帶改進的捲菸紙的吸菸製品的製作方法

2023-07-29 18:44:56

專利名稱：帶改進的捲菸紙的吸菸製品的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於如香菸的吸菸製品的捲菸紙，特別涉及一種具有一熱源、一外在為單獨的煙霧發生裝置和一菸嘴件的吸菸製品的捲菸紙。更具體說，本發明涉及一種用一種基本上不燃燒紙作為一內包裝紙和外包裝紙的吸菸製品，其中外包裝紙至少包裹這種吸菸製品的燃燒件的一部分。
香菸、彐茄和菸斗是通用的吸菸製品，它們以不同形式使用菸草。幾年來，提出過許多吸菸產品和吸菸製品，以作為對各種通用吸菸製品的改進或提供代用品。
提出過許多種取代菸草的吸菸材料，在Rainer等人的美國專利4079742中具體列出了這些材料在十九世紀七十年代中，歐洲引進了商品名為Cytrel和NSM的取代菸草的吸菸材料，以用作菸草代用品，但在商業上未獲得長時期的成功。
涉及產生帶香味的氣體和/或可見煙霧的吸菸製品的參考文獻有許許多多。例如，請閱Sicgcl的美國專利2907686;Ellis等人的美國專利3258015和3356094;Moscs的美國專利3516417;Bolt的美國專利4340072以及Steiner的美國專利4474191。
在轉讓給R.J.Reynolds菸草公司的歐洲專利出版物No.212234和美國專利4708151，4714082，4756318，4793365，4827950，4858630，4893637，4893639，4903714和4938238中，描述了諸種吸菸製品，這些製品能提供在吸香菸和菸斗時產生的感覺而不必燃燒菸草以及不必排放相當數量的不完全燃燒產物。這些吸菸製品採用一煙霧發生裝置，該裝置實際上與一燃料件相分開且與該燃料件保持熱交換關係。該煙霧發生裝置通常包括多種形式的菸草，諸如密實的小切片，菸草萃取物，以及菸草香味調節劑，菸草香味添加劑和甘油之類的煙霧形成物質。
如今希望提供基本上不燃燒的紙或捲菸紙，它能包裹至少這種吸菸製品的燃料件的一部分，而且，這種捲菸紙的孔隙度，自然以及流向燃料件的空氣流基本上與吸菸時捲菸紙經受的物理變化無關，並且捲菸紙被燒焦而不燃燒，留下的是在燃燒期間未受損的被炭化的捲菸紙纖維素成分。
本發明涉及一種獨特的捲菸紙，它尤其適於用作某種吸菸製品的捲菸紙，該吸菸製品具有一熱源(如一可燃性燃料件)和一外在為單獨的煙霧發生裝置。該捲菸紙至少部分包繞燃料件，它包括一或多張基本不燃燒的紙，在燃料件燃燒期間該紙有助於控制流到燃料件外周的空氣量，而不需基本上燒盡紙的纖維素成份。本發明捲菸紙的纖維素成分可炭化(燒焦)而不燃燒。這樣促使灰(炭)成為一整體而不會明顯增大或減少吸菸期間的捲菸紙的孔隙度。本發明的最好的吸菸製品能為吸菸者提供吸菸和樂趣(如吸菸氣味、感覺、滿足等)。
按照本發明製備的捲菸紙，尤其對於諸如在上面提到的歐洲專利出版物212234和美國專利4938238中所述的吸菸製品來說，它能利用減小吸菸期間燃燒的捲菸紙量的變化而幫助減小因不同的點菸和/或吸菸方式引起(煙霧)排放的變化。本發明還涉及使用這種捲菸紙材料的吸菸製品。
本發明的最佳吸菸製品採用一吸菸前長度小於約30毫米的碳質燃料件，以及一沿縱向設置在燃料件後面的煙霧發生裝置(即相對於燃料件偏向吸菸製品的菸嘴端)。通常，該煙霧發生裝置與燃料件進行熱交換。一通常厚度至少約0.5毫米的彈性隔熱件最好包裹於燃料件的外圓上。最佳吸菸製品還包括一具有一段過濾芯棒形狀的菸嘴。最佳的過濾段的過濾性能較低，以便儘可能不幹攏在抽菸時(即使用時)煙霧從煙霧發生裝置流到吸菸者的嘴中。該隔熱材料還可包括菸草、菸草萃取物等，以改善氣味、香味和顏色。最好在吸菸製品中採用一段設在煙霧發生裝置與過濾段之間的含香味材料，諸如一有折皺(gathered)或編織成的菸草紙或一含薄荷醇編織的填充碳的薄片。
本發明的最佳吸菸製品包括一用一種包裝材料如紙包起來的、通常呈填充物切割段形狀的裝有菸草的捲筒，從而形成一菸草杆。菸草可取一種被加工的形式，諸如體積膨脹的切割填充件或用水提取的體積膨脹的切割填充物。該菸草杆還能包括一隔熱材料如玻璃纖維，以作為其一組份。
最佳吸菸製品還包括一實際上分離於和沿縱向設置於燃料件之後的煙霧發生裝置。該煙霧發生裝置最好被包容在一導熱的或否則是耐熱的容器或外套中，該容器位於菸草杆的通道中且沿縱向穿過該菸草杆。
該容器中裝有一或多種煙霧形成材料。這樣的煙霧形成材料可包括菸草(如菸草粉、噴霧乾燥的菸草萃取物或菸草香料)和/或菸草香味添加劑(如糖、甘草和柯卡)。其它煙霧形成材料還包括那些在蒸發時可產生一種可見的、「煙霧狀」煙的多元醇，諸如甘油、丙二醇和三甘醇。容器中的煙霧形成材料通常可夾帶在一種基質中，諸如氧化鋁珠、一種碳纖維材料、緻密的(如成粒狀的(marumerized))菸草、碳或氧化鋁，或它們的混合物。
短燃料件最好沿縱向設置在容器的前面。菸嘴件，儘管它如利用一室或一或多個能裝入香料(flavorant)或煙霧形成材料的隔離件與容器分離開，最好設在容器的另一端。按照本發明，被隔熱套管包裹住的燃料件至少部分被一或多張基本上不燃燒的紙或捲菸紙所包裹。如上面指出的，這些捲菸紙幫助控制供於燃料件外周的空氣量，而不必基本上燒盡捲菸紙的纖維素成份，還能利用減小吸菸期間燃燒的捲菸紙量的變化而幫助減小因不同的點菸和/或吸菸方式引起(煙霧)排放的變化。
