ES2637384T5 - Composición para el recubrimiento de una envoltura de papel para artículos para fumar - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓN
Composición para el recubrimiento de una envoltura de papel para artículos para fumar
Campo de la invención
La presente invención pertenece al campo de la tecnología de envoltura de papel para artículos para fumar.
Antecedentes de la invención
Los fabricantes de cigarrillos necesitan cada vez más que los cigarrillos con poca tendencia a la ignición cumplan el requisito legal en los Estados Unidos de que un 75 % de los mismos se apaguen sobre un soporte consistente normalmente en 10 hojas de un tipo de papel de filtro determinado. Este porcentaje de cigarrillos que se apagan se mide en los Estados Unidos mediante el ensayo de autoapagado o "SE” por sus siglas en inglés, Self-Extinguishment, ASTM E2187, único ensayo oficial disponible en la actualidad.
Pero además, los fabricantes de cigarrillos también necesitan que el porcentaje de cigarrillos que se apagan en combustión libre, es decir, sin estar en contacto con nada, sea mínimo e, idealmente, cero. Esto se mide mediante un ensayo no oficial denominado "FASE” por sus siglas en inglés, Free-Air Self-Extinguishment (autoapagado al aire libre).
El fundamento de la medida del valor de FASE es determinar el porcentaje de cigarrillos que se queman completamente después de encenderlos y fumarlos por 5 mm (normalmente en una máquina de fumado de cigarrillos) y mantenerlos sujetos por el filtro sin contacto con nada más en el interior de una vitrina o similar, donde la circulación de aire se mantiene al mínimo posible, para asegurar la total extracción del humo procedente de la combustión (este parámetro depende del volumen de la vitrina, pero para el caso de una vitrina donde hay instalada una máquina de fumado de cigarrillos, este caudal es de alrededor de 0,5 litros/minuto).
Existe abundante estado de la técnica sobre métodos de obtención de cigarrillos autoapagables, tal como la solicitud de patente WO2003/15543. El uso de la goma arábiga ha significado una contribución importante en la obtención de cigarrillos autoapagables, pero era necesario mejorar la carga de la composición formadora de película sustituyendo el hidróxido de aluminio por compuestos que aumentaran el porcentaje de cigarrillos que no se apagan en combustión libre.
El carbonato cálcico se menciona en patentes como US-4615345 pero no en el sentido de disminuir el valor de FASE comparativamente al hidróxido de aluminio.
La patente EP1166656 B1 divulga el uso de carbonato cálcico como carga con un tamaño de partícula de 1,3 μm y con distintas formas. Sin embargo, tampoco está combinado con goma arábiga. Algo similar ocurre en la solicitud de patente EP1403432, que divulga el uso del carbonato cálcico con un tamaño de partícula de diámetro menor de 1,3 μm.
Por otro lado, la solicitud US20030178039 menciona la goma arábiga entre posibles materiales formadores de película para una composición aplicable a papeles dispersable en agua, así como el carbonato cálcico como posible carga en dicha composición. Además, ambas sustancias no aparecen como una combinación concreta, por lo que no hay ningún incentivo para la combinación expresa de ambas sustancias. Por tanto, las diferencias entre esta solicitud y la presente invención son: (1) mientras la nueva composición objeto de la presente solicitud se refiere al denominado "papel de cigarrillo”, la solicitud US20030178039 se refiere únicamente a la envoltura de filtro y el papel de boquilla; (2) el objeto de la presente invención es el apagado de los cigarrillos encendidos, mientras que el objeto de la solicitud US20030178039 es promover la dispersabilidad en agua de los papeles de filtro y boquilla.
La Patente de los EE.UU. N.° 5.092.353 describe la estructura típica de un cigarrillo, que es un tipo popular de artículo para fumar.
Con el papel obtenido de acuerdo con la presente invención se consigue disminuir el valor de FASE para un valor de SE dado comparativamente al hidróxido de aluminio, como se demostrará más adelante.
Objeto de la invención
La presente invención tiene como objeto una composición para el recubrimiento de la envoltura de papel para artículos para fumar que comprende una combinación de goma arábiga y carbonato cálcico, que aporta la ventaja de conseguir cigarrillos autoapagables con un porcentaje de autoapagado durante la combustión libre más bajo que usando hidróxido de aluminio.
