Сигарета с низким уровнем побочной струи дыма, с горючей бумагой, имеющей модифицированные характеристики пепла
Изобретение относится к табачным продуктам. Сигарета с низким уровнем побочной струи дыма содержит обычный стержень (54) из табака и горючую бумагу для обработки (56, 58), имеющую композицию для обработки побочной струи дыма. Композиция для обработки содержит, в сочетании, катализатор окисления на основе оксида металла - переносчика и донора кислорода и по существу негорючую добавку в виде частиц для указанного катализатора. Композиция для обработки и/или добавления оксидов или карбонатов металлов к ней обеспечивает улучшение характеристик пепла. 3 н. и 58 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область изобретения
Настоящее изобретение относится к снижению уровня побочной струи дыма при горении сигарет и других продуктов для курения. Более конкретно, настоящее изобретение относится к сигаретной бумаге, к гильзе для сигарет или обертке для сигар, или для других подобных им табачных продуктов, для понижения уровня видимой побочной струи дыма, при этом создавая модифицированный пепел.
Предпосылки изобретения
Делались различные попытки для уменьшения или исключения побочной струи дыма, исходящей от горящей сигареты. Заявитель разработал различные подходы к системам контроля побочной струи дыма от сигареты, как описано в его патентах Канады 2054735 и 2057962, патентах США 5462073 и 5709228 и в опубликованных PCT заявках WO 98/16125 и WO 99/53778.
Разработаны другие системы контроля побочной струи дыма, которые используют фильтрующий материал или поглощающий материал в табаке, фильтре или в бумажной гильзе. Примеры этих систем описаны в патентах США 2755207, 4108151 и 4225636, в заявках на Европейские патенты 0740907 и 0251254 и в заявках на Международные патенты WO 97/27831 и WO 99/53778. Патент США 2755207 описывает сигаретную бумагу с низким уровнем побочной струи дыма. Сигаретная бумага при горении дает дым, по существу, не содержащий вредных компонентов. Сигаретная бумага представляет собой материал целлюлозы в волокнистой форме. Она тесно связана, в своем объеме, с мелкодисперсным материалом кремнистого катализатора минерального типа. Сигаретная бумага, которая является по существу негорючей и огнестойкой, остается по существу неизменной во время горения сигаретной бумаги и функционирует подобно катализатору при модификации горения бумаги. Пригодные для использования кремнистые катализаторы включают в себя обработанные кислотой глины, термически обработанный монтмориллонит и природные и синтетические силикаты, содержащие некоторое количество атомов водорода, которые являются относительно мобильными. Пригодные для использования смешанные оксиды кремния включают в себя оксиды кремния с оксидом алюминия, оксидом циркония, оксидом титана, оксидом хрома и оксидом магния. Другие оксиды кремния включают в себя оксиды кремния и алюминия с массовым отношением оксида кремния к оксиду алюминия, равным 9:1.
Патент США 4108151 описывает использование наполнителя для сигаретной бумаги на основе гамма-оксида алюминия, который селективно уменьшает количество органических составляющих паровой фазы в табачном дыме. В сигаретной бумаге имеется, по меньшей мере, 50 мас.% наполнителя на основе оксида алюминия для уменьшения количества органических составляющих в паровой фазе, в табачном дыме. В результате происходит некоторое уменьшение видимой побочной струи дыма, исходящей из горящей сигареты. Гамма-окись алюминия чаще всего известна как активированная окись алюминия, которая распыляется до мелкодисперсного состояния, чтобы она проходила через сито 300 меш.
Патент США 4225636 описывает использование угля в сигаретной бумаге для понижения количества органических компонентов в паровой фазе и общего количество материала в виде частиц, находящихся в побочной струе дыма. В дополнение к этому, уголь приводит к значительному понижению видимой побочной струи дыма, исходящей от горящей сигареты. Активированный уголь является предпочтительным в качестве источника углерода. Использование активированного угля приводит к небольшому уменьшению видимой побочной струи дыма. До 50% сигаретной бумаги может представлять собой мелкодисперсный уголь. Бумаги, покрытые углем, могут использоваться в качестве внутренней гильзы для табачного стержня в сочетании с обычной сигаретой.
Заявка на Европейский патент 0740907, опубликованная 6 ноября 1996 года, описывает использование цеолитов в табаке сигареты для изменения характеристик побочной струи дыма и, в частности, удаляет различные компоненты из основной струи дыма, такие, например, как некоторые смолы. Цеолит, когда он предусматривается в табаке, также заметно изменяет характеристики побочной струи дыма. Используемые цеолиты имеют размер частиц, находящийся в пределах между 0,5 мм и 1,2 мм.
Заявка на Европейский патент 0251254 описывает использование наполнителя с высокой внешней площадью поверхности в сигаретной бумаге. Наполнители, как правило, представляют собой кристаллы и твердые тела, имеющие площади поверхности, равные, по меньшей мере, 20 м2/г. Наполнители предпочтительно представляют собой пероксиды, карбонаты, фосфаты, сульфаты, алюминаты и силикаты. Считается, что пористые наполнители, такие как цеолиты, не являются предпочтительными в сигаретной бумаге и рассматриваются как функционирующие подобно обычному мелу.
Опубликованная PCT заявка WO 97/27831 описывает использование деалюминированного цеолита для поглощения неполярных или слабополярных молекул из полярной жидкости или газа. Эффективные количества армированного деалюминированного цеолита могут включаться в сигаретную бумагу для понижения количества моноокиси углерода в побочной струе дыма. Стадия деалюминирования содержащих алюминий цеолитов делает цеолит гидрофобным с тем, чтобы воздействовать на адсорбцию и удаление неполярных и слабополярных молекул, которое часто происходит в присутствии воды.
Опубликованная PCT заявка WO 99/53778 описывает негорючий лист материала для обработки, для понижения выбросов побочной струе дыма. Лист используется как гильза и наносится поверх обычной сигаретной бумаги обычной сигареты. Гильзы имеет очень высокую пористость, чтобы дать возможность для горения сигареты со скоростями обычного свободного горения, или вблизи них, при этом, в то же время, ограничивая видимые выбросы побочной струи дыма. Негорючая гильза содержит негорючие керамические волокна, негорючие волокна активированного угля, а также другие стандартные материалы, используемые при изготовлении гильзы. Гильза также содержит цеолиты или другие подобные поглощающие материалы и катализатор окисления на основе оксида металла - донора кислорода/переносчика кислорода. Негорючая гильза создает приемлемый уровень контроля побочной струи дыма, однако из-за негорючей природы гильзы остается обугленная трубка.
Патенты США 4433697 и 4915117 описывают включение керамических волокон при производстве сигаретной бумаги. Патент США 4433697 описывает включение, по меньшей мере, 1 мас.% керамических волокон в композицию бумаги, в сочетании с наполнителями из оксида магния и/или гидроксида магния, для уменьшения видимой побочной струи дыма, исходящей от горящей сигареты. Композиция из древесной массы, керамических волокон и наполнителей используется для изготовления бумажного листа на обычных бумагоделательных машинах. Керамические волокна могут быть выбраны из группы, состоящей из поликристаллического оксида алюминия, алюмосиликата и аморфного оксида алюминия. Используется наполнитель из гидроксида магния или оксида магния и наносится в виде покрытия или наносится в виде слоя на волокна листа.
Патент США 4915117 описывает негорючий лист для удерживания табака. Тонкий лист формируется из керамических материалов, которые при горении не дают дыма. Керамический лист содержит тканый или нетканый материал из керамических волокон или смесь бумаги и керамики, термически разложившихся при высокой температуре. Керамическое волокно могут быть выбрано из неорганических волокон, таких как волокно из оксида кремния, волокно из оксида кремния - оксида алюминия, волокно из оксида алюминия, волокно оксида циркония, или волокно из алюмоборосиликата и стекловолокно. Керамический лист формируется путем связывания этих материалов с помощью неорганических связующих, таких как силикагель или алюмогель. Волокна предпочтительно имеют диаметр от 1 до 10 микрометров.
Опубликованная PCT заявка WO 01/41590 описывает использование керамических материалов в гильзах для сигарет для уменьшения побочной струи дыма. Керамический наполнитель, который включен в сигаретную гильзу с использованием связующего, имеет размер частиц в пределах 2-90 мкм. Керамический наполнитель имеет заданную форму, которая является сферической или по существу сферической, овальной или по существу овальной, или имеет другую нерегулярную форму, близкую к ним. Керамический наполнитель может представлять собой оксид алюминия, оксид кремния, алюмосиликат, карбид кремния, стабилизированный или нестабилизированный оксид циркония, циркон, гранат, палевой шпат и тому подобное. Керамический наполнитель предусматривается в сигаретной гильзе в количестве более чем 40 мас.% от сухих материалов в суспензии, которые используются для производства гильзы. Связующее может представлять собой альгинат, смолу, целлюлозу, пектин, крахмал или соли металлов I или II группы и этих связующих. Полученная гильза обычно имеет пористость, меньшую, чем 200 единиц кореста, и предпочтительно она находится в пределах 2-100 единиц кореста. Гильза имеет плотность 0,5-3,0 г/см3. Гильза предпочтительно используется в качестве наружной гильзы для пористого нераскуриваемого плотно свернутого табачного стержня, имеющего пористость примерно 12000 единиц кореста.