本發明捲菸紙的優點可通過使用一種被加上了一種阻燃劑(如CaCl2)，且使添加量能防止基本上燒盡捲菸紙的纖維素成份的捲菸紙這一方法而獲得。最好也可加一種炭化減緩劑(char-lightening agent)，如白堊或TiO2。本發明的捲菸紙有助於控制供於正燃燒的燃料件的外周空氣量，幫助減少側流煙，使菸灰顏色與通常香菸的類似，並在吸菸期內能始終一致地排放煙霧。
如上面指出的，本發明的捲菸紙包裹至少一部分燃料件，並最好包裹通常包住燃料件的隔熱材料套管。
先前的一些吸菸製品，諸如那些在上述歐洲專利出版物212234和美國專利4938238中描述的、使用了一層隔熱材料而捲菸紙基本上燒離被套住的燃料件的吸菸製品，從燃料件到煙霧發生裝置的熱傳遞大部分取決於基本上燒盡捲菸紙的纖維素成份這一點。然而，本發明的捲菸紙的纖維素成份，在點然和暴露在來自正在燃燒的燃料件的熱量中時，全部或部分毫不受損地被保留下來，而不明顯增大或減小捲菸紙的孔隙性。本發明的捲菸紙能幫助控制流向正在燃燒的燃料件的空氣流，減少因吸菸者的點菸和吸菸方式的不同而引起(煙霧)排放的變化，並減少了側流煙霧而保持和/或改善了給吸菸者送煙霧的一致性。
該捲菸紙最好包括一或多個薄片件，其中至少一個裝有足夠量的阻燃劑，以阻止或基本上減緩燒盡捲菸紙的纖維素成份。當該捲菸紙尤其用來包裹製品的其他組件如最佳隔熱套管時，它也至少部分用來保持製品前端諸組件的整體(組合)性。最佳捲菸紙還包括一炭化減緩劑，如白堊(如碳酸鈣)或TiO2，這種添加劑所提供的菸灰同通常的菸灰外表相同。
在某些最佳實施例中，本發明的捲菸紙由一種諸高孔隙度包裝紙的組合件組成，該組合件包括一種高孔隙度內包裝紙和一高孔隙度外包裝紙，其中內包裝紙在點燃燃料件時炭化(燒焦)而不會被基本上燃燒，並在吸菸期間保持高孔隙度;而高孔隙度外包裝紙在點燃時也炭化(燒焦)而不會被基本上燃燒，並也能幫助控制流到正在燃燒的燃料件的外周空氣量。該外包裝紙最好包含一炭化減緩劑(如白堊)塗層。這種諸包裝紙的組合的優點是始終一致地排放煙霧;減少由於不同點菸和/或吸菸方式造成的煙霧的變化;以及，幫助在吸菸期間使製品的多個組件保持整體(組合)性。
採用本發明捲菸紙的諸最佳吸菸製品，在FTC吸菸狀況下的開始抽的3口煙中，它能排放以溼式總顆粒物(wet total particulate matter(WTPM))度量的至少0.6毫克煙霧，FTC吸菸狀況是在2秒鐘期間抽35毫升，再間隔58秒鐘悶燒。更可取的是，本發明諸實施例能在最初3口煙中放出1.5毫克或更多的煙霧。最可取的是，當在FTC狀況下吸菸時，它能在最初3口煙中排放3毫米或更多的煙霧。此外，本發明最佳實施例，在FTC吸菸狀況下，在吸至少約6口(最好至少約10口)煙時，每一口煙可排放平均至少約0.8毫克WTPM。
除上述長處外，本發明的某些最佳吸菸製品能提供一種煙霧，這種煙霧的化學組成簡單，基本上包括空氣、二氧化碳、水、煙霧形成物、任何所需的香味或其它所需的揮發物，以及痕量其它物質。該煙霧最好也沒有明顯的用Ames試驗測得致變活動性。此外，最佳吸菸製品可做成無灰的，這樣，吸菸者在吸菸時不必彈灰了。
在本文中為本申請使用的名詞「煙霧」，其含義包括可見的和不可見的蒸汽、氣體、顆粒等，以及包括那些由吸菸者感到是「煙霧狀」的成份，這些成份是當來自燃燒著的燃料件的熱量作用在煙霧發生裝置中包含的物質上時，或在吸菸製品其它地方產生的。
本文中使用的短語「傳導熱交換關係」是定義為一種煙霧發生裝置和燃料件的結構設置方案，根據此方案，基本上在燃料件燃燒期的始終，依靠傳導使熱量從正在燃燒的燃料件傳給煙霧發生裝置。該種傳導熱交換關係能利用使煙霧發生裝置與燃料件相接觸以致使緊密靠近於燃料件的燃燒部分，和/或利用一導熱件將熱量從正燃燒的燃料件傳給煙霧發生裝置的辦法來實現，最好採用這兩種提供傳導熱傳遞的方法。
本文使用的名詞「(含)碳的」主要表示包括碳。
本文使用的名詞「隔熱件」用於所有主要用作隔離件的材料。最好是，在使用中，這些材料並不燃燒，但它們可包括慢燃燒性碳之類材料以及在使用中要熔化的材料，如紙溫度級的玻璃纖維。適用的隔熱件的導熱係數，如用克·卡(秒)·釐米2·℃/釐米為計量單位，則小於約0.05，較好應小於約0.02，最好小於約0.005。對此，請參閱Hackh的「化學詞典」(Chemical Dictionary)672頁(1969年第4版)和Lange的化學手冊」(Handbook of Chemistry)10頁、272-274頁(1973年第11版)。
使用本發明的捲菸紙材料的吸菸製品將在諸附圖中和下面的本發明的詳細說明(書)中予以更詳細的描述。


圖1是採用了本發明的捲菸紙的一最佳吸菸製品的縱向剖視圖;
圖1A和1B是表示從點火端看的最佳燃料件通道的結構形狀;
圖2A-2D是圖1所示的吸菸製品的諸分裂處的剖視圖，以表示用於在吸菸製品的前面端固定煙霧發生容器的裝置;
圖3是採用了本發明的捲菸紙的另一最佳吸菸製品的縱向剖視圖;
圖3A是圖3所示的吸菸製品的一分裂處的剖視圖，以表示較松地折皺而成的菸嘴件的菸草紙織物;
圖4表示一條用於比較先前的吸菸製品與採用了本發明捲菸紙的吸菸製品的標準的煙霧排放曲線;