El método de la invención permite proporcionar a un papel para cigarrillos, preferentemente por la cara interna o en contacto con el tabaco, un recubrimiento adecuado para conseguir mantener el parámetro FASE con el valor más
bajo posible. Dicho recubrimiento se puede aplicar en zonas aisladas separadas entre ellas por zonas sin recubrimiento, o de forma continua, con el uso de técnicas de impresión habituales. Dicha composición de recubrimiento se obtiene a partir de una disolución preparada a base de goma arábiga o goma de acacia, con una carga que contiene al menos carbonato cálcico. Otras cargas minerales que también sirven para este propósito, y que se podrían emplear en combinación con el carbonato cálcico, son el caolín, el sulfato cálcico, el dióxido de titanio, etc. También se puede añadir a la composición agentes de combustión tales como los citratos, preferentemente trisódico y tripotásico, solos o combinados entre sí.
En toda la presente memoria descriptiva se usan indistintamente los términos "composición” y "tinta”. Cuando se refiere a la composición en materia seca, se indica expresamente. Además, también se usan indistintamente las expresiones "con respecto a la materia seca” y "con respecto a sólidos” o "con respecto a los sólidos”.
Descripción de la invención
La presente invención se refiere en primer lugar a una composición para el recubrimiento de la envoltura de papel para artículos para fumar que comprende una combinación de goma arábiga y una carga que comprende carbonato cálcico, solo o en combinación con otras sustancias.
De acuerdo con realizaciones particulares de la composición para el recubrimiento de la envoltura de papel para artículos para fumar la carga puede comprender carbonato cálcico en combinación con otras sustancias seleccionadas entre caolín, sulfato cálcico, dióxido de titanio y mezclas de los mismos.
De acuerdo con realizaciones particulares adicionales de la composición para el recubrimiento de la envoltura de papel para artículos para fumar, la carga puede comprender carbonato cálcico en combinación con citrato, preferentemente citrato trisódico y tripotásico.
La goma arábiga está presente en la composición en un porcentaje comprendido preferentemente entre un 40 % y un 95 % en peso, respecto al peso total de materia seca, más preferentemente entre un 45 y un 90 % en peso, incluso más preferentemente entre un 50 y un 80 % en peso respecto al peso total de materia seca de dicha composición.
El resto de la composición de recubrimiento es al menos carbonato cálcico, solo o en combinación con otras sustancias. De acuerdo con la presente invención, el porcentaje de carbonato cálcico sobre la materia seca de la composición es de al menos un 5 % en peso, y está presente en esta composición en una cantidad entre un 5 y un 60 % en peso con respecto al peso seco total de la composición, preferentemente de entre un 10 y un 55 % en peso, y más preferentemente de entre un 20 y un 50 % en peso.
Una composición de recubrimiento especialmente preferida es una composición o tinta que tiene un contenido en materia seca de entre un 25 y un 40 % en peso respecto al peso total de la composición, y en la que dicha materia seca comprende:
- un 67 % en peso de goma arábiga respecto a la materia seca
- y un 33 % en peso, de carbonato cálcico respecto a la materia seca.
La composición se aplica en forma líquida a la envoltura de papel del artículo para fumar.
Con esta cantidad de carbonato cálcico se obtienen los siguientes beneficios:
- La visibilidad de la banda impresa por la cara opuesta a la impresión es menor.
- El valor de difusividad para conseguir el valor deseado de apagado de los cigarrillos de acuerdo con el ensayo ASTM E2187 es más elevado cuando se usa carbonato cálcico que cuando se usa hidróxido de aluminio de acuerdo con la solicitud de patente WO2003/15543 y, por tanto, usando carbonato cálcico se reducen los contenidos de alquitrán, nicotina y monóxido de carbono, algo clave para el cumplimiento de la legislación europea vigente.
