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CN101381972B - 带有可燃纸的低侧流烟香烟 - Google Patents

带有可燃纸的低侧流烟香烟 Download PDF

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CN101381972B CN2008101301301A CN200810130130A CN101381972B CN 101381972 B CN101381972 B CN 101381972B CN 2008101301301 A CN2008101301301 A CN 2008101301301A CN 200810130130 A CN200810130130 A CN 200810130130A CN 101381972 B CN101381972 B CN 101381972B
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Abstract

低侧流烟香烟包含常规烟丝条和具有侧流烟处理组合物的可燃处理纸。所述处理组合物组合包含氧储存与供应金属氧化物氧化催化剂和所述催化剂的基本不可燃的细分散多孔颗粒助剂。

Description

带有可燃纸的低侧流烟香烟
本申请是以下申请的分案申请：申请日2001年9月18日，申请号01819100.2(PCT/CA01/01323)，标题“带有可燃纸的低侧流香烟”。
发明领域
本发明涉及在燃烧的香烟中侧流烟的减少等。更具体地，本发明涉及与香烟纸、香烟卷烟纸(wrapper)或用于雪茄的卷烟纸一起使用的组合物，用于处理和明显减少侧流烟。
发明背景
已经进行了许多努力来减少或消除从燃烧的香烟发出的侧流烟。本申请人为香烟侧流烟控制系统开发了许多方法，如在其加拿大专利2,054,735和2,057,962；美国专利5,462,073和5,709,228和公开的PCT申请WO 96/22031、WO 98/16125和WO 99/53778中所述。
还已经开发了其它侧流烟控制系统，它们在烟草、过滤嘴或卷烟纸中使用过滤材料或吸附材料。这些系统的实例描述在美国专利2,755,207和4,225,636、欧洲专利申请0 740 907和WO 99/53778中。美国专利2,755,207描述了低侧流烟香烟纸。该香烟纸在燃烧时产生基本没有讨厌成分的烟。该香烟纸是纤维形式的纤维素材料。其与细分散的矿物型含硅催化剂材料密切相关。该基本不可燃且耐火的香烟纸在香烟纸燃烧过程中基本保持不变，并且作用如同在改善纸的燃烧中的催化剂一样。合适的含硅催化剂包括酸处理的粘土、热处理的蒙脱石和含有一些相对可移动的氢原子的天然及合成硅酸盐。合适的混合二氧化硅氧化物包括带有氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化铬和氧化镁的二氧化硅氧化物。其它二氧化硅包括二氧化硅与氧化铝的重量比为9∶1的硅和铝的氧化物。
美国专利4,225,636描述了在香烟纸中使用碳来减少在侧流烟中发现的有机气相成分和总颗粒物。而且，碳导致从燃烧的香烟中放出的可见侧流烟的明显减少。活性炭作为碳源是优选的。活性炭的使用导致可见的侧流烟的略微减少。最多香烟纸的50％可以是细分散的碳。涂敷碳的纸可以与传统香烟组合用作烟丝条的内包装材料。
1996年11月6日公开的欧洲专利申请0740907描述了在香烟的烟草中使用沸石来改变主流烟的特性，特别是从主流烟中除去多种成分，如一些焦油。在烟草中提供的沸石，也明显改变侧流烟的特性。所用的沸石具有0.5毫米-1.2毫米的颗粒尺寸。
公开的PCT专利申请WO 99/53778描述了一种不可燃的处理材料薄片，用于减少侧流烟的放出。该薄片用作包装纸并且应用在常规香烟的常规香烟纸上。这种包装纸具有非常高的孔隙率，使得香烟以常规的自由燃烧速度或接近常规的自由燃烧速度燃烧，并且同时减少可见的侧流烟放出。不可燃包装纸包括不可燃的陶瓷纤维、不可燃的活性炭纤维以及用于制造包装纸的其它标准材料。该包装纸还包括沸石或其它类似的吸附材料和氧供应/氧储存金属氧化物氧化催化剂。不可燃包装纸提供合格的侧流烟控制程度，但是，由于包装纸的不可燃的性质，残留烧焦的卷筒。
美国专利4,433,697和4,915,117描述了在香烟纸制造中引入陶瓷纤维。美国专利4,433,697描述了在纸配料中将至少1重量％的某些陶瓷纤维与氧化镁和/或氢氧化镁填料相组合，以减少从燃烧的香烟中放出的可见的侧流烟。纤维纸浆、陶瓷纤维和填料的配料用来在常规的造纸机上制造纸张。陶瓷纤维可以选自多晶氧化铝、硅酸铝和无定形氧化铝。使用氢氧化镁或氧化镁填料，并且涂敷或应用到纸张的纤维上。
Ito的美国专利4,915,117描述了包烟草的不可燃薄片。这种薄片用陶瓷材料形成，其在燃烧时不产生烟。陶瓷片包括陶瓷纤维的织造或非织造织物或者在高温热分解的陶瓷和纸的混合物。陶瓷纤维选自诸如二氧化硅纤维、二氧化硅-氧化铝纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、或铝硼硅酸盐和玻璃纤维的无机纤维。陶瓷薄片通过用无机粘合剂把这些材料结合在一起而形成，如硅胶或氧化铝凝胶。纤维优选的是直径为1-10微米。