Коллоидные гели наносятся на обычную сигаретную бумагу для уменьшения побочной струи дыма, в частности коллоидные гели, изготовленные из алюмината магния, алюмината кальция, оксида титана, оксида циркония и оксида алюминия, как описано в патенте Канады 1180968 и в заявке на патент Канады 2010575. Патент Канады 1180968 описывает нанесение гидроксида магния, в форме аморфного геля, в качестве компонента наполнителя сигаретной бумаги для улучшения внешнего вида пепла и уменьшения побочной струи дыма. Гель на основе гидроксида магния наносится как покрытие или наносится в виде слоя на волокна листа сигаретной бумаги. Заявка на патент Канады 2010575 описывает использование гелей, получаемых с помощью гелеобразования из раствора или процесса золь-гель перехода, для контроля горения гильз для изделий для курения. Гели могут наноситься в виде покрытий на волокна бумаги до того, как бумага формируется в виде гильз. Гильзы являются пригодными для уменьшения видимой побочной струи дыма. Оксиды металлов для коллоидных гелей могут представлять собой оксиды алюминия, титана, циркония, натрия, калия или кальция.
Опубликованная заявка на патент Германии DE3508127 описывает сигарету нового типа, которая производит сноп искр, когда ее раскуривают. Это достигается путем включения гранулярной смеси металлов, в форме феррита церия или силико-церия, в сигаретную бумагу. Когда сигарета раскуривается, особенно в темных местах, раскуриваемая сигарета разбрасывает искры вместе с эффектом яркого света. Частицы феррита церия, включенные в сигаретную бумагу, обычно имеют размер частиц, равный примерно 20 мкм.
Катализаторы также непосредственно наносятся на сигаретную бумагу, как описано в патенте Канады 604895 и патенте США 5386838. Патент Канады 604895 описывает использование платины, осмия, иридия, палладия, родия и рутения в сигаретной бумаге. Эти металлы функционируют как катализаторы окисления, обрабатывая пары, возникающие от горения бумажной гильзы. Оптимальный каталитический эффект достигается с помощью металлического палладия. Частицы металла в соответствующей среде диспергируются на лицевой стороне бумажной гильзы до того, как она наносится на сигарету.
Патент США 5386838 описывает использование коллоидного раствора, содержащего смесь железа и магния, в качестве композиции для подавления дыма. Композиция для подавления дыма изготавливается путем совместного осаждения железа и магния из водного раствора в присутствии основания. Композиция из железа и магния демонстрирует высокую площадь поверхности, приблизительно от 100 м2/г приблизительно до 225 м2/г, когда нагревается до температуры, находящейся в пределах между 100°C и приблизительно 500°C. Композиция из железа и магния может добавляться к древесной массе, которая используется для изготовления сигаретной бумаги, подавляющей дым. Композиция из железа и магния, видимо, функционирует в качестве катализатора окисления и уменьшает количество дыма, производимого горящей сигаретой. Катализатор может также наносится на табак, например, как описано в патенте США 4248251, палладий, либо в металлической форме, либо как соль может наноситься на табак. Присутствие палладия в табаке уменьшает количество полициклических ароматических углеводородов в основной струе дыма. Палладий используется в сочетании с неорганической солью либо азотной, либо азотистой кислоты. Такие нитраты включают в себя литий, натрий, калий, рубидий, цезий, магний, кальций, стронций, лантан, церий, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, эрбий, скандий, марганец, железо, родий, палладий, медь, цинк, алюминий, галлий, олово, висмут, их гидраты и их смеси. Катализаторы также используются в трубках для уменьшения побочной струи дыма, как описано в опубликованной PCT заявке WO 98/16125.
Патент США 6228799 описывает композицию, содержащую оксид церия и оксид циркония в форме частиц и имеющую высокую площадь поверхности, обычно превышающую 35 м2/г. Композицию изготавливают путем совместного осаждения частиц церия и циркония из раствора при повышенной температуре, которые затем отделяют и сушат при температурах, находящихся в пределах 80-300°C, а затем кальцинируют при температурах, находящихся в пределах между 200 и 1200°C.
Каталитические материалы используют в аэрозольных типах сигарет, которые не производят побочной или основной струи дыма, самой по себе, но, вместо этого, ароматизированный аэрозоль. Примеры этих аэрозольных сигарет включают в себя те, которые описаны в патентах США 5040551, 5137034 и 5944025, которые используют катализаторы для обеспечения генерации тепла, необходимого для получения аэрозоля. Такие системы катализаторов включают в себя оксиды церия, палладия или платины.
Разнообразные системы контроля побочной струи дыма рассматривались в литературе, но ни одна из них не предполагает горючей сигаретной бумаги, которая горит подобно нормальной сигарете, без видимого воздействия на вкус сигареты, и имеет приемлемый пепел.
Краткое описание изобретения
В соответствии с различными аспектами настоящего изобретения создана сигаретная бумага, гильза для сигарет, обертка для сигар или других подобных табачных продуктов для уменьшения видимой побочной струи дыма с улучшенным или модифицированным пеплом.
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения в сигарете с низким уровнем побочной струи дыма, имеющей обычный табачный стержень и горючую бумагу для обработки, указанная бумага для обработки имеет композицию для обработки побочной струи дыма, содержащую катализатор окисления на основе оксида металла - переносчика и донора кислорода и по существу негорючую мелкодисперсную добавку для указанного катализатора в виде частиц, улучшение включает в себя использование твердого раствора частиц смешанных оксидов металлов в качестве указанного катализатора и указанной добавки.
Катализатор окисления на основе оксида металла - переносчика и донора кислорода, в качестве части твердого раствора, предпочтительно выбирается из группы, состоящей из оксида лантана, оксида церия, оксида празеодима, оксида неодима и их смесей. Добавка, которая также является частью твердого раствора, предпочтительно выбирается из группы оксидов металлов, состоящей из оксида циркония, оксида алюминия, оксида магния, оксида титана и их смесей.
Твердый раствор смешанных оксидов металлов может, кроме того, содержать в твердом растворе металлический катализатор, выбранный из группы, состоящей из палладия, платины, родия, оксида олова, оксида меди, оксида железа, оксида марганца и их смесей. Предпочтительные смешанные оксиды твердого раствора представляют собой смешанный оксид церия/лантана, смешанный оксид церия/циркония, смешанный оксид церия/циркония/лантана, смешанный оксид церия/циркония/празеодима, смешанный оксид церия/циркония/лантана/празеодима, смешанный оксид церия/циркония/неодима и их смеси.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения сигарета с низким уровнем побочной струи дыма содержит обычный табачный стержень и горючую бумагу для обработки, имеющую композицию для обработки побочной струи дыма, композиция для обработки содержит катализатор окисления на основе оксида металла - переносчика и донора кислорода, по существу негорючую добавку для указанного катализатора и оксид металла для модификации характеристик пепла.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения добавка может содержать смешанный оксид металла, или карбонатный наполнитель используется в сочетании с материалом на основе цеолита. Материал на основе цеолита предпочтительно находится в количестве, изменяющемся в пределах примерно от 0,1 до 35 мас.% от общей сухой массы композиции, хотя количество может быть большим. Смесь оксидов металлов может включать в себя смеси оксида циркония, оксида олова, оксида титана, оксида магния, оксида алюминия, оксида церия оксида олова, оксида железа, оксида марганца, карбоната кальция, карбоната циркония, карбоната магния и их смесей. Оксиды металлов могут иметь различные площади поверхности, и наиболее предпочтительно, любая низкая площадь поверхности находится в пределах примерно до 5 до 15 м2/г, и высокая площадь поверхности превышает 20 м2/г. Золь оксида гидрата церия может быть нанесен на добавку, например оксиды металлов, для обеспечения увеличения каталитической активности.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения материал катализатора окисления на основе оксида металла - переносчика и донора кислорода предпочтительно включает в себя оксид лантана, оксид церия, оксид празеодима, оксид неодима и их смеси. Катализатор окисления типа благородного металла и переходного металла также может включаться, такой как палладий, платина, родий, оксид олова, оксид меди, оксид железа, оксид марганца и их смеси. Эти катализаторы могут также фиксироваться на добавке или на материале для модификации пепла или как часть твердых раствор смешанных оксидов.