Una realización adicional de la composición, también preferida, es una composición que tiene un contenido en materia seca de entre un 25 y un 40 % en peso con respecto al peso total de la composición y que comprende: - entre un 40 % y un 95 % de goma arábiga respecto al peso de materia seca,
- entre 5 y 60 % en peso de carbonato cálcico al peso de materia seca.
Una realización adicional de la composición, también preferida, es una composición que tiene un contenido en materia seca de entre un 25 y un 40 % en peso respecto al peso total de la composición y que comprende:
- entre un 40 % y un 95 % en peso de goma arábiga respecto al peso de materia seca,
- entre 5 y 60 % en peso, de carbonato cálcico respecto al peso de materia seca.
- entre un 2,5% y un 4% en peso, de un agente de combustión seleccionado entre citrato trisódico, citrato tripotásico y mezclas de ambos, preferentemente, aproximadamente un 3,5 % en peso respecto al peso de materia seca.
El valor de difusividad para conseguir un valor correcto de apagado de los cigarrillos de acuerdo con el ensayo ASTM E2187 es más elevado cuanto más elevado es el porcentaje de carbonato cálcico sobre el peso en sólidos en la tinta, lo que hace preferible usar una tinta con niveles altos de carbonato cálcico.
- Con respecto a la medición de la difusividad (también denominada coeficiente o capacidad de difusión), aunque no hay un método de referencia para medirla, su fundamento consiste en lo siguiente: la muestra de papel se coloca entre dos cámaras. En una de ellas hay se mantiene un flujo constante de nitrógeno y en la otra el mismo flujo de dióxido de carbono. No existe diferencia de presión entre ambas cámaras. El nitrógeno se difunde a través del papel hacia la corriente de dióxido de carbono y a la inversa. Se mide continuamente la concentración de dióxido de carbono a la salida de la cámara donde fluye el nitrógeno, siendo esta concentración la utilizada para el cálculo de la difusividad de la muestra.
La presente invención tiene además como objeto el uso de la composición descrita para recubrir parcial o totalmente una envoltura de papel para artículos para fumar. La composición se puede aplicar mediante impresión por medio de una técnica seleccionada entre flexografía, huecograbado, serigrafía y offset.
La composición se puede aplicar sobre una envoltura de papel para artículos para fumar como recubrimiento parcial, en forma de bandas paralelas entre sí y dispuestas perpendicularmente al eje del artículo para fumar o con una ligera desviación de dicho eje, por ejemplo en un ángulo de entre 0,5° y 5° aproximadamente con respecto a la perpendicular del eje de dicho artículo para fumar. Dichas bandas, paralelas entre sí, pueden tener un ancho de entre 4 y 10 mm, y preferentemente entre 6 y 8 mm. Las bandas paralelas entre sí pueden estar separadas por una distancia de entre 10 y 30 mm, y preferentemente están separadas por una distancia de entre 15 y 25 mm.
Dicha composición se puede aplicar al papel en cantidades comprendidas entre 0,5 y 10 gramos de materia seca por metro cuadrado de papel, y preferentemente entre 0,9 y 8 gramos de materia seca por metro cuadrado de papel, medido en la zona impresa.
Para la aplicación de la composición se pueden usar técnicas de impresión convencionales, tales como flexografía, huecograbado, serigrafía u offset, aunque se prefiere usar la flexografía en forma continua o en bandas, con el uso de un rodillo de transferencia diseñado para una transferencia apropiada de dicha composición a la envoltura de papel para un artículo para fumar. De acuerdo con la invención, esta composición debe aplicarse a dicho papel en cantidades comprendidas en el intervalo de entre 0,5 y 10 gramos de materia seca por metro cuadrado de papel, y más preferentemente entre 0,9 y 8 gramos de materia seca por metro cuadrado de papel, medido en la zona impresa.
Un parámetro muy importante a tener en cuenta cuando se imprime un papel por medio de cualquier técnica consiste en la viscosidad de la composición. En huecograbado y flexografía existe un límite de viscosidad por encima del cual se dificulta la transferencia de la composición al soporte que se ha de imprimir. De acuerdo con la experiencia de los inventores, viscosidades entre 80 y 600 cp, medidas con un viscosímetro Brookfield RVT a temperatura ambiente, 20 rpm y con la varilla adecuada para estos valores de viscosidad, son las más apropiadas. La permeabilidad al aire del papel se mide en ml/min/cm2, a una caída de presión de 1 kPa, según se explica en el método de referencia CORESTA n.° 40. Por esta razón, esta unidad se denomina habitualmente Unidad Coresta, o UC.