圖5表示先前的吸菸製品和使用了本發明的吸菸製品在一(捲菸紙纖維素成分)不燒光(no burnback)吸菸狀態時的煙霧排放情況;以及圖6表示本發明一實施例的捲菸紙材料的熱解重量分析法。
按照本發明，提供一種獨特的基本上不燃燒的吸菸製品的捲菸皮，該捲菸紙有助於向燃料件外周提供充分的空氣。該捲菸紙尤其適用於一種具有一用一透氣隔熱層至少部分被包裹住的燃料(件)和一外在為單獨的煙霧發生裝置的吸菸製品，如在上述歐洲專利出版物212234中所述的那些吸菸製品。
熟練的(本領域)技工懂得依靠按照本發明的基本上不燃燒的捲菸紙提供給燃料件的空氣的量和一致性是系統相關(應變)的，並隨許多因素變化。這些因素包括燃料源產生的能量的大小，來自採用的特殊的煙霧發生裝置的熱匯效應，煙霧形成劑的量，攜帶煙霧形成劑的任何基質材料的物理特性，煙霧形成劑所含的水分，包裹燃料件的隔熱套管的類型和厚度，(吸菸製品)前端的總質量，與流過四周包圍住的菸草杆或其它透氣隔熱材料的空氣量相比較的流過燃料件的空氣量，(吸菸製品)前端諸組件的導熱性和通過吸菸製品的壓降等等。
鑑於許多原因，利用一本發明的捲菸紙控制達到燃料件外圍的空氣量是重要的。例如，在點菸和吸菸的整個過程中，上述「控制」能使流到燃料件的空氣的一致性和量相對保持恆定。由於本發明捲菸紙的纖維素成份基本上不被燒盡，故流到正在燃燒的燃料件的空氣與點菸和吸菸引起的物理和化學變化是相對無關的。
本發明捲菸紙的一個重要方面是捲菸紙纖維素部分被炭化(燒焦)而不燃燒。炭化能提供可控量的空氣到燃料件外周，這是因為捲菸紙的剩下部分，即炭化的纖維素和/或灰成份，在吸菸期會絲毫不受損壞。在先前的諸吸菸製品中，如在上述歐洲專利出版物中所述的那些吸菸製品中，包裹燃料件的紙一般基本上被燒光，以給燃燒件提供充分的空氣。換言之，在先前的吸菸製品中，當燃料件和四周包裹的紙被燒光時不能控制空氣流，或者，在需要一專門組件提供必需的空氣給燃料件，例如，在上述美國專利4938238所述的吸菸製品中，使用了玻璃纖維，當它熔化後向燃料件提供所需的空氣流。
在減小由於吸菸者點菸和/或吸菸方式不同引起的(煙霧)排放的變化這一點上，控制給燃料件的空氣流也是重要的。人們會理解吸菸者的點菸和/或吸菸方式，會從稱作為FTC吸菸狀況(在2秒鐘內吸菸35毫升，間隔58秒鐘的悶燒時間)變到加大的吸菸方式，如在緊接著連續吸2-3口後有一相對長時間的悶燒(發煙燃燒)。例如，當一吸菸者點燃一支採用了先前的捲菸紙系統的吸菸製品(如美國專利4938238中所述的那些)，並只吸一或兩口煙，再將煙製品放下一會兒或等到下次再吸用，這樣，在該支吸菸製品的使用期內排放出的煙霧量將大大減少。這主要是由於燃料件周圍的捲菸紙部分沒有完全燒盡的緣故。本發明的捲菸紙，利用在點菸時和吸菸的整個過程中能向燃料件提供所需的空氣量和排放空氣的一致性，以幫助減小在吸菸期間煙霧釋放的變化。參閱圖5，在此將採用了如美國專利4938238所述的捲菸紙系統的吸菸製品(圖中用「製品C」表示)與採用了本發明的捲菸紙的吸菸製品(圖中用「製品D」表示)作一對比。從圖5中可看出，當製品C處在一種(捲菸紙纖維素成份)不燒光的吸菸狀態中時，其排放的煙霧量(WTPM)都減少，這主要是因為流到燃料件的四周空氣量減少了。另一方面，採用了本發明捲菸紙的製品D儘管也處於較受限制的(捲菸紙纖維素成份)不燒光吸菸狀態，可它卻能提供所需的煙霧釋放量。該(捲菸紙纖維素成份)不燒光吸菸狀態包括在點菸時緊接著連續抽的第1-2口煙，以及在1分鐘後又抽第3和第4口煙，每口抽50毫升煙，間隔60秒鐘;抽第5口及以後各口煙，每口抽50毫升，間隔30秒鐘。
控制空氣流量也幫助控制了在峰值排煙時產生的WPTM，這幫助在吸菸製品使用期內產生比較均勻的煙霧排放。這樣的控制例如由於增長了燃料件壽命，使幫助提供所希望的吸菸次數並保持所希望的WPTM。從圖4可看出，當在FTC吸菸狀態下吸菸時，本發明捲菸紙(用「製品B」表示)提供了所希望的、用先前的捲菸紙系統(用「製品A」表示)，如在上述美國專利4938238中的那些捲菸紙系統可達到的煙霧量。
控制流向燃料件的空氣流量也由於控制了到達煙霧發生裝置的外周空氣量而有助於降低氣體溫度，從而降低了吸菸者感覺到的煙霧溫度。
可被炭化而不燃燒的本發明捲菸紙還有助於減少側流煙量。這種側流煙的減少部分是由於在吸菸期間特別是吸最初幾口煙期間燃燒的纖維素成份的量減少了的緣故。
按照本發明的一個方面，該捲菸紙包括一或多張香菸包裝紙或類似的紙，這種紙用阻燃劑進行了化學處理，以使基本上減少紙的纖維素成份被燒光，而在點菸和吸菸期間始終能保持所需量的、流向正在燃燒的燃料件外圍的空氣和空氣流量的一致性。
內/外包裝紙的孔隙度取決於多種因素，這些因素包括燃料源的物理特性(如通道的數量和設置情況)，燃料源的燃燒特性(如在吸菸期間燃料燃燒時熱的程度)，菸草杆和/或包裹燃料源的隔熱材料和/或煙霧發生裝置的密度，以及上述取決於整個系統的因素。一般來說，Coresta孔隙度通常為約5至6500釐米/分鐘，較好為約100至3000釐米/分鐘，最好為約300至2000釐米/分鐘。
如下面討論的，在某些最佳實施例中，在加工中將阻燃劑如氯化鈣加入到基底內包裝紙和/或外包裝紙中，而將一種炭化減緩劑和其它添加劑作為塗層加到外包裝紙上。在這些最佳實施例中，由於使用了塗層而減小了該基底包裝紙(內包裝紙和/或外包裝紙)的孔隙度。但是，在點燃吸菸製品之後，由於塗層被分解，被塗的包裝紙的孔隙度就變成基底包裝紙的孔隙度。
