但是在任何情况下,这可以通过减少纸浆的精制而得到补偿,这另外与相应的能量节约相关。
应当注意,在现有技术中使用在离散区域中具有成膜组合物的涂层卷烟纸,从而提供由其制造的具有自熄性的香烟。然而,对此,施用的材料的量与本发明的这种实施方案相比显著更高。在现有技术中,使用经成膜组合物(其应为香烟提供自熄性)处理的面积一般具有0至10CU的透气性。与此相反,无论用何种方式获得根据ISO 2965:2009的降低的指数k,本发明的卷烟纸均在其表面的相应部分中具有始终为至少15CU、优选至少20CU以及尤其优选至少25CU的透气性,这是因为自熄性不是本发明卷烟纸的目的。然而,这并不排除该卷烟纸被额外地局部处理以进一步降低透气性并且为由该纸制造的香烟提供自熄性。
对于该纸的处理或涂覆,使用优选在常规卷烟纸中包含的材料,例如淀粉,淀粉衍生物、尤其是氧化淀粉,纤维素衍生物、尤其是羧甲基纤维素,瓜耳胶,果胶或聚乙烯醇。此外,可以使用这些材料中的两种或更多种的混合物。
与此相反,显著改变烟气组成的材料是不期望的;更确切地说,本发明的目的是稀释作用,其以大致相同的程度影响烟气中的所有物质。此外,应当避免以下用于降低指数k的材料,其对香烟的味道产生负面影响且因此对由该纸制造的香烟的接受性产生负面影响。优选地,应避免使用藻酸盐对纸进行处理。
成膜材料可以以至少包括液体和成膜材料的成膜组合物的形式应用。在本说明书中,材料应该理解为适当意义的“成膜”,只要其组分能够通过相互交联而形成大致封闭的膜。对于液体,优选选择水,但也可以考虑使用有机溶剂。对于成膜材料,材料可以被认为在该液体中形成溶液或胶体悬浮液,这是用于上面所提及的材料的情况。
除了在严格意义上的“成膜组合物”,可以施加少量的组合物,然而,其包含液体和可以用于有效密封小孔隙的尺寸足够小的颗粒,从而降低指数k并且透气性的变化相对小。如前面提到的,透气性的这种小变化可以通过减少纸浆的精制来得到补偿。添加至少少量的成膜材料的优势在于,以这种方式,颗粒可以更好地固定在卷烟纸中。
在优选的实施方案中,指数k在表面的所述部分中是变化的,使得其沿着可由其生产的香烟的长度而变化。特别地,表面的所述部分可以具有第一部分和第二部分,在可由其生产的香烟上,其中第一部分的位置比第二部分更靠近香烟的嘴端,其中第一部分的指数k小于第二部分的指数k。在香烟的嘴端或过滤嘴的区域中的更低的指数k的优势在于,在这个区域内,压差典型地为约0.5kPa,并且低指数k的作用是最强的。
在有利的实施方案中,在卷烟纸上提供标记,其与表面的所述部分对齐。以这种方式,可以确保在由指数k在整个长度上变化的纸张制造的香烟的生产过程中,在香烟上的经处理的区域总是大致在期望的位置。
如果例如通过印刷成膜组合物获得了指数k的降低,则可以在印刷过程中向卷烟纸施加此类对准用标记。可以通过卷烟机上的相应的控制设备检测上述的标记,并且可以同步切割烟丝条,以使香烟上的经处理的区域总是位于相同的位置。
优选地,该卷烟纸的基重为10g/m2至60g/m2,尤其优选为20g/m2至35g/m2。
优选地,该卷烟纸包含以10wt%至45wt%的分数加入纸中的无机矿物填料。优选地,该分数为20wt%至45wt%,尤其优选为30wt%至45wt%,因为当填料含量高时,主要形成小孔隙并且可以期望指数k更接近1,这使得本发明更有效。对此,优选的填充材料为碳酸钙、氧化镁或氢氧化铝,或其组合。
优选地,该卷烟纸可配备有提高或降低纸的阴燃速度的燃烧添加剂。优选地,卷烟纸含有至少一种燃烧添加剂,其可以是下列盐中的一种或多种:柠檬酸盐、尤其是柠檬酸三钠和/或柠檬酸三钾,苹果酸盐,酒石酸盐,醋酸盐,硝酸盐,琥珀酸盐,富马酸盐,葡糖酸盐,乙醇酸盐,乳酸盐,草酸盐(oxylate),水杨酸盐,α-羟基辛酸盐和/或磷酸盐。对此,例如,在施胶压榨中将纸张用这些燃烧添加剂的溶液或悬浮液浸透,或者在膜压榨中将该溶液或悬浮液施加于纸张的表面。
