LU83986A1 - Perfectionnements relaftifs a des articles e fumer - Google Patents

Description

La présente invention concerne des articles à fumer, en particulier, mais non exclusivement, des cigarettes.

Au cours des dernières années, une attention accrue a été accordée à la réduction du courant de fumée secondaire que dégagent les cigarettes lors de la combustion lente ayant lieu entre les bouffées. Une caractéristique déterminante de la production d’un courant de fumée secondaire dans une cigarette réside dans la vitesse de combustion de cette dernière * au cours des périodes de combustion lente se situant entre les bouffées. C'est ainsi qu’en utilisant des papiers donnant des cigarettes à vitesse de combustion lente, on peut réduire la production du courant de fumée secondaire. De façon connue de l’homme de métier, la vitesse de combustion d’un papier à cigarette est en relation avec la perméabilité inhérente de .ce papier. D'une manière générale, plus la perméabilité est faible, plus la vitesse de combustion est réduite. En conséquence, afin d’obtenir de faibles vitesses d’émission du courant de fumée secondaire, on peut avoir recours à des papiers ayant une faible valeur de perméabilité.

Généralement, la valeur de perméabilité minimum du papier utilisé dans la fabrication des cigarettes classiques * est d’environ 5 unités Coresta, car les tentatives d’utilisation de perméabilités inférieures à cette valeur ont eu pour résultat que les cigarettes ne pouvaient rester allumées si on les laissait se consumer lentement, même pendant un court laps de temps. La présente invention est basée sur la découverte selon laquelle on pouvait utiliser des enveloppes de papier ayant des valeurs de perméabilité nettement plus faibles, tout en maintenant des caractéristiques d’auto-combustion acceptables pour les articles à fumer, pour autant que l’on choisisse un papier dont le rappor entre le coefficient de diffusion de l’oxygène (Dq) à travers l’azote dans le papier et l’épaisseur (t) de ce dernier, répon/de aux conditions spécifiées. Le coefficient de diffusion fou diffusibilitê) d’un gaz dans un mélange gazeux binaire est defini par la quantité de gaz passant par unité de temps à travers un plan d’une unité de surface lorsque le gradient de concentration est l’unité. Les gaz se diffusent plus lentement à travers des solides poreux tels que le papier, qu’à travers la phase gazeuse libre. Le coefficient de diffusion des gaz à travers le papier est mesuré par un procédé décrit par Drake et al. et publié dans le "International Journal of Heat and Mass Transfer'/ Γ980, volume 23, pages 127-134. Si le coeffi-cient de diffusion est mesuré en cm sec et l’épaisseur du papier, en cm, le rapport DQ/t sera alors exprimé en cm sec-1.

Le coefficient de diffusion est avantageusement stipulé par rapport à l’oxygène mais, pour la commodité de la mesure, il pourrait tout aussi bien être stipulé en termes d’un autre gaz.

La perméabilité à l’air d’un papier est exprimée, en 7 unités Coresta, par la quantité d’air (en cm ) passant à travers 2 1 cm du papier en une minute à une pression différentielle constante de 1,0 kilopascal.

Un papier à cigarette par inhérence poreux est consti-, tué d’un réseau de fibres entrelacées, habituellement pratiquement- en totalité ou principalement des fibres de cellulose, en-« » tre lesquelles sont dispersées des particules d’une charge, par exemple, de craie. Les ouvertures que comporte cette matrice de fibres/charge ont une largeur de l’ordre de 1yum. Cette valeur est faible comparativement à l’épaisseur du papier (habituellement 20 à 40 yUm) et l’écoulement de l’air à travers ces ouvertures du papier est régi par des forces visqueuses. Toutefois, lorsque le papier à cigarette est perforé, après le processus de fabrication du papier, par exemple, par un procédé électrc statique ou mécanique, les trous résultant de cette perforation'/ sont relativement grands, soit habituellement des diamètres moyens du même ordre de grandeur que l’épaisseur du papier. L'écoulement de l'air à travers ces perforations est régi par des forces d'inertie.

Dès lors, l'écoulement total à travers un papier à cigarette perforé est constitué de deux composantes, à savoir un écoulement visqueux à travers la structure poreuse du papier, laquelle est inhérente au procédé de fabrication du papier, et un écoulement inertiel à travers les perforations. L'écoulement total à travers le papier perforé peut être exprimé par l'équation: Q = ZAP + Z'A(P)n 3 -1 où Q est l'écoulement d'air (cm min ), 2 A est la surface du papier (cm ) qui est exposée à l'écoulement d'air, P est la pression différentielle en travers du papier (kilopascals), Z est la perméabilité du papier (en unités Coresta) attribuable à l'écoulement visqueux à travers les ouvertures inhérentes au procédé de fabrication du papier (cm min ^ kilopascal , Z' est la perméabilité du papier attribuable à l'écoulement -1 -1/ inertiel à travers les perforations (cm min kilopascal ' et n est une constante pour un groupe donné de perforations, où 0,5 ^ n < 1,0. La valeur exacte de n dépend de la dimen-" sion des perforations pratiquées dans le papier.