能按照本發明使用的阻燃劑包括那些在吸菸條件下降低纖維素分解溫度的諸種無機鹽，諸如無機滷化物、硫酸鹽和磷酸鹽。適用的氯鹽包括氯化鈣、氯化銨、氯化鎂。氯化鈣是一種最佳阻燃劑。其它可用的阻燃劑包括硫酸鹽，諸如硫酸鎂、硫酸一銨和磷酸鹽，如磷酸二鈉。
最好將阻燃劑加到上面香菸紙上，而添加的方式和量應使當點燃吸菸製品後被處理過的香菸紙被炭化但基本上不燒光紙的纖維素成份。
阻燃劑量也將取決於上述孔隙度和取決於系統的因素，以及是否用內和/或外包裝紙，或這兩者，包裹燃料件。阻燃劑量要足夠多，使大於在點燃吸菸製品後呈現被炭化的纖維素和/或灰成份殘留物形式捲菸紙的重量的約30%，較好是大於殘留物重量的約40%，最好為殘留物重量的約(45-75)%。
呈現被炭化的纖維素和/或灰成份殘留物形式的捲菸紙的量，能通過熱解重量分析法，如在一「Dupont 2100熱解重量分析儀」上方便地測定。圖6表示了一本發明最佳捲菸紙的熱解重量分析，即標名為「P2674-190」的一張試驗紙包含有阻燃劑和一塗層，包括白堊、KasilR和CMC。正如從圖6可看出的，溫度為250-550℃(包裹最佳吸菸製品的燃料件的捲菸紙所處的溫度)的包裝紙的炭化的纖維素和/或灰成分的量為約重量的(45-75)%。但是，須知塗層加到如包括「P2674-190」包裝紙的那些包裝紙上(下面在實例1中要描述)將會影響這些百分比，這取決於所加的塗層的量。
一般，加於內和/或外包裝紙的阻燃劑的量為約重量的(3-15)%，較好為約重量的(6-13)%，最好為約重量的(8-11)%。
按照本發明能使用的炭化減緩劑包括白堊、陶土、TiO2、MgO等。TiO2和白堊是最佳的炭化減緩劑，特別是同最佳阻燃劑CaCl2結合使用時。
使用的炭化減緩劑是量取決於許多因素，包括所希望的減緩程度;是炭化減緩劑加於包裝紙還是作為用於製作包裝紙的紙漿的一種組份而被添加了;包裝紙的孔隙度;阻燃劑和其它加於包裝紙的添加劑的量等等。例如，當阻燃劑是CaCl2時，炭化減緩劑的量應為約重量的(1-50)%，較好為約重量的(4-20)%，最好應是約重量的(6-8)%。
也能用於本發明某些最佳實施例的其他添加劑包括能和阻燃劑和/或減緩劑反應，和/或有利於使用阻燃劑和/或減緩劑的添加劑。這樣的添加劑包括水合矽酸鹽如KASILR，和粘合劑如CMC，瓜耳樹膠(Guar Gum)和Kclgin。使用的任何特定添加劑量也取決於許多因素，包括使用的阻燃劑和炭化減緩劑的種類和量，以及這些組份怎樣加於包裝紙。在某些最佳實施例中，加入了添加劑如KasilR後對使用的炭化減緩劑具有一種協同效應。
一般，當KasilR是添加劑時，使用的添加劑量為約重量的(1-15)%，較好為約重量的(2-8)%，最好約重量的(3-5)%。對於樹膠，它的量為約重量的(0.1-5)%，較好為約重量的(0.25-3)%，最好為約重量的(0.5-1.5)%。
熟練的技工會懂得有一些傳統的工藝可用來施加阻燃劑和/或炭化減緩劑和/或其它添加劑。這樣的工藝包括測量杆塗復法;空氣刀(air knife)法;刀顫法(Knife over blanket)或貼膠法。最佳工藝是測量杆塗復法。關於該工藝的說明，請閱如Kirk-Othmer的「化學技術百科全書」(Encyclopedia of Chemical Technology)第3版第6卷(1979)P.396，該工藝已被本文所引用以作參考。
儘管可將阻燃劑和其他組份按任何次序或兩者同時加入，而最好將阻燃劑比其他組份先加入或含入包裝紙，最好以塗層方式加入外包裝紙。較可取的是將阻燃劑加到用來做包裝紙的紙漿中。
如上述指出的，儘管通常的香菸紙能滿足內外包裝紙要求，而採用從Kimberly-Clark股份公司獲得的、分別標明為「P2674-190」和「P2674-52」的試驗紙能最好地滿足最佳內和外包裝紙的要求。
一般，最佳的外包裝紙，如P2674-190的組成是基底紙基本重量約34克/米2水含漂白牛皮紙漿 約重量的(88-89)%Corcsta孔隙度 500釐米/分鐘燃燒添加劑約為重量的11%的CaCl2反應膠料約為重量的0.3%的HerconR70塗層(以基底紙重量的百分比計算)7.8% 白堊4.3% KasilR1.0% CMC最佳的內包裝紙，如P2674-52的組成是基底紙基本重量(克/米2) 約28克/米2水含漂白牛皮紙漿 約重量的(91-93)%Corcsta孔隙度 1400釐米/分鐘燃燒添加劑約(6-8)%的CaCl2反應膠料 0.3%的HerconR70當炭化減緩劑如白堊和TiO2用來塗復於本發明的包裝紙時，它們並不用作一種通常的不透明顏料，而是通過一種已知的化學方式提供所需的淺灰色的灰。當省去時，煙炭是黑色的，並不吸引人。
利用該領域的技術人員所熟知的傳統的製紙技術可製造本發明的包裝紙。一般說來，紙件組份與水混合，漿加到造紙網上除水，再將紙在被加熱的輥子之間通過使其乾燥。在加工中，使用反應膠料，如HerconR70或AquapelR(來自Hercules化學股份公司)，以有利地增加紙的強度。如需要，也可採用其它織物成形工藝，如空氣成形工藝。
在最佳的內包裝紙/外包裝紙組合的實施例中，紙層的厚度通常與通常香菸紙的厚度相等。