Композиция для обработки побочной струи дыма может включаться в горючую бумагу для обработки, наноситься на горючую бумагу для обработки, импрегнироваться в бумагу для обработки или представлять собой сочетание указанных выше стадий. Бумага для обработки может представлять собой двойную гильзу, и ее слои могут иметь одинаковые или различные композиции. Один из слоев двойной гильзы может представлять собой обычную бумагу. Альтернативно, один из слоев двойной гильзы может иметь композицию, направленную, прежде всего, на уменьшение содержания побочной струи дыма, а другой слой бумаги двойной гильзы включают в себя композицию, направленную на модификацию пепла.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения сигарета с низким уровнем побочной струи дыма содержит обычный табачный стержень и горючую бумагу для обработки, имеющую композицию для обработки побочной струи дыма. Композиция для обработки содержит катализатор окисления на основе оксида металла - переносчика и донора кислорода, и по существу негорючая поглощающая добавка к катализатору с высокой площадью поверхности включается в указанную бумагу для обработки. Покрытие из карбоната кальция предусматривается на внешней поверхности бумаги для обработки, для модификации характеристик пепла.
Для простоты описания, когда используется термин сигарета, понимается, что он не только включает в себя сигареты для курения, но также и любую форму обернутого табачного продукта для курения, такую как сигары, или что-либо подобное. Когда используется термин "бумага для обработки", он понимается как охватывающий горючие гильзы и тому подобное, которые могут использоваться на сигаретах, сигарах и тому подобное. Гильза может использоваться как единственный слой сигаретной бумаги или множество слоев сигаретной бумаги. Гильза может применяться в виде единственного слоя сигаретной бумаги или в виде гильзы, расположенной поверх обычной сигаретной бумаги сигареты. Бумага для обработки может включать в себя, в качестве своей подложки, обычную сигаретную бумагу или подобный горючий продукт с широким диапазоном значений пористости. Обычный табачный стержень охватывает табачные композиции, как правило, использующиеся в раскуриваемых сигаретах. Эти стержни должны отличаться от табачных компонентов, используемых в аэрозольной сигарете.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные воплощения настоящего изобретения изображены в чертежах, на которых
фиг.1 - схематический вид технологии распыления для нанесения композиции для обработки на сигаретную бумагу;
фиг.2 - схематический вид экструдирования пленки композиции для обработки на сигаретную бумагу;
фиг.3 - схематический вид нанесения композиции для обработки на сигаретную бумагу с помощью валика;
фиг.4 - схематический вид импрегнации покрытия из композиции для обработки в сигаретную бумагу;
фиг.5 - схематический вид перемешивания композиции для обработки с древесной массой при производстве сигаретной бумаги;
фиг.6 - общий вид табачного стержня, содержащего нанесенную на него бумагу для обработки согласно настоящему изобретению;
фиг.7 - альтернативное воплощение фиг.6;
фиг.8 - общий вид табачного стержня, имеющего композицию для обработки, заключенную между двумя слоями сигаретной бумаги, как они наносятся на табачный стержень; и
фиг.9 - общий вид двойной гильзы для табачного стержня, где бумага для обработки наносится поверх обычной сигаретной бумаги.
Подробное описание предпочтительных воплощений
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения композиция для обработки побочной струи дыма обеспечивает заданный уровень контроля видимой побочной струи дыма, при этом, в то же время, давая соответствующий пепел с заданными характеристиками. Композиция для обработки основной струи дыма согласно настоящему изобретению содержит катализатор окисления на основе оксида металла - переносчика и донора кислорода, используемый в сочетании с негорючей мелкодисперсной пористой добавкой для катализатора в виде частиц. Как раскрыто в параллельной заявке автора на патент США номер 09/954432, поданной 18 сентября 2001 года, было неожиданно установлено, что когда эти два компонента используются в сочетании либо сами по себе, либо с другими составляющими, получается весьма неожиданный уровень контроля видимой побочной струи дыма. Установлено, что при определенных типах каталитического материала и/или добавок характеристики пепла, такие как внешний вид, могут иногда быть худшими, чем приемлемые, например, из-за обесцвечивания, расслоения и отслоения. В соответствии с настоящим изобретением, делаются усовершенствования композиции и, в частности, в катализаторе и/или добавке, для модификации характеристик пепла, для обеспечения, например, приемлемого внешнего вида, приемлемой прочности, цвета, целостности и для уменьшения или устранения отслоения, расслоения и тому подобное, пепла.
Добавка может представлять собой любой подходящий для использования по существу негорючий, мелкодисперсный материал частиц, который не придает запаха и вкуса основной струе дыма и не дает никаких нежелательных запахов парам побочной струи. Материал частиц является физически стабильным при повышенных температурах горения сигаретного углерода. Добавка может иметь малую площадь поверхности, обычно меньшую, чем 20 м2/г, а предпочтительно, равную от 1 м2/г до 15 м2/г, а наиболее предпочтительно, от 3 м2/г до 10 м2/г. Понятно, что для материалов с низкой площадью поверхности частицы являются тонкодиспергированными и обычно являются непористыми. Однако, когда площадь поверхности увеличивается до 20 м2/г, понятно, что частицы могут быть пористыми. Наоборот, добавка может иметь также высокую площадь поверхности, обычно более высокую, чем 20 м2/г, и на этом уровне площади поверхности материал частиц обычно является пористым. Пористая добавка может иметь поры со средним диаметром, меньшим, чем 100 нм (1000Е). Более предпочтительно, поры имеют средний диаметр, меньший, чем 20 нм (200Е), и еще более предпочтительными являются поры со средним диаметром от 0,5 до 10 нм (5-100Е). Для материалов на основе цеолитов, поры имеют средний диаметр, находящийся в пределах примерно от 0,5 до 1,3 нм (5-13Е).
Добавка в виде частиц может иметь средний размер частиц, меньший, примерно, чем 30 мкм, более предпочтительно, меньший, примерно, чем 20 мкм, и наиболее предпочтительно, находящийся в пределах примерно от 1 мкм примерно до 10 мкм. Негорючие материалы могут представлять собой пористые глины различных категорий, повсеместно используемые при производстве сигаретной бумаги, такие как бентонитные глины или обработанные глины, имеющие высокие площади поверхности. Могут также использоваться негорючие углеродистые материалы, включая измельченные пористые углеродистые волокна и частицы. Могут быть использованы различные оксиды и/или карбонаты металлов, такие как пористые монолитные материалы на основе минералов, такие как оксид циркония, оксиды титана, оксид магния, оксид алюминия, оксид церия, оксид олова, оксид железа, оксид марганца, карбонат кальция, карбонат циркония, карбонат магния и их смеси, волокна оксидов металлов, такие как циркониевые волокна, и другие керамические материалы, такие как измельченные пористые керамические волокна и их смеси. В отношении оксида церия обнаружено, что он способен функционировать в качестве мелкодисперсной добавки и катализатора окисления на основе оксида церия - переносчика и донора кислорода. Другие материалы добавок включают в себя материалы с высокой площадью поверхности, такие как активированный уголь и цеолиты.
Добавка может также содержать сильно поглощающие материалы с высокой площадью поверхности, которые представляют собой негорючие, неорганические, мелкодисперсные частицы, такие как молекулярные сита, которые включают в себя цеолиты, и может также включать в себя аморфные материалы, такие как оксид кремния/оксид алюминия, оксид циркония, гидроксид циркония и тому подобное. Цеолиты, такие как цеолиты на основе силикалита, фауязиты, X, Y и L цеолиты, бета цеолиты, морденитные цеолиты и ZSM цеолиты, являются приемлемыми. Предпочтительные цеолиты включают в себя гидрофобные цеолиты и умеренно гидрофобные цеолиты, которые имеют сродство к гидрофобным и умеренно гидрофобным органическим соединениям такой побочной струи дыма, при этом пары воды очищаются. Цеолитные материалы обеспечивают очень пористую структуру, которая селективно поглощает и адсорбирует компоненты побочной струи дыма. Очень пористая структура, как правило, содержит макроскопические поры между частицами и микроскопические поры внутри частиц, которые представляют собой разветвления макроскопических пор. Предполагается, что компоненты захватываются в макроскопических порах и микроскопических порах, в присутствии оксида церия или других соответствующих катализаторов окисления, при высокой температуре горящей сигареты, такие захваченные компоненты преобразуются в окисленные соединения, которые продолжают оставаться захваченными в материале адсорбента или высвобождаются в виде невидимых газов, который имеют достаточно низкие уровни смолы и никотина, так что основная струя являются невидимой или имеет низкий желаемый уровень.
Цеолитные материалы могут характеризоваться следующей формулой: МmM′nM′′p[aAlO2·bSiO2·cTO2],
где
M представляет собой одновалентный катион,
M′ представляет собой двухвалентный катион,
M′′ представляет собой трехвалентный катион,
a, b, c, n, m и p представляют собой числа, которые отражают стехиометрические пропорции,
c, m, n или p могут также быть равны нулю,
Al и Si представляют собой тетраэдрически координированные атомы Al и Si, и
T представляет собой тетраэдрически координированный атом металла, способный замещать Al или Si,
где отношение b/a цеолита или материала, подобного цеолиту, имеет значения примерно от 5 до 300, и размер микроскопических пор находится в пределах примерно от 0,5 до 1,3 нм (от 5 до 13Е).