为了减少侧流烟，溶胶凝胶已经应用于常规的香烟纸，特别是用铝酸镁、铝酸钙、氧化钛、氧化锆和氧化铝制备的溶胶凝胶，如加拿大专利1,180,968和加拿大专利申请2,010,575中所述。加拿大专利1,180,968描述了无定形凝胶形式的氢氧化镁作为香烟纸填料成分的应用，以改善灰的外观和侧流烟的减少。氢氧化镁凝胶涂敷在或应用到香烟纸张的纤维上。加拿大专利申请2,010,575描述了由溶液凝胶化或溶胶凝胶法生产的凝胶用于控制吸烟制品的卷烟纸燃烧的用途。该凝胶可以在纸张成形成卷烟纸之前以涂层形式应用到纸纤维上。该卷烟纸用于减少可见的侧流烟。用于溶胶凝胶的金属氧化物可以是铝、钛、锆、钠、钾或钙。
催化剂也已经直接应用到香烟纸上，如在加拿大专利604,895和美国专利5,386,838中所述。加拿大专利604,895描述了在卷烟纸中铂、锇、铱、钯、铑和钌的使用。这些金属作为氧化催化剂来处理由卷烟纸的燃烧产生的烟雾。最佳的催化效果由金属钯提供。在卷烟纸应用于香烟之前，把合适介质中的金属颗粒分散在其表面上。
美国专利5,386,838描述了包含铁和镁的混合物的溶胶溶液作为抑制烟的组合物的使用。通过在碱的存在下从水溶液中共沉淀铁和镁来制造该抑制烟的组合物。在加热到100℃-约500℃的温度时，铁镁组合物显示约100m2/g-约225m2/g的高表面积。铁镁组合物可以加入到用来制造抑制烟的香烟纸的纸浆中。铁镁组合物明显地起氧化催化剂的作用并减少由燃烧的香烟产生的烟量。催化剂也可以应用到烟草上，例如，如美国专利4,248,251中所述，金属形式或盐形式的钯可以应用到烟草上。烟草中钯的存在降低了主流烟中的多环芳香烃。钯与无机盐或硝酸或亚硝酸组合使用。这样的硝酸盐包括锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、锶、镧、铈、钕、钐、铕、钆、铽、镝、铒、钪、锰、铁、铑、钯、铜、锌、铝、镓、锡、铋、其水合物以及它们的混合物。这些催化剂还用在卷筒中，以减少侧流烟，如在公开的PCT申请WO 98/16125中所述。
催化剂材料已经用在气溶胶型香烟中，这种香烟本身不产生侧流烟或主流烟，而是产生有香味的气溶胶。这些气溶胶香烟的实例包括在美国专利5,040,551、5,137,034和5,944,025中所述的那些，它们使用催化剂提供必要的发热，以产生气溶胶。这样的催化剂体系包括铈、钯或铂的氧化物。
虽然现有技术考虑了多种侧流烟控制系统，但是它们没有一种通过简单地在可燃的香烟纸中引入活性成分来提供有效减少侧流烟的系统，使得香烟象正常的香烟一样燃烧而不会明显影响香烟味道。因此，本发明提供一种侧流烟控制系统，其不仅外观和味道与常规的香烟一样，而且根据本发明的特征，其灰与正常的香烟一样。
发明概述
本发明在其各种应用中提供侧流烟的明显减少。已经发现，侧流烟的这种减少可以意外地通过在侧流烟处理组合物中组合使用氧储存和供应金属氧化物氧化催化剂和催化剂的基本不燃烧的细分散多孔颗粒助剂来实现。这种组合物可以与正常的可燃香烟纸一起使用，以提供合格的自由燃烧速度，并减小或实际上消除可见的侧流烟。
用于催化剂的助剂可以是任何适宜的基本不燃烧的颗粒材料，如粘土、碳材料如研磨的碳纤维、矿物基材料如金属氧化物和金属氧化物纤维、陶瓷如研磨的陶瓷纤维和高表面积多孔颗粒。在这方面，催化剂助剂最优选的是基本不燃烧的高表面积吸附材料，如活性炭或沸石。在本发明的一个最优选的实施方案中，吸附材料是沸石，特别是疏水的沸石。当与铈基催化剂联用时，沸石是特别优选的。
侧流烟处理组合物可以用多种方法施用。该组合物可以以填料形式用在香烟纸的制造中、浸渍在香烟纸中，或者作为在香烟纸外面和/或内面上的涂层或层。所得的低侧流烟处理香烟纸可以具有约0.5Coresta单位的非常低的孔隙率至约1,000Coresta单位的高孔隙率的孔隙率范围。优选的孔隙率通常为小于200Coresta单位，最优选的孔隙率通常为约30-60Coresta单位。应当理解，这样处理的纸可以用作多层卷烟纸。所处理的纸可以用作有传统香烟纸的香烟上的外包装。
该侧流烟处理组合物可以用作多层且通常为双层卷烟的纸的两侧上或任一侧上的涂层，或者浸渍到所述纸中，或者可以作为填料引入到单层或多层香烟纸卷烟的纸的制造中。在双层卷烟方案中，在一个实施方案中，侧流烟处理组合物可以夹在两种纸之间。在另一个双层卷烟实施方案中，侧流烟处理组合物可以涂敷在靠近烟丝条的纸的侧面上，其中，可以提供夹在两种纸之间的不同量的组合物。在仍然另一个双层卷烟实施方案中，侧流烟处理组合物可以涂敷在放在烟丝条上的纸的两面上，其中可以提供不同的用量。第二种纸可以用作其上的另一个卷烟纸。香烟处理纸可以具有典型的灰化特征，这明显优于现有技术的不可燃香烟卷筒和卷烟纸。处理纸可以是传统的纤维素基香烟纸，其带有处理组合物时，意外地不会加入到侧流烟中。