本发明还涉及生产根据上述任一实施方案的卷烟纸的方法。在这方面,可以例如已经选择卷烟纸,从而通过适当选择该纸的组成与制造方法的组合来产生相应的低指数k。例如,通过选择填充材料或通过选择填充材料的粒径分布,可以有利地促进早在纸张的生产阶段便已形成较大的孔隙。
或者,在本发明的上下文中,可以最初生产仍具有接近1的指数k的原纸,然后处理原纸表面的至少一部分,以使指数k被降低至k≤0.98,优选k≤0.95并且尤其优选k≤0.93。然而,应进行该方法,以使k值不降低至低于0.80,并且优选不低于0.85,并且透气性维持在至少15CU,优选至少20CU并且尤其优选至少25CU。
如上所述,该方法可以通过施用适当的材料,尤其是成膜材料来进行。对此,可以施用该材料,优选以溶液或胶体悬浮液的形式,尤其以例如凹版印刷或柔性版印刷的印刷法形式、通过喷雾或者通过在造纸机的施胶压榨或膜压榨中施用。
或者,该卷烟纸可以在表面的所述部分中进行压花,或例如在钢筒之间压缩。在压缩过程中,小孔隙也优选被密封,因此指数k值降低。
附图简要说明
图1示出了,对于具有线性行为(k=1)的一种卷烟纸以及具有非线性行为(k2<k1<1)的两种卷烟纸,通过卷烟纸的气流作为压差函数的曲线的示意图。
优选实施方案的说明
实施方案的以下实施例用于说明本发明。
对比实施例1
常规的非本发明的卷烟纸具有25.0g/m2的基重、由木浆制造并具有30.2wt%白垩的填充材料含量并且浸渍有1wt%柠檬酸三钾,所述卷烟纸具有125CU的规定的透气性。指数k是根据ISO 2965:2009、使用Borgwaldt A10仪器和具有2mm×15mm矩形开口的测量头进行的10次测量的平均值,其为0.9981,并且单值的标准偏差为0.0038。
对比实施例2
常规的非本发明的卷烟纸具有28.0g/m2的基重、由木浆制造并具有3.7wt%白垩的填充材料含量并且浸渍有1wt%柠檬酸三钾,所述卷烟纸具有75CU的规定的透气性。指数k是根据ISO 2965:2009、使用Borgwaldt A10仪器和具有2mm×15mm矩形开口的测量头进行的10次测量的平均值,其为0.9968,并且单值的标准偏差为0.0066。
对比实施例3
常规的非本发明的卷烟纸具有25.5g/m2的基重、由亚麻浆液制造并具有24.8wt%白垩的填充材料含量并且浸渍有1.15wt%柠檬酸三钾,所述卷烟纸具有55CU的规定的透气性。指数k是根据ISO2965:2009、使用Borgwaldt A10仪器和具有2mm×15mm矩形开口的测量头进行的10次测量的平均值,其为0.9972,并且单值的标准偏差为0.0061。
对比实施例4
常规的非本发明的卷烟纸具有25.5g/m2的基重、由木浆制造并具有27.5wt%白垩的填充材料含量并且浸渍有0.85wt%的柠檬酸三钠与柠檬酸三钾的1:1重量比的混合物,所述卷烟纸有19CU的规定的透气性。指数k是根据ISO 2965:2009、使用Borgwaldt A10仪器和具有2mm×15mm矩形开口的测量头进行的10次测量的平均值,其为0.9989,并且单值的标准偏差为0.0037。
对比实施例1-4表明,在技术优选的透气性的整个范围内,常规卷烟纸一般具有0.99至1.00的指数k,并与纸浆或填充材料含量的选择无关。与本发明的纸张相反,本发明的纸张都具有低于该范围的指数k。
在以下每个示例性实施方案1-6中,使用来自Erichsen,K PrintingProofer型,编号87772的实验室印刷机将成膜组合物施用于卷烟纸上。为了实现本发明的效果,将速度设定调至最大值,即10级,并且还将刮刀设定调至最大接触压力。此外,对于加压辊,选择非常高的或尽可能最大的(示例性实施方案4)接触压力。实验表明,为了实施本发明,实验室印刷机的这些极端的设定是尤其重要的。印刷版具有每英寸100个线的网目线数。