Предпочтительные цеолиты указанной выше формулы имеют конкретную формулы фауязитов ((Na2, Ca, Mg)29[Al58Si134O384]·240H2O; кубический), β-цеолитов (Nan[AlnSi64-nO128], с n<7; тетрагональный), морденитных цеолитов (Na8[Al8Si40O96]·24H2O; орторомбический), ZSM цеолитов (Nan[AlnSi96-nO192]˜16H2O, с n<27; орторомбический) и их смесей.
Понятно, что могут использоваться различные сорта поглощающего материала. Это является особенно верным для градиентов цеолитов, которые могут создаваться в каждом конкретном случае для селективной адсорбции, например, материалов с высокой температурой кипения, материалов с умеренной температурой кипения и материалов с низкой температурой кипения. Это может приводить к слоям композиции цеолита, где оксид церия или другой пригодный для использования катализатор, рассматриваемый этим изобретением, предпочтительно диспергируется в этих слоях. Затем эти слои могут связываться на сигаретной бумаге для табачного стержня путем использования связующего или адгезива, который может представлять собой, например, поливинилацетат, поливиниловый спирт, карбоксиметилцеллюлозу (CMC), крахмалы и казеин или белки сои и их смеси.
Катализатор окисления на основе оксида металла - переносчика и донора кислорода - может выбираться из оксидов переходных металлов, оксидов редкоземельных металлов (таких как скандий, иттрий и металлы ряда лантаноидов, то есть лантан) и их смесей. Понятно, что катализатор может находиться в форме оксида металла или предшественника оксида металла, который при температуре горения сигареты преобразуется в оксид металла для осуществления своей каталитической активности. Оксиды переходных металлов могут быть выбраны из оксидов группы металлов, состоящей из металлов групп IVB, VB, VIB, VIIB, VIII и IB из Периодической таблицы и их смесей. Предпочтительные металлы из группы переходных металлов представляют собой оксиды железа, меди, серебра, марганца, титана, циркония, ванадия и вольфрама, а из группы редкоземельных металлов, оксиды металлов лантаноидов, таких как оксиды лантана, церия, празеодима, неодима и их смеси. Например, церий может использоваться в смеси с любым из переходных металлов, например, как смешанный оксид Ce/Zr. Понятно, что другие катализаторы окисления на основе оксидов металла могут использоваться с типом катализатора - переносчика кислорода и донора кислорода. Такие другие металлические катализаторы включают в себя благородные металлы и металлы из групп IIA, IVA, и их смеси. Примеры включают в себя палладий, платину, родий, оксид олова, оксид меди, оксид железа, оксид марганца и их смеси.
Предшественник цериевого катализатора может находиться в форме соли церия, такой как нитрат церия или других диспергируемых форм церия, таких как коллоидный раствор церия, приготовленный из церия оксида гидрата, или, как он часто упоминается, гидроксида церия, который наносится в растворе или в виде золя на поглощающий материал или на бумагу в виде покрытия, и который преобразуется в оксид церия при высокой температуре горения сигареты, чтобы затем функционировать как катализатор. Понятно, что золь может представлять собой золь оксида гидрата церия с низким уровнем нитратов. Для целей описания настоящего изобретения термин катализатор, как предполагается, включает в себя и любой предшественник катализатора.
Катализатор, такой как оксид церия, используется в сочетании с материалом добавки. Обнаружено, что когда они оба используются отдельно друг от друга или в виде разделенных не соприкасающихся слоев, способность контролировать основную струю дыма сильно уменьшается. Хотя в некоторых системах некоторый контроль побочной струи дыма может достигаться. Предпочтительно, катализатор находится по существу рядом с материалом добавки. Это может достигаться путем перемешивания катализаторов в виде частиц, в смеси с добавкой, приведения в контакт слоя добавки со слоем катализатора, нанесения катализатора на добавку или импрегнирования катализатора внутри поверхностей пор добавки или на ней, для получения желаемых неожиданных свойств контроля побочной струи дыма. Нужно понять, что множество других составляющих может использоваться в дополнение к сочетанию катализатора окисления на основе оксида металла - переносчика кислорода и донора кислорода и добавки. Дополнительные добавки могут использоваться для дополнительного улучшения обработки потока побочной струи дыма или изменения других характеристик сигареты. Такие дополнительные добавки могут смешиваться с композицией для обработки или использоваться где-либо еще в конструкции сигареты, при условии, разумеется, что такие добавки не окажут явного отрицательного воздействия на способность композиции для обработки к обработке побочной струи дыма.
Композиция может быть приготовлена множеством способов, которые достигают перемешивания церия с поглощающим материалом. Например, поглощающий материал может быть опылен раствором соли церия, такой как нитрат церия, или золем оксида гидрата церия, или погружен в него, для импрегнации поверхности поглощающего материала материалом церия. Оксид церия может быть получен в виде отдельного мелкодисперсного порошка, который смешивается с мелкодисперсным порошком поглощающего материала. Является особенно предпочтительным, чтобы порошки катализаторов имели средний размер частиц, меньший, примерно, чем 30 мкм, а предпочтительно, меньший, чем 20 мкм, а наиболее предпочтительно, равный примерно от 1,0 до 10 мкм, и более предпочтительно, от 6 до 10 мкм, для обеспечения тесного смешивания и перемешивания материалов.
В качестве общего принципа выбора размера частиц и площади поверхности катализатора, специалист в данной области заметит, что выбранный катализатор имеет площадь поверхности, такую, чтобы обеспечить, чтобы активные центры катализатора были доступны для мигрирующих компонентов побочной струи дыма. Это может привести, в определенных воплощениях, к размеру частиц катализатора, большему, чем 30 мкм, если частицы катализатора правильно распределены для достижения необходимой степени окисления компонентов побочной струи дыма.
Неожиданно было установлено, что оксид церия, в особенности оксид церия с высокой площадью поверхности, представляет собой один из немногих оксидов металлов, которые могут осуществлять обе функции настоящего изобретения, а именно катализатора - переносчика кислорода и донора кислорода, а также добавки. Пористые частицы оксида церия могут быть приготовлены с высокими площадями поверхности и со средним размером частиц, требуемым для добавки. Оксид церия используется в сигаретной бумаге, в первом количестве как катализатор, а во втором количестве, как добавка к композиции для обработки. Такие количества оксида церия соответствуют, как правило, количествам, используемым для катализатора и добавки, в соответствии с другими аспектами настоящего изобретения, для получения общей загрузки. Как вариант, оксиды церия с высокой площадью поверхности могут использоваться вместе с такими добавками, как цеолиты или другие оксиды металлов с высокой площадью поверхности, такие как оксид циркония или гидроксид циркония.
Церий может быть приготовлен в виде дисперсии в растворе, такой как золь оксида церия или что-либо подобное, и нанесен на поглощающий материал, такой как цеолит. Затем он сушится и обжигается для создания частиц оксида церия, фиксированных на поверхностях поглощающего материала. Когда частицы оксида церия фиксируются на поверхностях добавки, таких как поверхности цеолита, средний размер частиц может быть меньшим, примерно, чем 10 мкм. Относительные количества оксида церия, фиксированного на цеолите, могут находиться в пределах примерно от 1 до 75 мас.%, по отношению к общему эквиваленту оксида церия и содержанию цеолита. Предпочтительные относительные количества оксида церия, фиксированного на цеолите, могут находиться в пределах примерно от 5 до 70 мас.%, по отношению к общему эквиваленту оксида церия и содержанию цеолита.
Один из возможных способов для получения объединенного продукта оксида церия, фиксированного на поверхности цеолита, описывается в опубликованной, ожидающей совместного решения заявке, серийный № 60/318878, озаглавленной A Process For Making Oxide metal-Coated Microporous Materials, зарегистрированной USA patent Office 14 сентября 2001 года, предмет которой включается сюда в качестве ссылки.
Способ, в целом, включает в себя изготовление каталитического материала из частиц цеолита, покрытых оксидом церия, имеющего, по меньшей мере, 1 мас.% оксида церия, нанесенного на внешние поверхности материала из частиц цеолита, по отношению к общему эквиваленту оксида церия и содержания цеолита. В одном из аспектов, способ, в целом, включает в себя стадии:
i) объединения некоторого количества коллоидной дисперсии оксида гидрата церия (гидроксида церия) с совместимым материалом частиц цеолита для получения суспензии, при этом количество коллоидной дисперсии является достаточным для получения, когда производится термическая обработка как на стадии (ii), более чем 20 мас.% оксида церия, материала частиц цеолита, имеющего средний размер пор, меньший, чем 20Е, и коллоидной дисперсии, имеющей средний размер частиц, по меньшей мере, 20Е, для размещения тем самым коллоидной дисперсии на наружных поверхностях цеолита; и
ii) термической обработки суспензии, во-первых, при температурах ниже примерно 200°C, а во-вторых, выше примерно 400°C, для фиксации полученного оксида церия на наружных поверхностях материала частиц цеолита, для создания сыпучего объемного материала частиц.