已经发现，为了优化侧流烟的减少，催化剂和助剂联合使用。这两种成分可以共混作为填料，例如在香烟纸制造中作为填料。可替代地，当用作涂料时，催化剂和助剂也可以共混，通常为浆料形式，并如此应用。关于优选的实施方案，特别是铈和沸石的联合使用，该材料可以应用为单独的接触薄膜，以产生多层涂层。这样的层可以具有通常小于传统香烟纸的厚度，并且由于其紧密接触的性质，如同它们联用并且共混那样起作用。
根据本发明的其它方面，低侧流烟香烟包含传统的烟丝条和具有用于所述烟丝条的侧流烟处理组合物的可燃处理纸，所述处理组合物组合地包含一种氧储存和氧供应金属氧化物氧化催化剂和所述催化剂的基本不可燃细分散的多孔颗粒助剂。
根据本发明的一个方面，低侧流烟香烟包含传统的烟丝条和具有侧流烟处理组合物的可燃处理纸，所述侧流烟处理组合物包含作为氧储存和供应金属氧化物氧化催化剂的氧化铈和该催化剂的基本不可燃细分散多孔颗粒助剂。根据本发明的另一个方面，用于制造减少从燃烧的香烟中放出侧流烟的香烟处理纸的配料组合物组合地包含氧储存和供体金属氧化物氧化催化剂和基本不可燃细分散多孔颗粒助剂。
根据本发明的再一个方面，低侧流烟香烟包含传统的烟丝条和具有侧流烟处理组合物的可燃处理纸，所述处理组合物组合地包含氧储存与供应金属氧化物氧化催化剂和所述催化剂的基本不可燃的沸石助剂。
根据本发明的再一个方面，施用到香烟纸上用于减少从燃烧的香烟中放出的侧流烟的浆料组合物组合地包含氧储存与供应金属氧化物氧化催化剂和所述催化剂的基本不可燃细分散多孔颗粒助剂。
根据本发明的再一个方面，提供用在减少从燃烧的香烟中放出侧流烟的香烟的可以点燃抽吸的烟丝条上的可燃香烟纸，该香烟处理纸包含侧流烟处理组合物，所述组合物组合地包含氧储存与供应金属氧化物氧化催化剂和基本不可燃细分散多孔颗粒助剂。
根据本发明的另一个方面，提供一种减少从燃烧的香烟中放出侧流烟的方法，其包括用可燃香烟纸携带的处理组合物处理侧流烟，所述处理组合物组合地包含氧储存与供应金属氧化物氧化催化剂和所述催化剂的基本不可燃细分散多孔颗粒助剂。
根据本发明的另一个方面，提供一种低侧流烟香烟，其包含传统的烟丝条和带有与所述香烟纸结合的侧流烟处理组合物的可燃的香烟纸，其中，所述处理组合物减少侧流烟大于约90％。为了容易描述，无论什么时候使用术语“香烟”，均应当理解为不仅包括可点燃抽吸的香烟，而且包括任何形式的卷制可点燃抽吸的烟草制品，如雪茄等。无论什么时候使用术语“处理纸”，均应当理解为包括用在香烟、雪茄等上的可燃的卷烟纸等。卷烟纸可以以单层的香烟纸或多层香烟纸的形式使用。卷烟纸可以以单层香烟纸或在香烟的传统香烟纸上的卷烟纸形式应用。处理纸可以包括作为基底的传统香烟纸或具有很大孔隙率范围的类似的可燃制品。传统的烟丝条包括常用在可以点燃抽吸的香烟中的烟草组合物。这些烟丝条区别于在气溶胶香烟中所用的烟草成分。
附图简述
本发明的优选的实施方案表示在附图中，其中：
图1是用于向香烟纸上施用处理组合物的喷涂技术的示意图；
图2是向香烟纸上挤出处理组合物薄膜的示意图；
图3是在香烟纸上辊涂处理组合物的示意图；
图4是向香烟纸上浸渍处理组合物涂层的示意图；
图5是在香烟纸制造过程中把处理组合物与纸浆混合的示意图；
图6是具有向其上应用本发明的处理纸的烟丝条的透视图；
图7表示图6的替代实施方案；
图8是具有夹在应用到烟丝条的两层香烟纸之间的处理组合物的烟丝条的透视图；和
图9是用于烟丝条的双层卷烟纸的透视图，其中，处理纸应用在传统香烟纸上。
优选的实施方案详述
在其最简单的形式中，本发明的侧流烟处理组合物包含与催化剂的不可燃细分散多孔颗粒助剂联用的氧储存与供应金属氧化物氧化催化剂。已经意外地发现，当这两种成分单独联用或者与其它组分联用时，提供了非常意外的侧流烟控制程度，而没有影响香烟的味道，并且在大多数实施方案中，没有影响香烟燃烧的方式。此外，由于该组合物可以应用为香烟纸上的涂层或香烟纸内的填料，所得的低侧流烟香烟看起来与传统香烟一样。
所述助剂可以是任何合适的基本不可燃细分散多孔颗粒材料，其不影响主流烟的口味和味道，并且在侧流烟中不放出任何不合意的气味。颗粒材料在燃烧香烟炭的较高温度下是物理稳定的。多孔助剂具有高表面积，通常超过约20m2/g助剂。为了使颗粒获得这样的表面积，它们必须是多孔的。优选地，多孔助剂具有平均直径小于100纳米(1000埃)的孔隙。更优选地，所述孔隙的平均直径小于20纳米(200埃)，甚至更优选的是所述孔隙的平均直径为0.5-10纳米(5-100埃)。用沸石基材料，所述孔隙的平均直径为约0.5-1.3纳米(5-13埃)。
优选的是颗粒助剂的平均颗粒尺寸小于约30微米，更优选小于约20微米，最优选为约1-5微米。不可燃材料可以是香烟纸制造中常用的各类多孔粘土，如膨润土或具有高表面积的处理粘土。不可燃的碳材料也可以使用，包括磨碎的多孔碳纤维和颗粒。可以使用多种金属氧化物，如多孔整体矿物基材料，包括氧化锆、钛的氧化物、铈的氧化物、铝的氧化物，如氧化铝，金属氧化物纤维如锆纤维和其它陶瓷如磨碎的多孔陶瓷纤维，以及它们的混合物，如锆/铈纤维。关于氧化铈，已经发现它能作为细分散的助剂并且能作为氧储存与供应氧化铈氧化催化剂。其它助剂材料包括高表面积材料，如活性炭和沸石。