La permeabilidad inicial del papel puede ser de 19 UC o superior, por ejemplo, 150 UC. Las fibras que componen el papel pueden ser a base de madera u otros, como es el caso de las plantas anuales lino, cáñamo, esparto, yute y otros. Estos papeles tienen gramajes de, por ejemplo, entre 19 y 40 g/m2, preferentemente de entre 20 y 30 g/m2. La presente invención tiene además como objeto una envoltura de papel para artículo para fumar que comprende la composición descrita anteriormente.
Una realización particular de la envoltura de papel para artículo para fumar con baja propensión a la ignición, es una envoltura que comprende, al menos, zonas recubiertas con una tinta compuesta por:
- un porcentaje de materia seca de entre un 25 y un 40 % en peso con respecto a la composición total,
- entre un 40 % y un 95 % en peso de goma arábiga con respecto al peso de materia seca,
- entre un 5 y un 60 % en peso, de carbonato cálcico con respecto al peso de materia seca,
y que preferentemente tiene una permeabilidad inicial al aire de entre 10 UC y 150 UC.
Una realización particular adicional de la envoltura de papel para artículo para fumar con baja propensión a la ignición, es una envoltura que comprende, al menos, zonas recubiertas con una tinta compuesta por:
- un porcentaje de materia seca de entre un 25 y un 40 % en peso con respecto a la composición total,
- entre un 40 % y un 95 % en peso de goma arábiga con respecto al peso de materia seca,
- entre un 5 y un 60 % en peso, de carbonato cálcico con respecto al peso de materia seca,
- entre un 2,5% y un 4% en peso, de un agente de combustión seleccionado entre citrato trisódico, citrato tripotásico y mezclas de ambos, preferentemente, aproximadamente un 3,5% en peso con respecto al peso de materia seca, y que, preferentemente, tiene una permeabilidad inicial al aire de entre 10 UC y 150 UC.
La presente invención tiene además como objeto un artículo para fumar, preferentemente un cigarrillo, que comprende la envoltura de papel para artículo para fumar descrita anteriormente.
En toda la presente memoria descriptiva la palabra "tinta” y la expresión "composición de recubrimiento” se deben considerar sinónimas y se usan indistintamente.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 muestra los resultados obtenidos de porcentaje de cigarrillos apagados, medido de acuerdo con ASTM E2187 (SE) y de acuerdo con el parámetro de apagado de combustión libre (FASE), frente a los valores de difusividad, para cigarrillos con una carga exclusivamente de carbonato cálcico.
La figura 2 muestra los resultados obtenidos de porcentaje de cigarrillos apagados, medido de acuerdo con ASTM E2187 (SE) y de acuerdo con el parámetro de libre apagado de combustión libre (FASE), frente a los valores de difusividad, para cigarrillos con una carga exclusivamente de hidróxido de aluminio.
Ejemplos de realización
Preparación de una composición de recubrimiento
La preparación de una composición de acuerdo con la invención se describe en la solicitud de patente WO2003/15543.
Dicha composición se prepara disolviendo una cantidad predeterminada de goma arábiga o goma de acacia en agua, en concentraciones que varían entre un 40 y un 95 % en peso con respecto al peso total de materia seca de la composición, preferentemente entre un 45 y un 90 % en peso, más preferentemente entre 50 y 80 % en peso, e incluso más preferentemente entre un 60 y un 68 % en peso, siendo el resto de sólidos carbonato cálcico al menos. Se añade agua hasta completar el 100 % en peso.
La preparación de la tinta liquida, o composición, de recubrimiento se hace mezclando las cantidades adecuadas de una disolución de goma arábiga en agua al 39 % y de carbonato cálcico en el sistema adecuado para conseguir una buena dispersión del carbonato cálcico (normalmente, dicho sistema son agitadores con un componente de cizallamiento importante tal como, por ejemplo, un agitador Silverstone), añadiendo al final la cantidad necesaria de agua para ajustar la concentración adecuada de materia seca.