Некоторые сочетания для композиции, предназначенной для обработки, могут приводить к получению того, что может быть рассмотрено как неприемлемый внешний вид пепла. Неприемлемые признаки внешнего вида пепла включают в себя расслоение, отслоение, пачкающий пепел, маслянистый внешний вид и цвет. Обсуждалось, что различные модификаторы пепла могут добавляться к бумаге для улучшения внешнего вида пепла. Такие модификаторы пепла включают в себя оксиды и/или карбонаты металлов, такие как оксид циркония, оксиды титана, оксид магния, оксид алюминия, оксид церия, оксид олова, оксид железа, оксид марганца, карбонат кальция, карбонат циркония, карбонат магния и их смеси.
Установлено, что композиция для обработки может потребовать модификаций для улучшения характеристик пепла. Такие модификации могут включать в себя выбор конкретного химического или физического типа катализатора - донора кислорода/переносчика кислорода и/или типа добавки. В частности, для улучшения цвета пепла таким образом, чтобы он стал скорее белым или серым, чем имел темный цвет угля, обнаружено, что ограниченные количества материала основы цеолита для добавки являются пригодными для использования. Ограниченные количества материала цеолита, по отношению к сухой массе бумаги, предпочтительно являются меньшими, чем 35 мас.%, а более предпочтительно, меньшими, чем 25 мас.%, а наиболее предпочтительно, меньшими, чем 15 мас.%. Понятно, что для компенсации ограниченного количества добавки на основе цеолита должны добавляться другие типы наполнителей. Пригодные для использования оксиды и/или карбонаты металлов включают в себя оксид циркония, оксиды титана, оксид магния, оксид алюминия, оксид церия, оксид олова, оксид железа, оксид марганца, карбонат кальция, карбонат циркония, карбонат магния и их смеси. Смешанные оксиды церия/циркония с низкой или высокой площадью поверхности в виде твердого раствора являются предпочтительными. Такие добавки могут быть получены, например, путем совместного осаждения частиц циркония и церия, сушки осадка, а затем обжига, для формирования продукта кристаллического твердого раствора оксида церия и оксида циркония с высокой площадью поверхности. Отношение оксида церия к оксиду циркония в этой кристаллической структуре может находиться в пределах примерно от 5:95 до 95:5. Как вариант, это отношение может находиться в пределах примерно от 20:80 до 80:20, а наиболее предпочтительно, изменяться примерно от 50:50 до 80:20. Этот материал, в свой форме с высокой площадью поверхности, также имеет каталитические свойства и также обеспечивает свойства переносчика и донора кислорода, когда оксид циркония функционирует в качестве добавки для оксида церия.
В отношении выбора катализатора также обнаружено, что сочетания с оксидом церия вносят вклад в лучший внешний вид пепла. Например, оксид церия может осаждаться на оксиде церия с высокой площадью поверхности, оксид гидрат церия осаждаться на оксидах церия/циркония с высокой площадью поверхности, оксид гидрат церия осаждаться и сушиться на частицах оксида церия с высокой площадью поверхности. Кроме того, катализатор окисления рассмотренных выше типов благородного металла или переходного металла может объединяться с материалами на основе церия, такими как палладий, платина, родий, оксид олова, оксид меди, оксид железа, оксид марганца и их смеси.
Твердые растворы смешанных оксидов металлов являются особенно предпочтительными, в качестве катализатора - донора кислорода, благодаря улучшенному более светлому цвету пепла. Твердый раствор смешанных оксидов металлов содержит катализатор окисления - донор кислорода и переносчик кислорода и добавку. Предпочтительные оксиды металлов в твердом растворе в качестве материала переносчика кислорода и донора кислорода содержат оксид лантана, оксид церия, оксид празеодима, оксид неодима и их смеси. Предпочтительные оксиды металлов в качестве добавок содержат оксид циркония, оксид алюминия, оксид магния, оксид титана и их смеси. Примеры этих твердых растворов включают в себя смешанный оксид церия/лантана, смешанный оксид церия/циркония, смешанный оксид церия/циркония/лантана, смешанный оксид церия/циркония/празеодима, смешанный оксид церия/циркония/лантана/празеодима, смешанный оксид церия/циркония/неодима. Эти твердые растворы смешанных оксидов и другие смешанные оксиды являются легкодоступными в качестве катализатора промышленного качества и являются доступными от ряда поставщиков катализаторов. Другие альтернативы твердым растворам включают в себя физические смеси оксида циркония, оксида алюминия, оксида магния, оксида титана с твердым раствором, например, с твердым раствором смешанного оксида церия/циркония. Другие твердые растворы и смешанные оксиды, рассматриваемые в настоящем изобретении, включают в себя смешанный оксид церия/алюминия, смешанный оксид церия/магния, смешанный оксид церия/титана.
Катализаторы окисления, которые могут быть включены в твердые растворы, обычно присутствуют в микроскопических количествах. Такие катализаторы включают в себя палладий, платину, родий, оксид олова, оксид меди, оксид железа, оксид марганца и их смеси. Они обычно включаются в твердые растворы при уровнях, меньших, чем 1 мас.% от твердого раствора в целом. Предпочтительное сочетание, и по отношению к твердому раствору с микроскопическими количествами другого катализатора окисления, представляет собой сочетание указанного выше катализатора с твердым раствором смешанного оксида церия/циркония. Является предпочтительным, чтобы указанный выше катализатор окисления, либо сам по себе, либо его смеси, включался в твердый раствор. Хотя является понятным, что указанный выше катализатор или его смеси могут наноситься на поверхности частиц твердого раствора смешанного оксида церия/циркония.
Многоцелевой твердый раствор смешанных оксидов включает в себя оксид церия/оксид циркония/оксид магния/оксид титана, где оксид церия составляет примерно от 5% примерно до 75% твердого раствора.
Установлено также, что нанесение на гильзу частиц карбоната кальция является полезным при улучшении характеристик пепла. Как описывалось ранее, композиция для обработки может включаться в гильзу, или наноситься на нее, которая представляет собой единственную гильзу для табачного стержня. Как отмечалось выше, один из подходов для улучшения пепла заключается в уменьшении количества поглощающей добавки, такой как цеолиты, и замены ее выбранным оксидом металла. Как вариант, установлено, что, в особенности, с единственными гильзами, имеющими включение композиции для обработки, покрытие из карбоната кальция на наружной стороне гильзы значительно улучшает пепел, в особенности с точки зрения внешнего вида. Является совершенно неожиданным, что покрытие из частиц карбоната кальция обладает этим эффектом по улучшению характеристик пепла. Возможно, карбонат кальция химически или физически связывает составляющие в гильзе для получения более однородного пепла с цветом от светлого до серого. Частицы карбоната кальция могут суспендироваться с помощью соответствующего связующего для нанесения на гильзу. Пригодные для использования связующие включают в себя такие, которые обычно используются при нанесении карбоната кальция на гильзы, такие как поливиниловые спирты, крахмалы, CMC, казеин, соя, связующие глины и другие приемлемые связующие или клеи. Частицы карбоната кальция имеют размер частиц, обычно связываемый с их использованием в качестве наполнителя при производстве сигаретной бумаги. По этой причине размер частиц обычно является меньшим, чем 10 мкм, а предпочтительно, большим, чем 3 мкм. Хотя некоторые сорта карбоната кальция, меньшего, чем 1 мкм, также могут быть пригодными для использования.
Неожиданная активность композиции для обработки побочной струи дыма делает возможным ее использование в сигаретных бумагах, имеющих широкий диапазон значений пористости. Также обнаружено, что композиция не должна использоваться в сигаретных бумагах, которые уже имеют высокие значения пористости. Композиция для обработки работает одинаково хорошо в бумагах с очень низкими пористостями, примерно 0,5, и до очень высоких значений пористости, примерно в 1000 единиц кореста. Предпочтительные значения пористости обычно являются меньшими, чем 200 единиц кореста, а наиболее предпочтительные значения пористости обычно находятся в пределах примерно от 15 до 60 единиц кореста. Понятно, что бумага может быть использована в качестве двойной или многослойной гильзы. Бумага может применяться в качестве наружной гильзы поверх сигареты, имеющей обычную сигаретную бумагу. Понятно, что в зависимости от пористости определенные сочетания катализатора и добавки могут работать лучше, чем другие.
Композиция может просто напыляться на одну из сторон или на обе стороны сигаретной бумаги и поглощаться бумагой. Как показано на фиг.1, бумага 10 переносится в направлении стрелки 12. Композиция 14 для обработки в виде суспензии напыляется с помощью распылительного сопла 16 на бумагу 10 для создания покрытия 18, которое сушится на бумаге. Как вариант, композиция может экструдироваться в виде пленки на поверхность бумаги и может использоваться в качестве однослойной или многослойной гильзы. Как изображено на фиг.2, устройство 20 для нанесения пленки содержит суспендированную композицию 14 для обработки. Устройство 20 для нанесения пленки кладет тонкую пленку 22 на бумагу 10, которая переносится в направлении стрелки 12. Пленка сушится с получением покрытия 24 на бумаге 10. Для такой системы является совершенно неожиданным, что видимая основная струя дыма от горящей сигареты практически исчезает. Композиция для обработки может наноситься на обычную сигарету, на наружную сторону сигаретной бумаги.