所述助剂还可以包含高表面积高吸附性材料，其是不可燃的无机细分散颗粒，例如包含沸石和无定形材料的分子筛，如二氧化硅/氧化铝等。最优选的是沸石，如硅质岩沸石、八面沸石X、Y和L沸石、β-沸石、丝光沸石和ZSM沸石。优选的沸石包括疏水的沸石和中等疏水的沸石，它们对这种侧流烟中的疏水和中等疏水有机化合物有亲合性。沸石材料提供选择性吸收和吸附侧流烟中的成分的高孔隙结构。高孔隙率结构一般包括在颗粒之间的大孔和在颗粒内部的微孔，这些微孔是大孔的分叉。可以认为，在氧化铈或其它合适的氧化催化剂存在下，在燃烧香烟的高温下，在所述大孔和微孔中捕获的成分被转变成被氧化的化合物，后者继续被捕获在吸附材料中或者释放为具有足够低的焦油和尼古丁含量的不可见气体，使得侧流烟不可见或者处于所希望的低水平下。
沸石材料可以由下式表征：MmM’nM”p[aAlO2·bSiO2·cTO2]
其中：
M是一价阳离子，
M’是二价阳离子，
M”是三价阳离子，
a、b、c、n、m和p是反映化学计量比例的数字，c、m、n或p也可以为0，
Al和Si是四面体配位的Al和Si原子，和
T是能替代Al或Si的四面体配位的金属原子，其中，沸石或沸石状材料的b/a比为约5-300，并且微孔尺寸为约0.5-1.3纳米(5-13埃)。
上式的优选沸石具有以下具体分子式：八面沸石((Na2，Ca，Mg)29[Al58Si134O384]·240H2O；立方)、β-沸石(Nan[AlnSi64-nO128]，n＜7；四方)、丝光沸石(Na8[Al8Si40O96]·24H2O；斜方)、ZSM沸石(Nan[AlnSi96-nO192]～16H2O，n＜27；斜方)，以及它们的混合物。
应当理解，可以使用各种级别的吸附材料。就可以常规设计成选择性吸附诸如高沸点物质、中沸点物质和低沸点物质的梯度沸石来说尤其如此。这可以产生多层的沸石组合物，其中，本发明考虑的铈或其它合适的催化剂优选分散在这些层中。这些层然后可以使用粘合剂或粘结剂结合到烟丝条用香烟纸上，所述粘合剂或粘结剂可以是诸如聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉和酪蛋白或大豆蛋白及其混合物。
氧提供和氧储存金属氧化物氧化催化剂最优选选自过渡金属氧化物、稀土金属氧化物、(如钪、钇和镧系金属系列，即镧)及其混合物。应当理解，催化剂可以是其金属氧化物形式的或者金属氧化物前驱体形式的，后者在燃烧香烟的温度下转变成金属氧化物，以执行其催化活性。过渡金属氧化物可以选自元素周期表中第IVB、VB、VIB、VIIB、VIII和IB族金属的氧化物及其混合物。过渡金属中的优选金属是铁、铜、银、锰、钛、锆、钒和钨的氧化物，稀土金属中的优选金属是镧系金属的氧化物如铈的氧化物。例如，铈可以与任何一种过渡金属混合使用。应当理解，其它金属氧化物氧化催化剂可以与氧储存和氧供应型催化剂一起使用。这样的其它金属催化剂包括贵金属和来自IIA、IVA族的金属及其混合物。实例包括锡、铂、钯及其混合物。
铈催化剂前驱体可以是铈盐形式的如硝酸铈或其它可分散形式的铈，它们在溶液或溶胶中施用到吸附材料上并且在燃烧香烟的高温下转变成氧化铈，然后作为催化剂。为了描述本发明，术语催化剂包括任何催化剂前驱体。
诸如氧化铈的催化剂与助剂材料联用。已经发现，当这两者相互分开使用或在隔开的不相邻层中使用时，明显减小控制侧流烟的能力。但是在某些方案中，可以实现一些侧流烟控制。优选地，催化剂基本与助剂材料相邻。通过在与助剂的混合物中共混颗粒催化剂、使助剂层与催化剂层接触、在助剂上涂敷催化剂或者在助剂内或其多孔表面上浸渍催化剂，以产生希望的出乎意料的侧流烟控制性能，可以实现这一点。应当理解，除了氧储存和氧供应金属氧化物氧化催化剂和助剂的组合以外，可以使用许多其它的组分。可以使用附加添加剂进一步增强侧流烟的处理或改变香烟的其它特性。这样的附加添加剂可以与处理组合物混合，或者在香烟结构的其它地方使用，当然假定这样的添加剂不会明显不利地影响处理组合物处理侧流烟的能力。
该组合物可以用实现铈与吸附材料共混的各种方法配制。例如，吸附材料可以喷涂铈盐溶液如硝酸铈溶液或铈溶胶或者浸渍在铈盐溶液如硝酸铈溶液或铈溶胶中，以便用铈浸渍吸附材料表面。氧化铈可以制备成单独的细粉，其与吸附材料细粉混合。特别优选的是，催化剂粉末的平均颗粒尺寸小于约30微米，优选小于20微米，最优选为约1.0-5微米，以保证物料的良好混合和共混。
作为选择催化剂颗粒尺寸和表面积的一般指导，本领域技术人员应当理解，所选的催化剂的表面积应当保证催化剂作用中心可用于移动的侧流烟成分。如果催化剂颗粒适当分布以获得必需的侧流烟成分氧化程度，这可能导致在某些实施方案中的催化剂颗粒尺寸大于30微米。
已经出乎意料地发现，氧化铈是可以起到本发明的两种作用的少数金属氧化物之一，即作为氧储存和氧供应催化剂并作为助剂。可以使多孔氧化铈颗粒具有助剂所要求的高表面积和平均颗粒尺寸。和香烟纸一起使用的氧化铈在处理组合物中以第一用量用作催化剂，以第二用量用作助剂。这样的氧化铈量一般与根据本发明的其它方面的催化剂和助剂所用的量相当，从而构成总用量。