示例性实施方案1
使用实验室印刷机,在对比实施例2的卷烟纸的整个表面涂覆成膜组合物,具体用0.5wt%羧甲基纤维素CMC 7MCF的水溶液。涂覆后将纸张干燥,并且根据ISO 536,通过在涂覆之前和之后的基重测量来确定施加量为1.04g/m2。根据ISO 2965:2009,使用Borgwaldt A10仪器和具有2mm×15mm矩形开口的测量头,对透气性和指数k测量10次,并且计算平均值。透气性的平均值为70.0CU,指数k的平均值仅为0.974,并且单值的标准偏差为0.0028。
示例性实施方案2
使用实验室印刷机,在对比实施例2的卷烟纸的整个表面涂覆成膜组合物,具体用1.0wt%阳离子淀粉的胶体水溶液。涂覆后将纸张干燥,并且根据ISO 536,通过在涂覆之前和之后的基重测量来确定施加量为1.57g/m2。根据ISO 2965:2009,使用BorgwaldtA10仪器和具有2mm×15mm矩形开口的测量头,对透气性和指数k测量10次,并且计算平均值。透气性的平均值为53.7CU,指数k的平均值仅为0.972,并且单值的标准偏差为0.0026。
示例性实施方案3
使用实验室印刷机,在对比实施例2的卷烟纸的整个表面涂覆成膜组合物,具体用0.5wt%羧甲基纤维素CMC 7MCF的添加有5.0wt%白垩的水溶液。涂覆后将纸干燥,并且根据ISO 536,通过在涂覆之前和之后的基重测量来确定施加量为1.60g/m2。根据ISO2965:2009,使用Borgwaldt A10仪器和具有2mm×15mm矩形开口的测量头,对透气性和指数k测量10次,并且计算平均值。透气性的平均值为46.8CU,指数的平均值仅为0.937,并且单值的标准偏差为0.0036。
示例性实施方案4
使用实验室印刷机,在对比实施例2的卷烟纸的整个表面涂覆成膜组合物,具体用0.5wt%羧甲基纤维素CMC 7MCF的添加有5.0wt%白垩的水溶液。涂覆后将纸干燥,并且根据ISO 536,通过在涂覆之前和之后的基重测量来确定施加量为1.46g/m2。根据ISO2965:2009,使用Borgwaldt A10仪器和具有2mm×15mm矩形开口的测量头,对透气性和指数k测量10次,并且计算平均值。透气性的平均值为48.7CU,指数k的平均值仅为0.898,并且单值的标准偏差为0.0052。
示例性实施方案5
根据示例性实施方案2的方法处理对比实施例1的卷烟纸。根据ISO 536,通过在涂覆之前和之后的基重测量来确定施加量为1.20g/m2。根据ISO 2965:2009,使用Borgwaldt A10仪器和具有2mm×15mm矩形开口的测量头,对透气性和指数k测量10次,并且计算平均值。透气性的平均值为82.5CU,指数的平均值仅为0.961,并且单值的标准偏差为0.0043。
示例性实施方案6
根据示例性实施例4的方法处理对比实施例1的卷烟纸。根据ISO536,通过在涂覆之前和之后的基重测量来确定施加量为1.56g/m2。根据ISO 2965:2009,使用Borgwaldt A10仪器和具有2mm×15mm矩形开口的测量头,对透气性和指数k测量10次,并且计算平均值。透气性的平均值为82.5CU,指数k的平均值仅为0.826,并且单值的标准偏差为0.0064。
上述示例性实施方案表明,根据ISO 2965,指数k可以以所述的方式降低至远低于0.98,而不会明显降低透气性。根据ISO 2965所观察到的透气性的降低可以通过增加原纸的初始透气性、例如通过降低精制来得到补偿。与原纸相比,所使用的成膜组合物不会产生对烟气味道的明显不利的影响,并且不致使烟气显著化学变化;相反,在低于1.0kPa的压差下,上述情况通常发生在正常吸烟过程中,与根据ISO 2965具有相同透气性且指数k接近1的常规卷烟纸相比,仅在于有利的稀释。
Claims (16)