Покрытие может осуществляться с помощью роликового устройства 26 для нанесения, как изображено на фиг.3. Композицию 14 для обработки наносят в виде слоя 28 на валик 30. Скальпель 32 определяет толщину слоя 34, который затем накладывается на бумагу 10, которая переносится в направлении стрелки 12. Затем этот слой сушится с формированием покрытия 36 на бумаге 10.
Импрегнация осуществляется путем использования валика 24 для покрытия на фиг.4, и получаемый слой 36 с бумагой 10 проходит в направлении стрелки 12 через прижимные валки 38 и 40, которые вжимают слой материала в бумагу 10, чтобы тем самым импрегнировать составляющие композиции для обработки в бумагу.
Специалисту в данной области также понятно, что и другие различные процессы нанесения покрытий, включая процессы нанесения покрытий с переносом, могут использоваться для изготовления бумаги для обработки по настоящему изобретению. В процессе нанесения покрытия с переносом, лист Mylar™ или другой пригодный для использования непрерывный лист может использоваться для перенесения композиции покрытия с листа Mylar™ на поверхность сигаретной бумаги. Это тип нанесения покрытия с переносом может использоваться, когда лист подложки не может легко воспринимать нанесение с помощью валика композиции из-за характеристик физической прочности бумаги или чего-либо подобного.
Дополнительной альтернативой является включение композиции для обработки в производство бумаги. Композиция может быть введена в композицию бумаги в виде суспензии. Обращаясь к фиг.5, композиция для обработки в композиции 42 перемешивается с помощью мешалки 44, с формированием суспензии в танке 46. Суспензия транспортируется способом, обычным при изготовлении бумаги, и выкладывается в виде слоя 48 на движущийся конвейер 50, с формированием конечной сигаретной бумаги 52. В результате композиция для обработки включается в конечный продукт бумаги.
Другой вариант представляет собой заключение композиции для обработки между слоями бумаги, с формированием гильзы из двух слоев сигаретной бумаги на табачных стержнях. Например, таким образом, композицию можно наносить, как с помощью технологии напыления на фиг.1, на внутреннюю сторону наружной бумаги и/или на наружную сторону внутренней бумаги.
После того как два слоя бумаги наносятся на табачный стержень, композиция в виде слоя заключается между двумя слоями бумаги. Каждый слой бумаги может иметь половину толщины обычной сигаретной бумаги, так что двухслойная гильза заметно не увеличивает общий диаметр сигареты, с которой легко манипулировать машинам для изготовления сигарет.
Как видно из фиг.6, табачный стержень 54 имеет, например, сигаретную бумагу 10, обернутую вокруг него, с покрытием 18 на наружной стороне бумаги. Наоборот, как показано на фиг.7, сигаретная бумага 10 может наноситься с покрытием 18 на внутренней стороне бумаги, находящейся рядом с табачным стержнем 54.
Другой вариант, как показано на фиг.8, представляет собой заключение покрытия 18 между слоями сигаретной бумаги 56 и 58. Слои сигаретной бумаги 56 и 58 с промежуточным покрытием 18 могут формироваться в виде единой гильзы для сигареты, которая наносится на табачный стержень 54. Еще одна альтернатива изображена на фиг.9, где табачный стержень 54 покрыт обычной сигаретной бумагой 60. Поверх обычной бумаги 60 находится сигаретная бумага 52 с фиг.5, с композицией для обработки, включенной в нее. Понятно также, что бумага 52 с композицией для обработки, включенной в нее, может наноситься непосредственно на табачный стержень 54.
Еще в одном варианте воплощения настоящего изобретения различные сочетания бумаги для обработки, для побочной струи дыма, могут создаваться в конфигурации двухслойной гильзы, например, бумага с покрытием на фиг.7 может использоваться в виде внутреннего слоя бумаги, и другая бумага, которая может представлять собой обычную бумагу, может использоваться в качестве наружного слоя двухслойной гильзы. Бумага внутреннего слоя может также представлять собой бумагу, имеющую композицию для обработки, включенную в нее, как на фиг.9. Бумага внутреннего слоя может конструироваться для обеспечения уменьшения побочной струи дыма путем включения в нее всех необходимых компонентов композиции, таких как катализатор окисления на основе оксида металла - переносчика и донора кислорода и негорючая добавка для катализатора. Предпочтительные примеры этого типа композиции включают в себя смешанный оксид церия/циркония с цеолитом, с высокой площадью поверхности и необязательно усиливаемый таким катализатором окисления как платина или палладий. В системе с двухслойной гильзой количество цеолита может превосходить 30% и может находиться, например, в пределах 50-60 мас.%.
Наружный слой двухслойной гильзы может иметь другую композицию и конструироваться для обеспечения модификации пепла для достижения желаемых характеристик. Например, наружный слой бумаги может конструироваться не только для улучшения внешнего вида пепла, но также и для модификации скорости горения сигареты, а также для сведения к минимуму, если не к полному исключению, вспышек пламени при зажигании и раскуривании сигареты. Наружный слой может содержать, например, оксиды металлов, такие как оксид церия, твердый раствор оксида церия/оксида циркония, оксид алюминия, оксид циркония, оксид титана, оксид олова с малой площадью поверхности и тому подобное. В дополнение к этому, оксид гидрат церия может наноситься на материалы оксидов металлов наружного слоя для обеспечения присутствия достаточного количества кислорода для поддержания горения наружного слоя сигареты. Эти два слоя, когда они объединяются в виде двухслойной гильзы, обеспечивают эффективный контроль видимой побочной струи дыма. Расположенные рядом слои горят равномерно, с получением желаемого пепла, и наружный слой бумаги может функционировать для сведения к минимуму и для устранения вспышек пламени, вызываемых очень активным материалом донора кислорода.
Особенность настоящего изобретения, связанная с двухслойной гильзой, обеспечивает значительную гибкость при конструировании сигареты с низким уровнем побочной струи дыма. Индивидуальные листы конструкции двухслойной гильзы имеют выбранную композицию для обработки, импрегнированную, нанесенную или включенную в соответствующий лист. Альтернативно, листы, которые имеют композицию для обработки, включенную, в них, могут также покрываться такой же или другой композицией для обработки, для дополнительного улучшения контроля побочной струи дыма и/или модификации пепла. Для демонстрации такой гибкости в конструировании сигареты с низким уровнем побочной струи дыма примерная композиция для обработки, для внутреннего и наружного слоев бумаги, представляет собой следующее:
Наружный слой бумаги
i) Смешанный оксид церия/циркония с высокой площадью поверхности (75:25) + оксид циркония с низкой площадью поверхности;
ii) Оксид алюминия с высокой площадью поверхности, покрытый гидратом церия;
iii) Оксид церия с низкой площадью поверхности, покрытый гидратом церия;
iv) Оксид циркония с высокой площадью поверхности, покрытый гидратом церия;
или
v) Смешанный оксид церия/циркония с высокой площадью поверхности (25:75).
Внутренний слой бумаги
i) Смешанный оксид церия/циркония с высокой площадью поверхности (75:25), усиленный палладиевым катализатором + цеолит, усиленный палладиевым катализатором;
ii) Смешанный оксид церия/циркония с высокой площадью поверхности (75:25) + цеолит, усиленный палладием;
iii) Смешанный оксид церия/циркония с высокой площадью поверхности (75:25) + цеолит, где смешанный оксид церия/циркония усилен палладиевым катализатором; или
iv) Смешанный оксид церия/циркония с высокой площадью поверхности (75:25) + цеолит, где смешанный оксид церия/циркония усилен платиновым и оловянным катализатором.
Эти различные композиции для внутреннего и наружного слоев бумаги могут объединяться в различных комбинациях для обеспечения контроля побочной струи дыма и улучшения пепла.
Предпочтительное сочетание представляет собой твердый раствор смешанного оксида церия/циркония с высокой площадью поверхности (75:25) и оксид циркония для наружного слоя бумаги. Для внутреннего слоя бумаги предпочтительная композиция для обработки представляет собой твердый раствор смешанного оксида церия/циркония с высокой площадью поверхности (75:25), усиленный палладиевым катализатором, плюс цеолит, усиленный палладиевым катализатором. По отношению к сухой массе препарат для покрытия наружного слоя бумаги имеет 25% смешанного оксида церия/циркония с высокой площадью поверхности и 75% оксида циркония с низкой площадью поверхности. Внутренний слой бумаги, по отношению к сухой массе, имеет примерно 44% смешанного оксида церия/циркония с высокой площадью поверхности и 56% цеолита, оба они усиливаются палладием.
Как понятно специалисту в данной области, указанные выше процедуры для создания композиции, предназначенной для обработки побочной струи дыма, в желаемой сигаретной бумаге, или на ней, могут изменяться в отношении предусматриваемых загрузок и количества слоев гильзы, используемых на табачном стержне. Например, могут использоваться два или более слоев бумаги с различными нагрузками композиции, на обеих сторонах слое бумаги, так что нагрузка на одну сторону уменьшается, делая нанесение покрытия более простым.