D'après l'équation ci-dessus, la ''perméabilité totale" d'un papier à cigarette perforé est égale à (Z + Z'). Les valeurs relatives de Z et Z' pour un papier perforé donné peuvent être obtenues en mesurant l'écoulement à travers le papier à une série de pressions en travers de ce dernier et en procédant à une régression numérique des données Q/P dans l’équation cio/ dessus, en utilisant une valeur de n qui est fonction de la dimension moyenne des perforations pratiquées dans le papier.

La présente invention fournit un article à fumer, par exemple, une cigarette, comprenant un cylindre de matière à fumer enroulé dans une enveloppe dont la perméabilité à l’air attribuable à l'écoulement visqueux est pratiquement uniforme et ne dépasse pas sensiblement 3 unités Coresta, tandis que sa valeur DQ/t se situe pratiquement dans l'intervalle allant de 0,08 à 0,65 cm sec

De préférence, l'enveloppe précitée dont les valeurs de perméabilité à l'air et D /t satisfont aux limitations physiques définies ci-dessus, est constituée d'une seule couche de "1 papier. La valeur D /t est avantageusement de 0,25 cm sec maximum et de 0,15 cm sec ^ minimum.

De même, suivant l'invention, une matière d'enveloppe pour un article à fumer, constituée, de préférence, d'une seule couche de papier, a une perméabilité à l'air attribuable à l'écoulement visqueux qui ne dépasse pas sensiblement 3 unités Coresta et une valeur D /t qui se situe pratiquement dans l'intervalle allant de 0,08 à 0,65 cm sec

Si l'enveloppe comporte de grands trous et que la résistance à l'écoulement de l'air à travers cette enveloppe est, par n conséquent, attribuable tant à des forces d'inertie qu'à des forces visqueuses, on peut admettre que la perméabilité totale soit supérieure à 3 unités Coresta, mais la perméabilité attribuable à l’écoulement visqueux ne doit pas dépasser environ 3 unités Coresta. La perméabilité à l’air de l'enveloppe qui est attribuable à l’écoulement visqueux, est, de préférence, de 2 unités Coresta maximum, avantageusement, d'environ 1 unité Coresta. La perméabilité de l'enveloppe attribuable à l'écoulement visqueux doit être uniforme en ce sens que la perméabilité du papier utilisé pour former l'enveloppe (mesurée dans n'impor/t /1/ quelle zone de cette dernière) est la même que celle mesurée dans n’importe quelle autre zone de cette enveloppe. La perméabilité à l’écoulement visqueux souhaitée de l'enveloppe en papier constitue avantageusement une propriété inhérente du papier qui résulte du procédé de fabrication de ce dernier.

Une valeur DQ/t minimum acceptable se situant dans l'intervalle d'environ 0,08 à environ 0,65 cm sec-^ dépendra, dans une mesure limitée, d'un certain nombre de facteurs de conception de l’article à fumer, par exemple, le type et la forme du tabac ou d'une autre matière à fumer, ainsi que le diamètre du cylindre de matière à fumer.

La vitesse de production du courant secondaire de matiè res totales en particules, c'est-à-dire le débit de matières tota les en particules du courant secondaire par cigarette, divisé par le temps pendant lequel la cigarette est fumée, est en corrélation avec la quantité de fumée du courant secondaire visible qui se dégage de la cigarette. Pour des cigarettes commerciales fabriquées avec des papiers classiques, la vitesse de production du courant secondaire de matières totales en particules est supérieure à environ 3,0 mg min Dans le cas de cigarettes fabriquées suivant la présente invention, il est possible d'obtenir des valeurs de 2,0 mg min”^ ou moins.