铈可以配制成溶液分散体，如氧化铈溶胶等，并施用到吸附材料如沸石上。然后干燥并烧制，以提供固定在吸附材料表面上的氧化铈颗粒。当氧化铈颗粒固定到助剂表面如沸石表面上时，平均颗粒尺寸可以小于约1.0微米。固定到沸石上的氧化铈的相对量可以为约1-75重量％，以氧化铈和沸石的总当量含量为基准。固定到沸石上的氧化铈的优选相对量约为10-70重量％，以氧化铈和沸石的总当量含量为基准。
制备在沸石表面上固定氧化铈的复合制品的优选方法描述在共同未决申请序列号No._________中，标题为“制备金属氧化物涂敷的微孔材料的方法”，其在2001年9月14日在美国专利局提交申请，其主题并入本文作为参考。
虽然制备该复合制品的详细说明在上述申请中提供，为了容易参考，该方法一般涉及制备在沸石颗粒材料外表面上涂敷至少1重量％氧化铈的催化性氧化铈涂敷的沸石颗粒材料，所述重量百分数以氧化铈和沸石的总当量含量为基准。在一个方面，该方法一般包括以下步骤：
i)把一定量的氧化铈水合物的胶体分散体与相容的沸石颗粒材料组合形成浆料，胶体分散体的量足以在通过步骤(ii)热处理时提供大于20重量％的氧化铈，沸石颗粒材料的平均孔隙尺寸小于20埃，并且胶体分散体的平均颗粒尺寸至少为20埃，从而使胶体分散体处于沸石的外表面上；和
ii)先在低于约200℃的温度热处理所述浆料，然后在高于约400℃热处理，使所得的氧化铈固定在沸石颗粒材料的外表面上，从而提供自由流动的松散颗粒。
该产品可以从AMR Technologies，Inc.(Toronto，Canada)获得。对该方法可替代地，助剂吸附材料可以浸在铈盐溶液中，并干燥和热处理以便在吸附材料表面上形成氧化铈。
侧流烟处理组合物的出乎意料的活性允许其在具有各种孔隙率的香烟纸中使用。还已经发现，该组合物不必一定用在具有高孔隙率的香烟纸中。在具有约0.5Coresta单位的非常低孔隙率至约1,000Coresta单位的非常高孔隙率的纸中，该处理组合物同样非常好。优选的孔隙率通常小于200Coresta单位，最优选的孔隙率通常约30-60Coresta单位。应当理解，所述纸可以以双层或多层卷烟纸形式使用。所述纸可以用作有常规香烟纸的香烟上的外包装材料。应当理解，取决于孔隙率，催化剂和助剂的某些组合可以比其它的组合更好地起作用。
所述组合物可以简单地喷涂到香烟纸的任一侧或两侧并被吸收到纸中。如图1所示，纸10沿着箭头12的方向输送。浆料形式的处理组合物14通过喷嘴16喷涂在纸10上，以提供在纸上干燥的涂层18。可替代地，所述组合物可以以薄膜形式挤出到纸的表面上并且可以以单层或多层卷烟纸形式使用。如图2所示，薄膜涂敷设备20包含浆化的处理组合物14。薄膜涂敷机20在沿箭头12方向输送的纸10上铺敷薄膜22。干燥该薄膜以提供在纸10上的涂层24。用这些方案，相当意外的是来自燃烧的香烟的可见侧流烟实际上消失了。处理组合物可以在香烟纸外面施用到传统的香烟上。可以通过辊涂涂布机26获得涂层，如图3所示。处理组合物14以层28形式施用在辊子30上。刮刀32决定然后铺展在沿箭头12方向输送的纸10上的层34的厚度。该层然后干燥以形成在纸10上的涂层36。使用图4的涂布辊24实现了浸渗，所得的带有纸10的层36沿箭头12方向通过压辊38和40，压辊38和40迫使材料层进入纸10，从而使处理组合物成分浸渗到纸中。
本领域技术人员还应当理解，为了制备本发明的处理纸，可以使用许多其它的涂敷方法，包括转移涂布法。在转移涂布法中，可以使用MylarTM薄片或其它合适的连续薄片来把MylarTM薄片上的涂料组合物转移到香烟纸表面上。当基底薄片由于纸的物理强度特性等不能容易地接受组合物的辊涂时，这种转移涂布法是有用的。
另一种替代的方法是向造纸中引入处理组合物。该组合物可以以浆料形式引入到纸的配料中。参考图5，配料42中的处理组合物通过搅拌器44搅拌，以形成在罐46中的浆料。用传统的造纸方法输送该浆料并在移动的输送机50上铺开一层48，以形成所得的香烟纸52。结果，在最终的纸制品中引入了处理组合物。另一种替代方法是把处理组合物夹在纸层中间，形成在烟丝条上的双层香烟纸包装材料。例如，可以通过图1的喷涂技术把组合物施用在外层纸的内表面或内层纸的外表面上。一旦该两层纸应用到烟丝条上，作为一层形式的组合物就被夹在两层纸中间。每层纸可以具有传统香烟纸的一半厚度，使得该双层卷烟纸不会明显增加香烟的总直径，并且容易用卷烟机处理。
参考图6，例如，烟丝条54具有绕其卷制的香烟纸10，并在纸的外面带有涂层18。相反，如图7所示，可以应用香烟纸10，并且在纸的内表面上的涂层靠近烟丝条54。
另一种替代方法如图8所示，它是使涂层18夹在香烟纸56和58中间。带有中间涂层18的纸56和58可以以应用于烟丝条54的单一卷烟纸形式形成。另一种替代方法如图9所示，其中，烟丝条54用传统的香烟纸60覆盖。在传统的香烟纸60上是其中引入处理组合物的图5的香烟纸52。还应当理解，其中引入处理组合物的纸52可以直接应用在烟丝条54上。
如本领域技术人员所理解的，在希望的香烟纸内或其上提供侧流烟处理组合物的上述过程可以关于在烟丝条上所提供的量和所用卷烟纸的数量而变化。例如，可以使用在纸的两面上具有各种组合物用量的两层或多层纸，因此减少在一面上的用量，使得涂布操作更容易。