Esta concentración de materia seca depende básicamente de dos factores:
- los parámetros de impresión, que en flexografía es fundamentalmente el volumen del rodillo anilox
- la difusividad y/o la permeabilidad al aire de la envoltura de papel para artículos para fumar que se ha de imprimir. La difusividad y/o la permeabilidad al aire de la envoltura de papel para artículos para fumar no son parámetros que midan estrictamente lo mismo, aunque para una muestra concreta de envoltura de papel para artículos para fumar están relacionados.
Ejemplo de aplicación de la composición de recubrimiento y análisis de la influencia del tipo de carga.
Para determinar los límites de trabajo con su tecnología, los inventores han partido de una tinta que consiste en un 67 % en peso de materia seca de goma arábiga, y un 33 % en peso con respecto a la materia seca, de carga a varios niveles de contenido en sólidos siendo esta carga hidróxido de aluminio con un tamaño de partícula de 1,2 micrómetros en un caso y carbonato cálcico precipitado con un tamaño de partícula de menos de 1 micrómetro en el otro. Con esta composición se han imprimido bandas con diversos gramajes sobre una envoltura de papel para artículos para fumar fabricada con fibras de madera y con una permeabilidad al aire de 50 UC.
Modo de aplicación específico de la composición a la envoltura
La capa de tinta o composición de recubrimiento se imprimió con una máquina flexográfica de tambor central, usando un anilox de 30 cc/m2 y una placa de grabado de 2,54 mm.
Se ha analizado la difusividad de las bandas impresas de este modo y se han fabricado cigarrillos usando tabaco de
una típica "mezcla Americana". Los cigarrillos se han analizado de acuerdo con el método ASTM E2187 para la determinación de su apagado sobre soporte de papel de filtro (SE). Análogamente se ha determinado su apagado de combustión libre (FASE).
Las figuras 1 y 2 muestran los resultados obtenidos de porcentaje de cigarrillos apagados medido de acuerdo con el parámetro de autoapagado (SE) y de acuerdo con el parámetro de apagado de combustión libre (FASE), frente a los valores de difusividad, para cigarrillos con una carga exclusivamente de carbonato cálcico (figura 1) y para cigarrillos con una carga exclusivamente de hidróxido de aluminio (figura 2).
Teniendo en cuenta que los objetivos son obtener un mínimo de 75 % de cigarrillos apagados sobre soporte (% de SE) y un valor de FASE lo más bajo posible, este estudio demuestra que los valores de % de FASE para este valor del 75 % de SE son sustancialmente menores usando carbonato cálcico que usando hidróxido de aluminio (aproximadamente, un 50% de FASE con hidróxido de aluminio y un 15% con carbonato cálcico). Además, el intervalo de valores de difusividad para conseguir al menos el 75 % de SE es mayor para el caso del carbonato cálcico (de 0 a 0,293 cm/s) que para el caso del hidróxido de aluminio (de 0 a 0,172 cm/s).
Ejemplo de una envoltura de cigarrillo de acuerdo con la invención
Aunque cualquier envoltura de papel para artículos para fumar, como es el caso de las que tienen una permeabilidad al aire comprendida entre 15 y 150 UC, es útil para el objeto de la presente invención, con fines de demostración en la siguiente tabla se indican las características del papel utilizado en los ensayos siguientes:
T l 1. r rí i l l r rí l r f m r:
Lo que se define como cenizas es una medida del contenido de carga mineral del papel, que en el caso de la envoltura de papel para artículos para fumar, normalmente es carbonato cálcico. El factor experimental por el que hay que multiplicar este valor para obtener el porcentaje de carbonato cálcico es 1,695.
Los datos de composición de la tinta, gramaje de capa aplicado, junto con la difusividad medida en la banda y los valores de SE y FASE de los cigarrillos fabricados con estos papeles se muestran en las tablas 2 y 3, a continuación.