Suivant l’invention, on peut fabriquer des cigarettes présentant une réduction de 40¾, voire même de 60¾ ou plus du débit dematières totales en particules du courant secondaire, par rapport à des cigarettes comparables fabriquées avec des papiers classiques et ce, sur la base d'un nombre égal de bouffées. Les débits des autres composants de la fumée du courant secondaire, par exemple, l'oxyde de carbone et l'anhydride carbonique, sont également réduits en utilisant la présente ijx-j vention. /jy - 7 -

Les cigarettes fabriquées suivant l’invention ont une vitesse de combustion statique inférieure â celle des cigarettes classiques. Toutefois, moyennant une sélection des variables de conception pertinentes, on peut aisément obtenir des cigarettes qui restent allumées lorsqu’elles sont fumées au rythme d'une bouffée par minute. Dès lors, les cigarettes réalisées conformément à l'invention offrent non seulement l'avantage de produir« un faible courant secondaire de fumée, mais elles peuvent également posséder la caractéristique de s'éteindre d'elles-mêmes lorsqu'on les laisse se consumer lentement pendant une période prolongée.

La matière constituant l'enveloppe peut comporter des additifs ou des charges. Des additifs chimiques peuvent être incorporés, à raison de 0,5¾ à 4%, en vue de conférer les caractéristiques requises de formation de cendres et/ou de combustion lente. Des additifs appropriés sont les phosphates, par exemple le phosphate mono-ammonique ou le phosphate disodique, les citrates, par exemple, le citrate de sodium ou le citrate de potas sium, les tartrates, les formiates, les lactates et les acétates Des charges appropriées sont le dioxyde de titane, l'oxyde de ' magnésium et le carbonate de calcium.

L'invention sera expliquée plus en détail ci-après, à titre d'exemple, en se référant à quatre types de cigarettes A, B, C et D suivant l'invention, ainsi qu'en se référant, à titre de comparaison, à trois types de cigarettes de conception classique E, F et G.

Des détails concernant les papiers utilisés pour les / * cigarettes A-G sont donnés dans le tableau 1 ci-après. / / * * / // / / l· / - 8 - TABLEAU 1

Perméabilité D t D /t

Cigarette (Unités Coresta) 2° , (cnr sec” ) (cm) (cm sec A 0,7 0,00032 0,0030 0,11 B 1,0 0,0010 0,0040 0,25 C 1,5 0,0021 0,0035 0,60 D 3,0 0,00070 0,0030 0,23 E et G 25 0,0070 0,0040 1,75 F 50 0,0125 0,0039 3,21

Chacune des cigarettes B, C, E et F est constituée d’un cylindre de tabac d'une longueur de 59 mm et d'une circonférence de 24,75 mm, fixé à un filtre d'acétate de cellulose d’une longueur de 25 mm. Le mélange de tabacs et la spécification du filtre sont les mêmes pour chacune de ces cigarettes.

Les cigarettes A, D et G sont des cigarettes sans filtre comportant un cylindre de tabac d'une longueur de 70 mm et d'une circonférence de 25 mm. Les cigarettes à bout filtre sont fumées jusqu'à ce que le cylindre de tabac soit réduit à une longueur de 8 mm et les cigarettes sans filtre, jusqu’à une longueur de 23 mm, dans des conditions normalisées d'une bouffée de 2 secondes et d'un volume de 35 cm3 toutes les minutes en vue de déterminer les débits de matières totales en particules et de nicotine du courant principal et du courant secondaire. Les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau 2 ci-après^^/ - 9 - TABLEAU 2

Courant principal Courant secondaire „ , __1______Nombre

Cigarette Matières tota- Nicotine Matières tota- Nicotine _ les en parti- les en parti- ^our- cules cules (mg/cigarette) (mg/cigarette) (mg/cigarette) (mg/cigarette) A 40,8 2,30 17,6 2,04 15,0 B 26,4 1,56 20,6 2,73 19,1 C 22,2 1,49 21,7 2,60 16,1 D 37,7 2,00 21,2 2,11 12,3 E 16,0 1,31 34,0 * 4,58 11,7 F 15,3 1,21 31,9 4,30 11,3 G 26,7 1,70 27,6 3,60 9

Comme on peut le constater d’après le tableau 2, les cigarettes B et C présentent un courant secondaire dont les débits de matières totales en particules et de nicotine sont de loin inférieurs aux débits correspondants des cigarettes E et F de conception classique. De plus, les cigarettes B et C se fument avec un nombre de bouffées nettement plus élevé, comparativement aux cigarettes E et F, cependant qu’elles possèdent en meme temps des caractéristiques d’auto-combustion acceptables.