用这些组合的任一种，已经意外的发现，实际上消除了侧流烟。同时，香烟纸显示出传统的灰化特性。特别出乎意料的是，该组合物到香烟纸外表面的简单施用可以把可见的侧流烟减小到几乎不可检测的水平。
应当理解，取决于使用该组合物的方式及其施用到香烟上的方式，可能需要各种加工助剂及其混合物，以促进处理组合物的具体施用。这样的加工助剂包括层合材料如聚乙烯醇、淀粉、CMC、酪蛋白和其它类型的可以接受的胶水、各种结合粘土、惰性填料、增白剂、粘度调节剂、惰性纤维材料如锆纤维和锆/铈纤维，例如在美国申请系列No._________中所述，其题目为“锆/金属氧化物纤维”，2001年9月13日提交，其主题并入本文作为参考。还可以使用渗透剂把组合物带入纸中。合适的稀释剂如水也可以用来稀释所述组合物，使其可以用喷涂、幕涂、气刀涂布、棒涂、刮刀涂布、印刷涂布、施胶压榨涂布、辊涂、缝隙模涂布、转移涂布技术等涂布到传统的香烟纸上。
处理组合物到香烟纸、卷烟纸等之上或之中的希望用量优选为约2.5g/m2-约125g/m2。最优选地，用量为约2.5g/m2-约100g/m2。以重量百分比表示，所述纸可以有为约10-500重量％，最优选的是约10-400重量％的处理组合物。虽然这些用量是单层纸的典型用量，本领域技术人员应当理解，这些总用量可以用于两层或多层纸。
侧流烟减少组合物通常以组合物的水料浆形式使用。该料浆可以引入造纸过程中的纸配料中，或者通过各种涂布方法涂敷到纸上或者通过各种浸渗方法浸渗到纸中。用于料浆的催化剂和助剂的优选平均颗粒尺寸在约1-约30微米，最优选的是约1-约5微米。固定的助剂上的催化剂的优选相对量可以为约1-75重量％，更优选为约10-70重量％，甚至更优选为约20-70重量％，以催化剂和助剂的总当量含量为基准。
虽然侧流烟产生这种出乎意料的减少或消除的机理还不完全清楚，但是可以认为在香烟纸中使用氧化催化剂提高自由燃烧速度到高于常规的自由燃烧速度。不限于任何确定的理论，助剂与催化剂组合不仅影响常规的自由燃烧速度而且同时影响来自燃烧香烟的燃烧炭的传热和传质是可能的。与催化剂组合的助剂延缓用催化剂改性的香烟的燃烧的速度，而使所述香烟返回到常规自由燃烧速度。在该常规自由燃烧速度下，该催化剂能够实现侧流烟成分的显著转变，使可见侧流烟明显减少50％以上，并且通常大于80％，最优选大于95％，如在以下实施例中所表明的。
实施例
序言
为香烟样品359-3提供涂敷后的传统香烟纸的双层卷烟纸。单位处理纸的涂敷量为47g/m2。涂料中的功能成分包含氧供应和氧储存金属氧化物氧化催化剂，具体为与合适的助剂共混或者固定到合适助剂上的氧化铈，助剂具体为得自Zeolyst International(Valley Forge，Pennsylvania，U.S.A.)的Y型沸石CBV 720。
使这些功能成分适合于通过与标准复合涂料一起配制进行在传统的香烟纸上的涂敷，所述标准复合涂料包括但不限于润湿剂、pH提高剂、粘合剂体系、表面活性剂和消泡剂。对于该实施例，将1份总的功能成分与0.002份润湿剂、0.06份pH提高剂、0.18份粘合剂体系、0.01份表面活性剂和0.00024份消泡剂一起配制。这样的复合涂料是涂料领域中的技术人员熟知的。
所制备的香烟用标准吸烟机抽吸。按0-8的等级目测评价侧流烟的量，0是没有侧流烟，8是与由传统香烟产生的侧流烟相同的侧流烟。
实施例1
相对于传统香烟，处理纸明显减少可见的侧流烟，最多为95％或更多的减少量。在可见的侧流烟与侧流烟成分(如焦油和尼古丁含量)的许多可计量的测量之间存在强相关性。按照Health Canada MethodT-212(用于测定侧流烟中的焦油和尼古丁)对样品359-3进行的侧流烟测量表明，在表1A中，侧流烟尼古丁减少96％，侧流烟焦油减少73％。焦油的该减少百分比与可见侧流烟减少95％相关，如表IB所示。因此，为了提供基本不可见的侧流烟流，不是所有的焦油成分必须从侧流烟中除去。表1C的气相色谱分析/质谱分析结果与这些测量一致，表明在侧流烟中芳香烃减少82％，尼古丁减少88％。对若干样品的侧流烟测量表示在表1D中。侧流烟量按0-8的级别目测定量，0是没有侧流烟，8是与常规香烟产生的侧流烟相同的侧流烟。表1D表示与常规香烟相比，样品中侧流烟减少的量以及在可见侧流烟减少与随后的焦油和尼古丁一致减少之间的关系。例如，实际上看不见的可见侧流烟读数为0.5相当于每支香烟在侧流烟中仍然残留6毫克的焦油量。在该领域中大量实验已经表明，在侧流烟目测读数与侧流烟中残余焦油量之间存在基本为线性的关系。例如，约为2的可接受目测读数与侧流烟中约10毫克的焦油含量相当。一般来说，大于2的目测读数不是优选的，但是应当理解，可能存在可以证明目测级别大于2的情况，例如希望侧流烟减少较少的情况。
实施例2