使用了本發明捲菸紙的吸菸製品和其各組份，將更詳細地在Whitc等人的美國專利4771795，Banerjee等人的美國專利4714082，Clearman等人的美國專利4756318，Sensabaugh等人的美國專利4793365，Banerjee等人的美國專利4827950以及Barnes等人的美國專利4938238中，以及在歐洲專利出版物No.212234中描述，這些專利都被本文所引用作參考。在被本文引用作參考的歐洲專利出版物236992中提出了製造適用的燃料件的方法。在被本文引用作參考的歐洲專利出版物No.257230中描述了適用於組裝最佳的填充有基質的香菸的裝置，這種香菸具有插入到其一端中的燃料件。在被本文引用作參考的歐洲專利出版物299260和299272中描述了適用於製造本發明的最佳吸菸製品的裝置。
參閱圖1，圖中的香菸包括一短的含碳燃料件10，該燃料件有多個最好如圖1A或1B所示地設置的、貫穿的通道11。該燃料件10被一隔熱纖維如玻璃纖維制的彈性套管16所包裹或外接，該套管又被內包裝紙34所包裹，其中內包裝紙按本發明用一種阻燃劑和CaCl2處理過。
在燃料件10之後沿縱向設置了一耐熱套或容器12。該容器12通常用一種導熱材料如鋁製成。
雖然其他形式的基質，如耐熱碳纖維和緻密的碳、氧化鋁或菸草碎片也能使用，而在容器12中裝的是一種球狀或粉狀基質14。該基質14用作一煙霧發生物質的載體，其中煙霧發生物質包括諸如甘油，菸草增香(調味)劑(flavoring agent)以及諸如菸草末、細分的菸草薄片和菸草萃取物的菸草等。該容器12有一插入燃料件10的開口端和一具有一或多條狹縫狀通道或裂縫20的閉合端，這些通道形成有開孔。這些通道20的尺寸確定能使將基質阻滯在容器中，而可使蒸發的煙霧形成材料從中通過。
該容器12設置在一菸草卷18中並被該菸草卷所包裹。儘管可採用其它形式的菸草如擠壓菸草，一般該菸草卷裝滿了切割填充物(cut filler)。通常，切割填充物包括成股或成細條的菸草薄片，成股或成細條的再生菸草，體積膨脹的成股或成細條的菸草薄片和處理過的(如提取水份的)菸草薄片，處理過的菸草梗等，以及它們的混合物。該菸草卷18被包裝紙材料33如菸草紙所包裹，由此形成一菸草杆，杆中置有容器12。
沿外圓被隔熱套管16包裹的燃料件10和菸草杆，被一包裹的包裝紙31一起包起來，該外包裝紙按本發明已加入了一種阻燃劑如CaCl2和/或一種炭化減緩劑如白堊或TiO2。
在菸草杆的嘴端設有一菸嘴件22。該菸嘴件通常包括(ⅰ)一段被包裝紙35包裹起來的含香味材料24(如一種由帶有一種香味的薄荷醇的菸草紙或含碳的紙，較松地折皺成的織物);以及(ⅱ)一包括一段過濾材料26(如一種由無紡熱塑性纖維折皺或編織成的紙)的過濾插塞物，外面用包裝紙32捲起來。如圖1所示，含香味材料段24和容器12之間有一空間25。本實施例中的紙35沿其圓周有一部分割開並向裡折，以形成保持裝置27(見圖2A和2B)，該裝置可防止客器12移入空間25。在如圖2C和2D所示的另一最佳實施例中，該保持裝置27是一沿縱向長度部分向裡折的硬紙管27a，該管插入硬紙管27b中。這些紙管取代了空間25和/或含香味材料段24。
適用於製造這樣的小段，如用相應的紙狀材料織物做的含香味材料段24和過濾材料段26的裝置，在Pryor等人的美國專利4807809有所描述，本文已引用此專利以作參考。還可參閱歐洲專利申請304759。利用外包裝紙36將這兩段材料一起捲起來並固定到位。另外，如需要時，如可利用雷射或機械打孔工藝，在吸菸製品的菸嘴區端部打一圈空氣稀釋孔。
包括燃料件和菸草杆的吸菸製品的前端與菸嘴件緊貼，並用包裹住菸嘴件和菸草杆相鄰區的接頭材料(tipping material)30將吸菸製品前端和菸嘴件固定到位。
圖3表示了如圖1所示的吸菸製品的另一最佳實施例，其中不同之處是菸草紙較松折皺成的織物24』也佔據了圖1中的空間25。圖3A表示隨意折皺成的菸草紙織物24』。
本發明的吸菸製品還具有確定何時該製品被點燃和/或熄滅的裝置。一個這樣的裝置在Hanakura的美國專利4854332中作了介紹，該專利描述了一種在其上具有熱變色組份的香菸。在約40-80℃溫度範圍內，熱變色組份能可逆地改變香菸表面的顏色。在現有技術中已有其他一些溫度顯示器能用在本發明吸菸製品上。
現提供下面一些實例，以便進一步說明本發明的各實施例，但不能被看作對本發明範圍的限制。除非另有說明，所有份數和百分數均以重量計算。
例1圖1和3所示這種香菸是按下述方法製作的燃料源製備一種大體上為圓柱形、長9毫米直徑4.5毫米、具有一約為0.93克/毫升的表觀(堆積)密度的燃料件，是從約92份平均顆粒直徑為12微米的硬材紙漿碳(hardwood pulp carbon)，和8份在Kelco Division of Merck CO.現成有、並以Amoloid HV命名的藻酸銨粘結劑製造出來的。
硬材紙漿碳是這樣製得的，將一種不含滑石的加拿大大草原牛皮硬材紙(non-talc containing grade of Grand Prairie Canadian Kraft hardwood paper)在氮氣層中碳化，並以足以減小紙的氧化為目的而逐步升高溫度，最後升到一至少為750℃的碳化溫度。最終的碳材料在氮氣中冷卻到35℃以下，再將它研磨到平均顆粒直徑為約12微米的細粉末。