De la même manière, les cigarettes A et D se fument avec un nombre de bouffées supérieur à celui des cigarettes témoins G sans filtre Le tableau 3 ci-après illustre les pourcentages de réduction des débits des composants de la fumée du courant secondaire pour des cigarettes sans filtre A et D, comparativement à des cigarettes témoins fabriquées avec des papiers classiques, les nombres de bouffées étant égaux pour les cigarettes d'essai et les/ cigarettes témoins. /Jy TABLEAU 3

Matières tota- Matières en

Cigarette les en parti- Nicotine particules, CO CO2 cules eau et nico tine libres A 62 66 61 57 40 D 44 57 41 41 32

On a détermine les vitesses de production de matières totales en particules du courant secondaire pour les cigarettes A et D; on a constaté qu’elles étaient de 1,3 et 1,9 mg min ^ respectivement.

L’amélioration du nombre de bouffées constatée à propos du tableau 2 peut être utilisée pour réduire les débits précités par cigarette en réduisant la quantité de tabac constituant chaque cylindre, tout en offrant, au fumeur, un nombre de bouffées égal à celui observé avec les cigarettes de fabrication classique.

C'est ainsi que, si la longueur de combustion de la cigarette B est réduite de 51 mm à 30 mm, c'est-à-dire si la longueur totale du cylindre de tabac est réduite de 59 mm à 38 mm, le nombre de bouffées sera réduit de 19,1 à 11,3, soit la valeur de la cigarette classique F. Il pourrait en résulter, dans le courant seco: .daire, des débits réduits de-12,1 mg pour les matières totales en particules et de 1,61 mg, pour la nicotine. De la même manière, le nombre de bouffées de la cigarette C pourrait être réduit de 16,1 à 11,3 en réduisant la longueur de combustion de 51 mm à 36 mm avec pour résultat, des débits réduits, dans le courant secondaire, de 15,3 mg pour les matières totales en particules et de 1,84 mg pour la nicotine. Pour les deux types de cigarette B et C à longueur de combustion réduite, les débits de matières totales en particules du courant principal pourraient se rapprocher de ceux de la cigarette F. On considère que l’invention / peut s'appliquer utilement à des cylindres de tabac dont ley/ -11- longueurs se situent dans l’intervalle allant de 25 à 55 mm.

On comprendra que l'utilisation d'une enveloppe suivant la présente invention offre, au fabricant d'articles à fumer, en particulier, de cigarettes, un outil précieux pour contrôler les débits du courant secondaire, considérés dans l'absolu ou relativement à et/ou conjointement avec les débits . du courant principal, afin d'obtenir des articles à fumer accep tables présentant des combinaisons de propriétés de combustion qui n'ont pu être obtenues jusqu'à présent, du moins aisément et ce, par des moyens relativement simples qui ne s'écartent pas essentiellement des procédés de fabrication courants ou qui ne sont pas susceptibles de présenter des inconvénients inacceptables tels que des caractéristiques d'auto-combustion médiocres.

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Claims (8)

1. Article à fumer comprenant un cylindre de matière à fumer enroulé dans une enveloppe, en particulier, une enveloppe en papier, caractérisé en ce que la perméabilité à l'air de l'enveloppe, attribuable à l'écoulement visqueux, est pratiquement uniforme et ne dépasse pas sensiblement 3, de préférence, 2 unités Coresta, tandis que la valeur DQ/t de cette enveloppe se situe pratiquement dans l'intervalle allant de 0,08 à 0,65 cm sec

2. Article à fumer suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur DQ/t de l'enveloppe est de 0,15 cm sec-"1 minimum.

3. Article à fumer suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur D /t de l'enveloppe est de 0,25 cm sec maximum.

4. Article à fumer suivant l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la longueur du cylindre de matière à fumer se situe dans l'intervalle allant de 25 à 55 mm.

5. Article à fumer suivant l'une quelconque des reven- * dications 1 à 4, caractérisé en ce que, lorsqu'on fume l'article la vitesse de production des matières totales en particules du courant secondaire est d'environ 2 mg min 1 maximum.

6. Article à fumer suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, lorsqu'on fume l'article on obtient,· sur la base d'un nombre égal de bouffées, une réduction d'au moins 40¾ du débit de matières totales en particules du courant secondaire, comparativement à un article à fumer comportant une enveloppe de papier à cigarette classique.

7. Article à fumer suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la réduction du débit de matières totales en par- - 13 -

8, Matière d’enveloppe pour un article à fumer, carac térisée en ce qu'elle a une perméabilité à l'air ne dépassant pas sensiblement 3 unités Coresta et une valeur D /t se situant o pratiquement dans l'intervalle allant de 0,08 à 0,65 cm sec""1·, de préférence, de 0,15 cm sec minimum. Dessins : .. planches „J.b.......pages dont.......pane de garde * ______Ao..... p a-„es ('?. description ..........<&._ ce revendications .........abrégé descriptif Luxembourg, !e -β nars Và5Z Charles München te·