处理纸不会显著改变主流烟。对样品359-3的主流烟测量。使用以下过程进行测量：ISO方法，ISO 3308，参见第4版，2000年4月15日(常规分析香烟的测量)；ISO方法，ISO 4387，参见第2版，1991年10月15日(使用常规分析吸烟机测量总的无尼古丁的干燥颗粒物)；ISO方法，ISO 10315，参见第1版，1991年8月1日(在烟冷凝物中的尼古丁的测定，-气相色谱法)，ISO方法；ISO 10362-1，参见第2版，1999年12月15日(测量烟冷凝物中的水-气相色谱法)；ISO方法，ISO 3402，参见第4版，1999年12月15日(调节和测试的气氛)，ISO方法，ISO 8454，参见第2版，1995年11月15日(香烟烟雾气相中的一氧化碳的测定-NDIR法)，并且其在表2A中表明，与常规香烟中的含量相比，尼古丁和焦油含量在主流烟中基本相同。在表2B中所示的气相色谱法/质谱分析法的结果与这些测量一致。芳香烃的可测定量为每支传统香烟150微克，而每支样品359-3为119微克。芳香族含氮化合物，具体地说为尼古丁，的可测定量为每支传统香烟1436微克，而每支样品359-3为1352微克。呋喃及其衍生物的可测定量为每支传统香烟159微克，而每支样品359-3为156微克。烃的可测定量为每支传统香烟202微克，而每支Prototype 359-3为177微克。其它羰基化物，具体为甘油三乙酸酯，的测定量为每支传统香烟478微克，而每支样品359-3为674微克。
实施例3
处理纸是可燃的，用常规方法燃烧，并且灰化。按照ISO方法，ISO 4387定量测定燃烧特性，参见第2版，1991年10月15日(使用常规分析吸烟机测定总的无尼古丁的干燥颗粒物)。如表3A中所示，样品359-3的平均喷烟次数为每支样品8.7次喷烟，相比之下，每支传统香烟平均喷烟次数为9.5次喷烟。计算的燃烧速度表示在表3A中，样品359-3与传统香烟具有基本相同的燃烧速度0.09毫米/秒。燃烧温度分布测量根据在公开的PCT申请WO 99/53778中描述的技术进行，其主题并入本文作为参考。表3A的结果与以上测量一致，表明在喷烟和燃烧两个过程中，样品的燃烧特性与传统香烟基本相同。在喷烟过程中，在纸表面、在香烟中心线以及沿着香烟半径的1/2位置测量，对照物的温度略低。在燃烧过程中，对照物和样品359-3具有基本相同的温度。
实施例4
涂敷的处理纸的孔隙率使用在FILTRONA Operation Manual forPaper Permeability Meter PPM 100中描述的方法测定，并表示在表4A中。在制备样品359-3中所用的处理纸的孔隙率为9Coresta。在制备香烟样品359-6中所用的涂敷的处理纸的孔隙率为32Coresta。在Smoke Panel测试中，与用相同烟草混合物的传统香烟相比，发现样品359-3具有可接受的味道。
用与样品359-3类似的如序言所述的双层卷制方法制备样品359-6。每层卷烟纸的涂料量为34.5g/m2。涂料中的功能成分与序言中列出的功能成分相同，但是包括附加的助剂材料来自Zeolyst的ZSM-5型沸石CBV 2802和来自Zeolyst的β型沸石CP-811EL。
使这些功能成分适合于通过与序言中所述的标准复合涂料一起配制涂敷在传统香烟纸上。对于该复合涂料，将1份总的功能成分与0.002份润湿剂、0.06份pH提高剂、0.16份粘合剂体系、0.01份表面活性剂和0.00024份消泡剂一起配制。
实施例5
表明不同的氧供应金属氧化物氧化催化剂能够使可见侧流烟减少到本文所述的水平。参考表5A，样品2-143-1表明了氧化铈作为高表面积助剂和作为氧供应金属氧化物氧化催化剂的能力。样品2-143-2表明了与Zeolite CBV 720助剂材料共混的高表面积氧化铈减少可见侧流烟的影响。样品2-133-3表明了与高表面积CBV 720助剂材料共混的氧供应金属氧化物氧化催化剂氧化铁减少可见侧流烟的影响。在铈基催化剂约一半的用量下，氧化铁获得了约2.5的可见侧流烟减少。可以清楚的是，提高氧化铁用量达到氧化铈的用量可以获得约1.0的类似可见侧流烟减少。容易清楚的是，使氧化铁和沸石用量达到样品2-143-1和2-143-2的用量的两倍，可以实现约1.0的类似可见侧流烟减少。
实施例6
平均直径为2微米至大于约16微米的颗粒能够把可见的侧流烟减少到前述实施例中所述的水平。但是用更小的颗粒尺寸能够使用更低的涂料量来满足表6A中所示的相同可见侧流烟水平。
在样品2-50-1、2-50-2和2-50-3的涂层中的功能成分与序言中所列的功能成分一样，仅仅在助剂的平均颗粒尺寸方面不同。
表1A
  对照[毫克/支香烟]   359-3[毫克/支香烟]   减少％
  侧流烟   尼古丁   5.35   0.24   95.5
  焦油   22.7   6.1   73.1
表1B
  对照   359-3[毫克/支香烟]   减少％
  侧流烟目测值(0-8)   8   0.44   94.5
表1C
  对照[毫克/支香烟]   359-3[毫克/支香烟]   减少％
  侧流烟半挥发分
  芳香烃   氢醌   175   31   82.3
  芳香族含氮尼古丁   5300   617   88.4
表1D
  侧流烟-目测值   焦油(毫克/支香烟)   尼古丁(毫克/支香烟)
  359-1   0.44   0.33
  359-3   0.44   6.1   0.24