1.卷烟纸,其在其表面的至少一部分上具有以下性质:
-无人工穿孔
-透气性为至少15CU,优选至少20CU并且尤其优选至少25CU,以及
-对于根据ISO 2965:2009用具有2mm×15mm矩形开口的测量头所测量并如下定义的指数k
其中
Q1:以p1=1.00kPa的压差通过所述纸的气流,
Q2:以p2=0.25kPa的压差通过所述纸的气流,
以下适用
k≤0.98,优选k≤0.95,尤其优选k≤0.93,并且
k≥0.8,优选k≥0.85。
2.根据权利要求1所述的卷烟纸,其中所述部分为所述总面积的至少30%,优选至少50%,并且尤其优选至少70%。
3.根据前述权利要求中任一项所述的卷烟纸,其中其表面的所述部分用材料、尤其是成膜材料涂覆或处理,其中参照所述经处理的面积,所述量不超过2.0g/m2,优选不超过1.5g/m2。
4.根据前述权利要求中任一项所述的卷烟纸,其中所述材料由以下材料中的至少一种或多种构成:淀粉,淀粉衍生物、尤其是氧化淀粉,纤维素衍生物、尤其是羧甲基纤维素,瓜耳胶,果胶或聚乙烯醇。
5.根据前述权利要求中任一项所述的卷烟纸,其中在所述表面的所述部分中的所述指数k变化,从而使其沿着可由所述卷烟纸生产的香烟的长度而变化。
6.根据权利要求5所述的卷烟纸,其中所述表面的所述部分具有第一部分和第二部分,其中在可由所述卷烟纸生产的香烟上的所述第一部分的位置比所述第二部分更靠近所述香烟的嘴端,其中所述第一部分中的指数小于所述第二部分中的指数。
7.根据权利要求5或6中任一项所述的卷烟纸,其中提供标记,其与所述表面的所述部分对齐。
8.根据前述权利要求中任一项所述的卷烟纸,其中所述基重为10g/m2至60g/m2,优选20g/m2至35g/m2。
9.根据前述权利要求中任一项所述的卷烟纸,其还含有填充材料,尤其是碳酸钙、氧化镁或氢氧化铝,其中所述填充材料的分数为10-45wt%,优选20-45wt%,并且尤其优选30-45wt%。
10.根据前述权利要求中任一项所述的卷烟纸,其还含有至少一种燃烧添加剂,所述燃烧添加剂为以下盐中的一种或多种:柠檬酸盐、尤其是柠檬酸三钠和/或柠檬酸三钾,苹果酸盐,酒石酸盐,醋酸盐,硝酸盐,琥珀酸盐,富马酸盐,葡糖酸盐,乙醇酸盐,乳酸盐,草酸盐,水杨酸盐,α-羟基辛酸盐和/或磷酸盐。
11.香烟,其具有烟丝条和权利要求1至10中任一项所述的卷烟纸,所述卷烟纸包裹所述烟丝条。
12.用于生产权利要求1至10中任一项所述的卷烟纸的方法,具有以下步骤:
-生产原纸,
-处理所述原纸的表面的至少一部分,以使根据ISO 2965:2009用具有2mm×15mm矩形开口的测量头所测量并如下定义的所述指数k降低:
使得
k≤0.98,优选k≤0.95,尤其优选k≤0.93,并且
k≥0.8,优选k≥0.85,
同时将透气性保持为至少15CU、优选至少20CU以及尤其优选至少25CU。
13.根据权利要求12所述的方法,其中所述处理所述卷烟纸的表面的至少所述部分的步骤包括施用材料、尤其是成膜材料,其中所述材料优选由以下材料中的一种或多种构成:淀粉,淀粉衍生物、尤其是氧化淀粉,纤维素衍生物、尤其是羧甲基纤维素,瓜耳胶,果胶或聚乙烯醇。
14.根据权利要求13所述的方法,其中所述材料以溶液或胶体悬浮液的形式施用,尤其通过诸如凹版印刷或者柔性版印刷的印刷法、通过喷雾或者通过在造纸机的施胶压榨或膜压榨中施用。
15.根据权利要求13所述的方法,其中所述处理所述卷烟纸的表面的至少所述部分的步骤包括将所述纸张压花或压缩的步骤。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法,其中用于处理所述卷烟纸的表面的至少所述部分的步骤使所述卷烟纸中大孔隙数量与小孔隙数量之比增加。
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