經細磨的粉末狀硬材碳中混入粘結劑和足夠的水，以提供一種稠麵團似的膏體。
利用一柱塞式壓出機將膏體擠成燃料件，使它具有5條沿外圓的裂口或槽形通道，每條通道的深度約0.032英寸，寬約0.016英寸。沿縱向延伸通過料件的諸通道的外形如圖1B所示。將最終的擠出物在空氣中乾燥成一彈性擠出物，再將它切成9毫米長，即成了燃料件。
基質基質是一種緻密化顆粒狀材料，它由45份平均顆粒直徑為15微米的粉末狀D2-2600燒結α氧化鋁(來自W.R.Grace Co.)，15份顆粒直徑為15微米的碳粉，10份近似為200泰勒標準篩號的混合菸草屑，10份近似為200泰勒標準篩號的裝箱(cased)混合菸草屑以及20份甘油和香料組成。將上述配方的膏體擠在一快速旋轉的盤上，使形成小的近似圓球狀的基質材料。美國專利4893639大概描述了該工藝及設備。
筒組件利用一金屬拉伸工藝用鋁製出中空金屬容器。該容器長約30毫米，外徑約4.5毫米，內徑約4.3毫米。容器一端是開口的;另一端是封閉的，但其上有兩個尺寸為約0.65×3.45毫米而相距約1.14毫米的缺口狀開口。
容器中裝入約340毫克處理過的基質。然後，將燃料件插到容器開口端中約2毫米深處，這樣，燃料件伸出容器開口端7毫米。
隔熱套管在長度為15毫米的隔熱套管材料上包裹一個長也為15毫米直徑4.5毫米的塑料管。該隔熱套管由Owens Corning C-玻璃織物組成。裝有玻璃纖維套管的燃料件的最終直徑約7.5毫米。該玻璃套管外包上上述內包裝紙材料P2574-52，這種包裝紙是一種用約(6-8)%CaCl2處理過的水合漂白牛皮紙漿做成的紙。
菸草卷由體積膨脹的，細纖維菸草、煙燻菸草和東方菸草切割填充物的混合物(volume expanded blend of Burley，Flue cured and oriental tobacco cut filler)組成的菸草卷外面包裹著一種來自Kimberly-Clark Co.的、標號為P1487-125的紙，從而形成一直徑約7.5毫米、長約22毫米的菸草杆。
前端的組件隔熱套管段和菸草杆，由上面提到的本發明的P2674-190紙將它們一起捲起而連接一起，這種紙包裹住整段菸草/玻璃套管以及整段菸草卷。P2674-190紙具有含在紙中的約11%的CaCl2和一種由約7.8%白堊、4.3%KasilR和1.0%CMC組成的塗料。將菸草杆鑽孔，以形成一沿縱向穿過菸草杆的、直徑約4.6毫米的通道。鑽頭尖形狀做得能伸入和配合於隔熱套管中的塑料管。從組合的隔熱套管和菸草杆的前端將筒組件插入，同時從菸嘴端抽出鑽頭和被配合的塑料管。筒組件一直插到燃料件的點火端與隔熱套管的前端齊平。最終的前端的總長度約37毫米。
菸嘴件菸嘴件包括一由較松折皺成的菸草紙做成的、長20毫米的圓筒段(見圖3A)和一由無紡溶吹(melt-blown)聚丙烯織物做成的、長20毫米的圓筒段，這兩小段均包括一外包裝紙(例如，見圖3)。每小段是由利用Pryor等人的美國專利4807809所述的裝置製備的杆分割而成的。
第一小段直徑7.5毫米，且從一種菸草紙折皺成的織物製得的，這種織物在Kimberly-Clark Co.有現貨供應，其貨號為P144-GNA，該小段外包裹了一種Kimberly-Clark Co.有現貨而貨號為P1487-184-2的插塞物包裝紙。
第二小段直徑約7.5毫米，且從一種無紡聚丙烯織物製得的，這種織物在Kimberly-Clark Co.有現貨供應，其貨號為PP100，該小段外包裹了一種Kimberly-Clark Co.有現貨而貨號為P1487-184-2的插塞物包裝紙。
將這兩小段沿軸向首尾相連的相互貼緊，再用一包裝紙將這兩小段在全長度上包裹起來。這種包裝紙在密執安州維克斯堡Simpson Paper Company有現貨供應，其貨號為L-1377-196F。菸嘴件長約40毫米。
香菸的最終組裝將前端組件和菸嘴件沿軸向首尾相接地緊貼，使前端組件的容器端與菸嘴的折皺成的菸草紙段相鄰接。利用將Ecusta Co.有現貨而貨號為30637-801-12001的接頭紙(tipping paper)包裹菸嘴件全長和前端組件靠近菸嘴件的5毫米長度這一方法，將前端組件與菸嘴件相連接。
要吸菸時，吸菸者用打火機點燃燃料件，則燃料件燃燒。吸菸者將香菸的菸嘴端放入嘴中，並抽吸香菸。一種具有菸草味的可見煙霧就被吸入吸菸者的嘴中。
例2圖1和圖3所示這種香菸是按下述方法製作的燃料源製備一種大體上為圓柱形、長9毫米直徑4.5毫米、具有一約為1.02克/毫升的表觀(堆積)密度的燃料件，是從約72份平均顆粒直徑為12微米的硬材紙漿碳，約20份包括大致為200泰勒標準篩號的細纖維菸草、煙燻菸草和東方菸草的混合的菸草屑和8份Hercules 7HF SCMC粘合劑製造出來的。
硬材紙漿碳是這樣製得的將一種不含滑石的加拿大大草原牛皮硬材紙在氮氣層中碳化，並以足以減小紙的氧化為目的而逐步升高溫度，最後升到一至少為750℃的碳化溫度。最終的碳材料在氮氣中冷卻到35℃以下，再將它研磨到平均顆粒直徑為約12微米的細粉末。
經細磨的粉末狀硬材碳中摻入菸草屑，羧基甲基纖維素鈉粘合劑和足夠的水，以提供一種稠麵團似的膏體。