Для любых из этих сочетаний неожиданно обнаружено, что видимая основная струя дыма по существу устраняется. В то же время сигаретная бумага демонстрирует обычные характеристики образования пепла. Особенно неожиданным является то, что простое нанесение композиции на наружную сторону сигаретной бумаги может свести к минимуму, до уровня, почти не детектируемого, видимую основную струю дыма.
Ясно, что в зависимости от способа, которым композиция используется и наносится на сигарету, различные технологические добавки и их смеси могут потребоваться для облегчения конкретного нанесения композиции для обработки. Такие технологические добавки включают в себя ламинирующие материалы, такие как поливиниловый спирт, крахмалы, CMC, казеин, сою и другие типы приемлемых клеев, различные типы связывающих глин, инертные наполнители, отбеливатели, вещества, модифицирующие вязкость, инертный волокнистый материал, такой как циркониевые волокна, и волокна циркония/церия, такие как описаны в заявке на патент США серийный № 60/318614, озаглавленной Zirconium/Metal Oxide Fibers, зарегистрированной 13 сентября 2001 года, предмет которой включается сюда в качестве ссылки.
Вещества для облегчения проникновения также могут использоваться для введения композиции в бумагу. Соответствующие разбавители, такие как вода, также используются для разбавления композиции, так что они могут наноситься распылением, наноситься из завесы, наноситься с помощью воздушного скальпеля, наноситься с помощью стержня, наноситься с помощью лезвия, наноситься с помощью трафаретной печати, наноситься с помощью прессования по размеру, наноситься с помощью валика, наноситься с помощью щелевой фильеры, технологии нанесения покрытия с переносом, и тому подобное, на обычную сигаретную бумагу.
Желательные нагрузки композиции для обработки на сигаретную бумагу, или внутри нее, на гильзу или что-либо подобное, предпочтительно находятся в пределах примерно от 2,5 г/м2 примерно до 125 г/м2. Наиболее предпочтительно, нагрузка находится в пределах примерно от 2,5 г/м2 примерно до 100 г/м2, если выражать это в массовых процентах, бумага может иметь примерно от 10 до 500 мас.%, а наиболее предпочтительно, примерно от 10 до 400 мас.% композиции для обработки. Хотя эти нагрузки являются репрезентативными для одного слоя бумаги, специалисту в данной области понятно, что эти общие нагрузки могут быть получены с использованием двух или более слоев бумаги.
Композиция для уменьшения побочной струи дыма обычно используется в виде водной суспензии композиции. Извлечение сухой композиции, которая может изготавливаться в виде суспензии, может изменяться в зависимости от ее использования в качестве покрытия, включения или импрегнации для бумаги. Например, препарат для включения может содержать, по массе, примерно от 10 до 33% катализатора на основе церия, от 20 до 62% добавки и от 10 до 75% модификатора пепла. Другая альтернатива может содержать, по массе, примерно от 10 до 25% катализатора на основе церия, от 40 до 55% добавки и, 20 до 50% цеолита, который является иным, чем добавка.
Суспензия может включаться в композицию бумаги в процессе изготовления бумаги, или наноситься на бумагу с помощью различных способов нанесения покрытия, или импрегнироваться в бумагу с помощью различных способов импрегнирования. Предпочтительный средний размер частиц катализатора и добавки для суспензии находится в пределах примерно от 1 мкм примерно до 30 мкм, а наиболее предпочтительно, примерно от 1 мкм примерно до 10 мкм. Предпочтительные относительные количества катализатора, фиксированного на добавке, могут находиться в пределах примерно от 1 до 75%, для церия, более предпочтительно, примерно от 10 до 70%, и еще более предпочтительно, примерно от 20 до 70 мас.%, по отношению к общему эквиваленту катализатора и содержанию добавки. Менее 1% другого катализатора, такого как катализатор на основе благородного металла, может фиксироваться на добавке.
Хотя здесь подробно описываются предпочтительные воплощения настоящего изобретения, специалисту в данной области будет понятно, что различные изменения могут быть сделаны в них без отклонения от духа настоящего изобретения или рамок прилагаемой формулы изобретения.
1. Сигарета с низким уровнем побочной струи дыма, имеющая обычный табачный стержень и горючую бумагу для обработки, в которой указанная бумага для обработки имеет композицию для обработки побочной струи дыма, содержащую катализатор окисления на основе оксида металла-переносчика и донора кислорода и, по существу, негорючую мелкодисперсную добавку для указанного катализатора в виде частиц, и в которой материал частиц твердого раствора смешанных оксидов металлов использован в качестве указанного катализатора окисления на основе оксида металла-переносчика и донора кислорода и указанной добавки.
2. Сигарета по п.1, в которой указанный катализатор выбирается из группы, состоящей из оксида переходного металла, выбранного из оксидов металлов VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB групп и их смесей, оксида редкоземельного металла и его смесей и смеси оксида переходного металла с оксидом редкоземельного металла.
3. Сигарета по п.1, в которой указанный катализатор является смесью оксида редкоземельного металла и оксида переходного металла, причем переходный металл выбирается из группы, состоящей из оксидов металлов IVB, VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB групп и их смесей.
4. Сигарета по п.2 или 3, в которой указанный оксид редкоземельного металла выбирается из группы, состоящей из оксидов, состоящих из скандия, иттрия и металлов лантаноидов, и их смесей.
5. Сигарета по п.4, в которой указанные оксиды металлов лантаноидов выбираются из группы, состоящей из оксида лантана, оксида церия, оксида празеодима, оксида неодима и их смесей.
6. Сигарета по п.1, в которой указанная добавка выбирается из группы, состоящей из глин, по существу, негорючих измельченных волокон, материалов на основе монолитных минералов, по существу, негорючего углерода, цеолитов и их смесей.
7. Сигарета по п.6, в которой указанная добавка представляет собой носитель для катализатора окисления, выбранного из группы, состоящей из палладия, платины, родия, оксида олова, оксида меди, оксида железа, оксида марганца, и их смесей.
8. Сигарета по п.1, в которой указанная добавка представляет собой материал частиц с высокой площадью поверхности.
9. Сигарета по п.8, в которой указанная добавка из материала частиц представляет собой материал на основе цеолита, находящийся в пределах примерно от 0,1% от общей сухой массы композиции примерно до 60% от общей сухой массы композиции и предпочтительно меньше 25%, а наиболее предпочтительно меньше 15%.
10. Сигарета по п.1, в которой указанная добавка представляет собой подложку для золя оксида церия, нанесенного на него и высушенного.
11. Сигарета по п.1, в которой указанная добавка представляет собой оксид церия с высокой площадью поверхности.
12. Сигарета по п.1, в которой указанная добавка выбирается из группы, состоящей из оксида циркония, оксида титана, оксида магния, оксида алюминия, оксида церия, оксида олова, оксида железа, оксида марганца, карбоната кальция, карбоната циркония, карбоната магния и их смесей, из волокон оксидов металлов и измельченных пористых керамических волокон, и их смесей.
13. Сигарета по п.1, в которой указанный твердый раствор смешанных оксидов металлов дополнительно содержит катализатор окисления, выбранный из группы, состоящей из палладия, платины, родия, оксида олова, оксида меди, оксида железа, оксида марганца и их смесей.
14. Сигарета по п.1, в которой добавка выбирается из группы, состоящей из оксида циркония, оксида алюминия, оксида магния, оксида титана и их смесей.
15. Сигарета по п.1, в которой указанный твердый раствор смешанных оксидов металлов выбирается из группы, состоящей из смешанных оксидов церия/лантана, смешанных оксидов церия/циркония, смешанных оксидов церия/алюминия, смешанных оксидов церия/магния, смешанных оксидов церия/титана, смешанных оксидов церия/циркония/лантана, смешанного оксида церия/циркония/празеодима, смешанного оксида церия/циркония/лантана/ празеодима, смешанного оксида церия/циркония/неодима и их смесей.
16. Сигарета по п.1, в которой указанный твердый раствор представляет собой материал пористых частиц с высокой площадью поверхности.
17. Сигарета по п.1, в которой указанный твердый раствор представляет собой материал частиц с низкой площадью поверхности.
18. Сигарета по п.1, в которой указанный твердый раствор представляет собой смешанный оксид церия/циркония с высокой площадью поверхности.
19. Сигарета по п.18, в которой указанный смешанный оксид церия/циркония имеет соотношение в пределах от примерно 5:95 примерно до 95:5.
20. Сигарета по п.18, в которой катализатор окисления, выбранный из группы, состоящей из палладия, платины, родия, оксида олова, оксида меди, оксида железа, оксида марганца и их смесей, либо включается в указанный твердый раствор указанного смешанного оксида церия/циркония, либо наносится на поверхность указанного твердого раствора смешанного оксида церия/циркония.