  359-4   0.44   6.5   0.33
  359-2   0.56   6.3   0.37
  对照   8   22.7   5.35
表2A
  对照[毫克/支香烟]   359-3[毫克/支香烟]
  主流烟   尼古丁   1.59   1.49
  焦油   14.9   16.7
表2B
  对照[毫克/支香烟]   359-3[毫克/支香烟]
  主流烟半挥发分
  芳香烃   氢醌   90   82
  苯酚   60   37
  芳香族含氮尼古丁   1436   1352
  呋喃和衍生物   2-呋喃薄荷醇   16   12
  5-(邻甲基)-2-呋喃羧基醛   113   111
  5-甲基-2-呋喃羧基醛   11   11
  糠醛   19   22
  苧烯   56   60
  新植二烯   146   117
  羰基化物   甘油三乙酸酯   478   674
表3A
  对照   样品359-3
  纸是可燃的吗？   是   是
  灰的形成   良好   灰化，有鳞片
  喷烟次数   9.5   8.7
  自由燃烧速度1   0.09毫米/秒   0.09毫米/秒
  燃烧温度分布
  在喷烟过程中纸温℃ 620±20 690±20
  中心线温度℃   810±20   890±20
  1/2半径温度℃   790±20   880±20
  在自由燃烧过程中纸温℃ 520±20 500±20
1自由燃烧速度～(52毫米-对接缝长度)/(60秒*喷烟)假定对接缝长度＝3.0毫米
表4A
  基础纸   KC-514   KC-514
  样品号   359-3   359-6
  配方号   2-13-2   2-99-1
  *纸涂料   DS   DS
  涂料用量(g/m2)
  -每层纸   47.4   34.5
  基重(单纸+涂料)   72.4   69.0
  基重/支香烟   72.4×2   69.0×2
  涂敷的纸孔隙率(Coresta)   9   32
  功能成分
  结合了氧化铈的CBV 720沸石   100   75
  CBV 2802沸石   12.5
  CP-811EL沸石   12.5
  标准复合涂料(见序言)
  燃烧特性
  温度   384   339
  喷烟   9   9.3
  侧流烟-目测值(0-8)   1   2.7
KC514基础纸(Schweitzer-Mauduit International(Alpharetta，Georgia U.S.A.))的基重为25g/m2，并且在涂敷前的初始孔隙率为50Coresta单位。
*DS-双层纸，单一涂层(夹心型)
表5A
  基础纸   KC-514   KC-514   KC-514
  配方号   2-143-1   2-143-2   2-133-3
  涂料用量(g/m2)-每层纸   54   49   53.5
  基重(单层纸+涂层)   79   73   78.5
  基重/支香烟   158   146   78.5
  功能成分
  氧化铈   100   44
  CBV 720沸石   56
  含有1％FeO的CBV 720沸石(2-132-4)   100
  标准复合涂料(见序言)
  燃烧特性
  温度   366   357   352
  喷烟   7.0   8.3   8.3
  侧流烟-目测值(0-8)   1.3   1.0   2.5
表6A
  涂敷的手抄纸配方号   2-50-1   2-50-2   2-50-4
  功能成分
  CBV 720沸石共混的氧化铈   100   100   100
  助剂材料的平均颗粒尺寸   2微米   4微米   16微米
  把目测侧流烟减少到3所需的材料量   48g/m2   95g/m2   120g/m2
虽然本文详细描述了本发明的优选实施方案，但是本领域技术人员应当理解，可以对其进行许多变化而不脱离本发明的实质或所附权利要求的范围。

Claims (6)

1.一种含有烟丝条和烟丝条用香烟纸的香烟，所述纸是可燃的、显示传统灰化特性，组合地包含稀土金属氧化物和用于所述稀土金属氧化物的基本不可燃细分散的多孔颗粒助剂，其中所述助剂为金属氧化物，其所述稀土金属氧化物和所述金属氧化物形成混合的金属氧化物。
2.权利要求1的香烟，其中，所述稀土金属氧化物是氧化铈。
3.权利要求1的香烟，其中，所述助剂是氧化锆。
4.权利要求1的香烟，其中，所述稀土金属氧化物是氧化铈，所述助剂是氧化锆。
5.权利要求1的香烟，其中，所述纸还包含至少一种金属或金属氧化物氧化催化剂，所述金属或金属氧化物氧化催化剂选自贵金属、过渡金属氧化物、第IIA和IVA族金属及其混合物。
6.权利要求5的香烟，其中，所述选择的金属或金属氧化物氧化催化剂是选自铂、钯、氧化铜、氧化铁、氧化锰、氧化银、氧化钛及其混合物。
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