利用一柱塞式壓出機將膏體擠成燃料件，使它具有5條沿外周的裂口或槽形通道，每條通道的深度約0.032英寸，寬約0.016英寸。沿縱向延伸通過燃料件的諸通道的外形如圖1B所示。將最終的擠出物在空氣中乾燥成一彈性擠出物，再將它切成9毫米長的段，即成了燃料件。
基質基質是一種緻密化顆粒狀材料，它由45份平均顆粒直徑為15微米的粉末狀D2-2600燒結α氧化鋁(來自W.R.Grace Co.)，15份顆粒直徑為15微米的碳粉，10份近似為200泰勒標準篩號的混合菸草屑，10份近似為200泰勒標準篩號的裝箱(cased)混合菸草屑以及19份甘油和1份香料組成。將上述配方的膏體擠在一快速旋轉的盤上，使形成小的近似圓球狀的基質材料。美國專利4893639大概描述了該工藝和設備。
筒組件利用一金屬拉伸工藝用鋁製出中空金屬容器。該容器長約30毫米，外徑約4.6毫米，內徑約4.4毫米。容器一端是開口的;另一端是封閉的，但開有兩個尺寸為約0.65×3.45毫米而相距約1.4毫米的缺口狀開口。
容器中裝入約340毫克基質。然後，將燃料件插到容器開口端中約2毫米深處。燃料件伸出容器開口端7毫米。
隔熱套管在長度為15毫米的隔熱套管材料上包裹一個長度也為15毫米直徑4.5毫米的塑料管。該隔熱套管由Owens Corning C-玻璃織物組成，該織物中帶有一片再片菸草紙，該紙被夾置在諸玻璃層與一包裹外層玻璃的第二片再生菸草紙之間。來自Kimberly-Clark Co.而標號為P2674-157的再生菸草紙片是一種含有混合菸草萃取物的紙片。成形前的再生菸草紙片的寬度，內部處為19毫米，外部處為26.5毫米。塑料套管的最終直徑約7.5毫米。
菸草卷由體積膨脹的，細纖維菸草、煙燻菸草和東方菸草切割填充物的混合物組成的菸草卷外面包裹著一種來自Kimberly-Clark Co.的，標號為P1487-125的紙，從而形成一直徑約7.5毫米、長約22毫米的菸草杆。
前端的組件利用例1所述的本發明的P2674-190紙將隔熱套管段和菸草杆連接在一起，該紙包裹住菸草/玻璃套管段的全長以及菸草卷的全長。將菸草杆的嘴端鑽孔，以形成一直徑約4.6毫米的沿縱向穿過菸草杆的通道。鑽頭尖的形狀做得能伸入和配合於隔熱套管中的塑料管。從組合的隔熱套管和菸草杆的前端將筒組件插入，同時從菸嘴端抽出鑽頭和被配合的塑料管。筒組件一直插到使燃料件的點火端與隔熱套管的前端齊平。最終的前端的總長度約37毫米。
菸嘴件菸嘴件包括一由較松折皺成的菸草紙做成的、長20毫米的圓筒段和一由無紡熔吹聚丙烯織物做成的、長20毫米的圓筒段，這兩小段均包括一外包裝紙。每小段是由利用Pryor等人的美國專利4807809所述的裝置製備的杆分割而成的。
第一小段直徑約7.5毫米，且從一種菸草紙較松折皺成的織物製得的，這種織物在Kimberly-Clark CO.有現貨供應，其貨號為P144-GNA，該小段外包裹了一種Kimberly-Clark CO.有現貨而貨號為P1487-184-2的插塞物包裝紙。
第二小段直徑約7.5毫米，且從一種無紡聚丙烯織物製得的，這種織物在Kimberly-Clark CO.有現貨供應，其貨號為PP100，該小段外包裹了一種Kimberly-Clark CO.有現貨而貨號為P1487-184-2的插塞物包裝紙。
將這兩小段沿軸向首尾相接地相互貼緊，再用一包裝紙將這兩小段在全長度上包裹起來。這種包裝紙在密執安州維克斯堡Simpson Paper Company有現貨供應，其貨號為L-1377-196F。菸嘴件長約40毫米。
香菸的最終組裝將前端組件和菸嘴件沿軸向首尾相接地緊貼，使前端組件的容器端與菸嘴的、折皺成的菸草紙段相鄰接。利用將Ecusta CO.有現貨而貨號為30637-801-12001的接頭紙(tipping Paper)包裹菸嘴件全長和前端組件靠近菸嘴件的5毫米長度這一方法，將前端組件與菸嘴件相連接。
例3與例1中描述的那些類似的吸菸製品設置有一未經處理的內包裝紙P850-185和一外包裝紙，內包裝紙P850-185是Kimberly-Clark CO.生產的，其定量(basis weight)約31克/米2，其Coresta孔隙度約3300釐米/分鐘;外包裝紙包括具有約8%的、在加工中含入的NH4Cl的P850-185。在吸菸期間，這些吸菸製品很少產生側流煙和位於燃燒端的黑碳。
例4與例3中描述的那些類似的吸菸製品設置有一未經處理的內包裝紙P850-185和一包括具有約8%的、在加工時含入的MgCl2的P850-185的外包裝紙。在吸菸期間，這些吸菸製品很少產生側流煙和位於燃燒端的黑碳。
例5與例1中描述的那些類似的吸菸製品設置有一具有約8%CaCl2的經處理的內包裝紙P850-185和一包括具有約8%的、在加工時含入的CaCl2的P850-185的外包裝紙。在吸菸期間，這些吸菸製品很少產生側流煙和位於燃燒端的黑碳。
例6與例1中描述的那些類似的吸菸製品設置有一未經處理的內包裝紙P850-185和一包括具有約6%的、在加工時包含進的磷酸二鈉(disodium phosphate)的P850-185的外包裝紙。在吸菸期間，這些吸菸製品很少產生側流煙和位於燃燒端的黑碳。
例7與例1中描述的那些類似的吸菸製品設有下述外包裝紙。基紙由水合漂白牛皮紙漿組成，在紙張加工工藝中在紙漿中加入了阻燃劑。還加入了其餘的化學品，以作為其塗料。