Tabla 2. Com osición con hidróxido de aluminio:
Tabla 3. Com osición^ con carbonato cálcico:
En todos los casos, los porcentajes de goma arábiga y de carbonato cálcico sobre materia seca son del 67 % y del 33 % respectivamente. El porcentaje de materia seca de la tinta utilizada en la impresión varía.
Las figuras 1 y 2 muestran la relación entre difusividad de la banda y los porcentajes de SE y de FASE para cada tipo de carga.
Es muy difícil conseguir valores predeterminados de SE, por lo que se preparan tintas con varios contenidos de materia seca manteniendo la relación entre goma arábiga y carga, y se interpola.
Claims (16)
1. Una composición que comprende goma arábiga para el recubrimiento mediante impresión de una envoltura de papel para artículos para fumar para obtener artículos para fumar autoapagables, caracterizada por que la goma arábiga está en combinación con una carga que comprende carbonato cálcico; y la composición comprende, expresado con respecto al peso de la materia seca de la composición:
entre un 40 % y un 90 % en peso de goma arábiga, y
entre un 5 % y un 60 % en peso de carbonato cálcico.
2. Una composición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que la carga comprende carbonato cálcico en combinación con otras sustancias seleccionadas entre caolín, sulfato cálcico, dióxido de titanio y mezclas de los mismos.
3. Una composición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que la carga comprende carbonato cálcico en combinación con citrato, preferentemente trisódico y tripotásico.
4. Una composición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que comprende entre un 45 % y un 90 % en peso de goma arábiga con respecto al peso de materia seca total de la composición.
5. Uso de la composición definida en una de las reivindicaciones 1 a 4 como recubrimiento total o recubrimiento parcial de una envoltura de papel para obtener artículos para fumar autoapagables.
6. Uso de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que el recubrimiento total o el recubrimiento parcial se aplica mediante impresión por medio de una técnica seleccionada entre flexografía, huecograbado, serigrafía y offset.
7. Uso de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que la composición se aplica sobre una envoltura de papel para artículo para fumar como recubrimiento parcial, en forma de bandas paralelas entre sí y dispuestas perpendicularmente al eje longitudinal del artículo para fumar.
8. Uso de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que la composición se aplica sobre una envoltura de papel para artículo para fumar como recubrimiento parcial, en forma de bandas paralelas entre sí y dispuestas en un ángulo de entre 0,5° y 5°, aproximadamente con respecto a la perpendicular del eje longitudinal del artículo para fumar.
9. Uso de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que las bandas paralelas entre sí tienen un ancho de entre 4 y 10 mm.
10. Uso de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que las bandas paralelas entre sí tienen un ancho de entre 6 y 8 mm.
11. Uso de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que las bandas paralelas entre sí están separadas por una distancia de entre 10 y 30 mm.
12. Uso de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que las bandas paralelas entre sí están separadas por una distancia de entre 15 y 25 mm.
13. Uso de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que la composición se aplica a la envoltura de papel para artículo para fumar en cantidades comprendidas entre 0,5 y 10 gramos de materia seca por metro cuadrado de papel, preferentemente entre 0,9 y 8 gramos de materia seca por metro cuadrado de papel, medido en el área impresa.
14. Una envoltura de papel recubierta para artículo para fumar que comprende una envoltura de papel para artículo para fumar y un recubrimiento total o un recubrimiento parcial con la composición definida en una de las reivindicaciones 1 a 4.
15. Una envoltura de papel recubierta para artículo para fumar de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizada por que comprende, al menos, áreas recubiertas con una tinta compuesta por:
- un porcentaje de materia seca de entre un 25 y un 40 % en peso con respecto a la composición total,
- entre un 40 % y un 95 % en peso de goma arábiga con respecto al peso de materia seca,
- entre un 5 y un 60 % en peso, de carbonato cálcico con respecto al peso de materia seca,
- un 3,5 % en peso, de un agente de combustión seleccionado entre citrato trisódico, citrato tripotásico y mezclas de ambos,
y que tiene una permeabilidad inicial al aire de entre 10 UC y 150 UC.
16. Un artículo para fumar autoapagable que comprende la envoltura de papel recubierta para artículo para fumar definida en la reivindicación 14 o 15.
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