21. Сигарета с низким уровнем побочной струи дыма по п.18, в которой указанный смешанный оксид церия/циркония имеет размер частиц, больший примерно 1 мкм.
22. Сигарета по п.21, в которой указанный смешанный оксид церия/циркония имеет размер частиц, меньший примерно 30 мкм.
23. Сигарета по п.22, в которой указанное соотношение составляет примерно 75:25 и указанный размер частиц составляет примерно от 6 до 10 мкм.
24. Сигарета по п.1, в которой указанная композиция для обработки включается в указанную бумагу для обработки с пропорцией нагрузки примерно от 2,5 до примерно 125 г/м2.
25. Сигарета по п.1, в которой указанная композиция для обработки наносится на указанную бумагу для обработки.
26. Сигарета по п.1, в которой катализатором является предшественником указанного катализатора.
27. Сигарета с низким уровнем побочной струи дыма, содержащая обычный табачный стержень и горючую бумагу для обработки, имеющую композицию для обработки побочной струи дыма, причем указанная композиция для обработки содержит катализатор окисления на основе оксида металла-переносчика и донора кислорода, по существу, негорючий материал частиц добавки указанного катализатора и оксид и/или карбонат металла для модификации характеристик пепла.
28. Сигарета по п.27, в которой указанный катализатор выбирается из группы, состоящей из оксида переходного металла, выбранного из оксидов металлов VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB групп и их смесей, оксида редкоземельного металла и его смесей и смеси оксида переходного металла с оксидом редкоземельного металла.
29. Сигарета по п.27, в которой указанный катализатор является смесью оксида редкоземельного металла и оксида переходного металла, причем переходный металл выбирается из группы, состоящей из оксидов металлов VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB групп и их смесей.
30. Сигарета по п.28 или 29, в которой указанный оксид редкоземельного металла выбирается из группы, состоящей из оксида лантана, оксида церия, оксида празеодима, оксида неодима и их смесей.
31. Сигарета по п.27, в которой указанная добавка выбирается из группы, состоящей из глин, по существу, негорючих измельченных волокон, материалов на основе монолитных минералов, по существу, негорючего углерода, цеолитов и их смесей.
32. Сигарета по п.27, в которой указанная добавка из материала частиц представляет собой материал на основе цеолита, находящийся в пределах примерно от 0,1% от общей сухой массы композиции примерно до 60% от общей сухой массы композиции и предпочтительно меньше 25%, а наиболее предпочтительно меньше 15%.
33. Сигарета по п.27, в которой указанная добавка представляет собой подложку для золя оксида церия, которая нанесена на него и высушена.
34. Сигарета по п.27, в которой указанная добавка представляет собой оксид церия с высокой площадью поверхности.
35. Сигарета по п.27, в которой указанные катализатор окисления на основе оксида металла-переносчика и донора кислорода и добавка для него представляют собой твердый раствор смешанных оксидов металлов.
36. Сигарета по п.35, в которой указанный твердый раствор смешанных оксидов металлов дополнительно содержит катализатор окисления, выбранный из группы, состоящей из палладия, платины, родия, оксида олова, оксида меди, оксида железа, оксида марганца и их смесей.
37. Сигарета по п.35, в которой указанный твердый раствор смешанных оксидов металлов выбирается из группы, состоящей из смешанных оксидов церия/лантана, смешанных оксидов церия/циркония, смешанных оксидов церия/алюминия, смешанных оксидов церия/магния, смешанных оксидов церия/титана, смешанных оксидов церия/циркония/лантана, смешанного оксида церия/циркония/празеодима, смешанного оксида церия/циркония/лантана/празеодима, смешанного оксида церия/циркония/неодима и их смесей.
38. Сигарета по п.35, в которой указанный твердый раствор представляет собой смешанный оксид церия/циркония с высокой площадью поверхности.
39. Сигарета по п.38, в которой указанный смешанный оксид церия/циркония имеет соотношение в пределах от примерно 5:95 примерно до 95:5.
40. Сигарета по п.38, в которой катализатор окисления, выбранный из группы, состоящей из палладия, платины, родия, оксида олова, оксида меди, оксида железа, оксида марганца и их смесей, либо включается в указанный твердый раствор указанного смешанного оксида церия/циркония, либо наносится на поверхность указанного твердого раствора смешанного оксида церия/циркония.
41. Сигарета по п.27, в которой указанный оксид и/или карбонат металла для модификации пепла выбирается из группы, состоящей из оксида циркония, оксида титана, оксида магния, оксида алюминия, оксида церия, оксида олова, оксида железа, оксида марганца, карбоната кальция, карбоната циркония, карбоната магния и их смесей.
42. Сигарета по п.41, в которой указанный оксид и/или карбонат металла для модификации пепла представляет собой оксид циркония.
43. Сигарета по п.27, в которой указанный катализатор окисления на основе оксида металла-переносчика и донора кислорода представляет собой твердый раствор пористых частиц церия/циркония, который предпочтительно представляет собой материал смешанного оксида с высокой площадью поверхности.
44. Сигарета по п.43, в которой оксид циркония и/или цеолит используется в сочетании с указанным смешанным оксидом церия/циркония.
45. Сигарета по п.44, в которой катализатор окисления используется вместе с указанным смешанным оксидом церия/циркония, оксидом циркония и/или цеолитом.
46. Сигарета по п.45, в которой указанный катализатор окисления выбирается из группы, состоящей из палладия, платины, родия, оксида олова, оксида меди, оксида железа, оксида марганца и их смесей, указанный выбранный катализатор окисления либо включается в указанный твердый раствор смешанного оксида церия/циркония, либо наносится на поверхности частиц смешанного оксида церия/циркония, оксида циркония и/или цеолита.
47. Сигарета по п.27, в которой катализатором является предшественником указанного катализатора.
48. Сигарета с низким уровнем побочной струи дыма, содержащая обычный табачный стержень и горючую бумагу для обработки, имеющую композицию для обработки побочной струи дыма, причем указанная композиция для обработки содержит катализатор окисления на основе оксида металла-переносчика и донора кислорода, по существу, негорючую добавку для указанного катализатора с высокой площадью поверхности, включенную в указанную бумагу для обработки, и покрытие из карбоната кальция на наружной поверхности указанной бумаги для обработки, для модификации характеристик пепла.
49. Сигарета по п.48, в которой указанный катализатор выбирается из группы, состоящей из оксида переходного металла, выбранного из оксидов металлов VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB групп и их смесей, оксида редкоземельного металла и его смесей и смеси оксида переходного металла с оксидом редкоземельного металла.
50. Сигарета по п.48, в которой указанный катализатор является смесью оксида редкоземельного металла и оксида переходного металла, причем оксид переходного металла выбирается из группы, состоящей из оксидов металлов VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB групп и их смесей.
51. Сигарета по п.49 или 50, в которой оксид редкоземельного металла выбирается из группы, состоящей из оксида лантана, оксида церия, оксида празеодима, оксида неодима и их смесей.
52. Сигарета по п.49, в которой указанная добавка представляет собой подложку для золя оксида церия, который нанесен на нее и высушен.
53. Сигарета по п.49, в которой указанная добавка представляет собой оксид церия с высокой площадью поверхности.
54. Сигарета по п.49, в которой указанные катализатор окисления на основе оксида металла-переносчика и донора кислорода и добавка для него представляют собой твердый раствор смешанных оксидов металлов.
55. Сигарета по п.54, в которой указанный твердый раствор смешанных оксидов металлов выбирается из группы, состоящей из смешанных оксидов церия/лантана, смешанных оксидов церия/циркония, смешанных оксидов церия/алюминия, смешанных оксидов церия/магния, смешанных оксидов церия/титана, смешанных оксидов церия/циркония/лантана, смешанного оксида церия/циркония/празеодима, смешанного оксида церия/циркония/лантана/ празеодима, смешанного оксида церия/циркония/неодима и их смесей.
56. Сигарета по п.54, в которой указанный твердый раствор представляет собой смешанный оксид церия/циркония с высокой площадью поверхности.
57. Сигарета по п.56, в которой катализатор окисления, выбранный из группы, состоящей из палладия, платины, родия, оксида олова, оксида меди, оксида железа, оксида марганца и их смесей, либо включается в указанный твердый раствор указанного смешанного оксида церия/циркония, либо наносится на поверхность указанного твердого раствора смешанного оксида церия/циркония.
58. Сигарета по п.49, в которой указанный катализатор окисления на основе оксида металла-переносчика и донора кислорода представляет собой твердый раствор пористых частиц церия/циркония, который предпочтительно представляет собой материал смешанного оксида с высокой площадью поверхности.
59. Сигарета по п.58, в которой оксид циркония и/или цеолит используется в сочетании с указанным смешанным оксидом церия/циркония.
60. Сигарета по п.59, в которой катализатор окисления используется вместе с указанным смешанным оксидом церия/циркония, оксидом циркония и/или цеолитом.
61. Сигарета по п.48, в которой катализатором является предшественником указанного катализатора.