Kimberly-Clark公司 Coresta 定量 化學品量紙號孔隙度 (未塗復的) 8%CaCl2P2301-115-A 2700 34.5克/米2
塗層(料) 7.8%白堊5.9%Kasil0.7CMCP2301-115-B 4500 21.9克/米28%CaCl2塗層(料) 8.3%白堊6.2%Kasil0.8%CMCP2301-116-C 6500 20.8克/米28%CaCl2塗層(料) 8.2%白堊6.1%Kasil0.8%CMC在吸菸期間，這些吸菸製品能產生所需量的煙霧，且減少了側流煙。
權利要求
1.一種改進的吸菸製品捲菸紙具有(a)一至少部分被一透氣的隔熱層包裹的燃料件，以及(b)一外在為單獨的包括一種煙霧形成材料的煙霧發生裝置；其中捲菸紙包裹至少一部分隔熱層，並包括一用一種阻燃劑處理過的紙，阻燃劑的量應恰使絕大部分捲菸紙在被點燃後以炭化纖維素和/或灰成份形式被保留下來。
2.如權利要求1所述的改進的捲菸紙，其特徵在於，點燃後被保留的炭化纖維素和/或灰成份形式的捲菸紙的量大於約30%的重量。
3.如權利要求1所述的改進的捲菸紙，其特徵在於，吸菸前的捲菸紙的Coresta孔隙度約為(5-6500)釐米/分鐘。
4.如權利要求1所述的改進的捲菸紙，其特徵在於，阻燃劑是從由氯化鈣、氯化銨、氯化鎂、硫酸鎂、硫酸一銨、磷酸二鈉以及其各種混合物組成的一組中選取的。
5.如權利要求4所述的改進的捲菸紙，其特徵在於，阻燃劑量約為捲菸紙重量的(3-15%)。
6.如權利要求1所述的改進的捲菸紙，其特徵在於，還包括一種炭化減緩劑。
7.如權利要求6所述的改進的捲菸紙，其特徵在於，炭化減緩劑是從由白堊、陶土、TiO2、MgO及其各種混合物組成的一組中選取的。
8.如權利要求6所述的改進的捲菸紙，其特徵在於，阻燃劑是CaCl2，炭化減緩劑的量約為捲菸紙重量的(1-50)%。
9.如權利要求1或6所述的改進的捲菸紙，其特徵在於，還包括從由水合二氧化矽(hydrated silica)和粘合劑組成的一組中選取的添加劑。
10.一種吸菸製品包括(a)一燃料件;(b)一外在為單獨的煙霧發生裝置，它沿縱向設置在燃料件後面並包括至少一種煙霧形成材料;(c)一將至少一部分燃料件包裹住的透氣的隔熱層;以及(d)一至少部分包裹隔熱層的捲菸紙，至少包括一用一種阻燃劑處理過的紙，阻燃劑的量應恰使絕大部分捲菸紙在被點燃後以炭化纖維素和/或灰成份形式被保留下來。
11.如權利要求10所述的吸菸製品，其特徵在於，點燃後被保留的炭化纖維素和/或灰成份形式的捲菸紙的量大於約30%的重量。
12.如權利要求10所述的吸菸製品，其特徵在於，吸菸前的捲菸紙的Coresta孔隙度約為(5-600)釐米/分鐘。
13.如權利要求10所述的吸菸製品，其特徵在於，阻燃劑是從由氯化鈣、氯化銨、氯化鎂、硫酸鎂、硫酸一銨、磷酸二鈉以及其各種混合物組成的一組中選取的。
14.如權利要求13所述的吸菸製品，其特徵在於，阻燃劑量約為捲菸紙重量的(3-15)%。
15.如權利要求10所述的吸菸製品，其特徵在於，還包括一種炭化減緩劑。
16.如權利要求15所述的吸菸製品，其特徵在於，炭化減緩劑是從由白堊、陶土、TiO2、MgO及其各種混合物組成的一組中選取的。
17.如權利要求15所述的吸菸製品，其特徵在於，阻燃劑是CaCl2，炭化減緩劑的量約為捲菸紙重量的(1-50)%。
18.如權利要求10或15所述的吸菸製品，其特徵在於，還包括從由水合二氧化矽(hydrated Silica)和粘合劑組成的一組中選取的添加劑。
19.如權利要求10所述的吸菸製品，其特徵在於，捲菸紙包括一內包裝紙和一外包裝紙。
20.如權利要求19所述的吸菸製品，其特徵在於，在內包裝紙和外包裝紙上有阻燃劑。
21.如權利要求20所述的吸菸製品，其特徵在於，還包括一加在內包裝紙上的塗層。
22.如權利要求21所述的吸菸製品，其特徵在於，塗層包含一種炭化減緩劑。
23.如權利要求22所述的吸菸製品，其特徵在於，塗層還包含一種水合二氧化矽(hydrated silica)。
24.如權利要求10或19所述的吸菸製品，其特徵在於，燃料件是含碳的。
25.如權利要求24所述的吸菸製品，其特徵在於，燃料件長度不足約30毫米，直徑小於約8毫米。
26.如權利要求24所述的吸菸製品，其特徵在於，煙霧發生裝置與燃料件之間通過傳導來進行熱交換。
27.如權利要求24所述的吸菸製品，其特徵在於，隔熱層厚度至少約0.5毫米。
28.如權利要求25所述的吸菸製品，其特徵在於，還包括一導熱件，它接觸至少一部分燃料件和至少一部分煙霧發生裝置。
全文摘要
一種用於吸菸製品如香菸的捲菸紙，特別是一種用於具有一熱源、一外在為單獨的煙霧發生裝置和一菸嘴件的吸菸製品的捲菸紙。更具體說，本發明涉及採用一種基本上不可燃的紙的吸菸製品，這種紙用作內包裝紙和/或外包裝紙，以至少包裹這種吸菸製品的燃料件的一部分。
文檔編號A24D1/02GK1059266SQ9110553
公開日1992年3月11日 申請日期1991年8月7日 優先權日1990年8月28日
發明者拉塞爾·迪安·巴恩斯, 凱利·赫留斯·哈奇森, 卡門·保羅·迪戈瑞高利, 勞埃德·喬治·卡施保, 彼得·尤金·布裡格亨梯, 威廉·弗朗西斯·卡特賴特, 本傑·唐·摩根 申請人:R·J·雷諾茲菸草公司