Espero que você tenha encontrado uma resposta para essa estranheza. Aqui está o que eu encontrei:
Enquanto usava o tmux 1.8 (padrão no centos 7) eu estava tendo o mesmo problema que você. Então, em vez disso, eu removi essa versão e compilei a partir da versão 2.2 do tmux.
A partir desta versão, o seguinte funciona sem caracteres estranhos:
tmux new -d 'while true; do date; sleep 1; done' \; pipe-pane 'cat > /tmp/log'
Então, basicamente, deve ter sido um problema com versões mais antigas. Não tenho conhecimento de qual versão corrigiu o problema / recurso, mas sei que o 2.2 funciona como um encanto.
Esteja ciente, o log irá conter alguns caracteres de controle. Como ^ C, ao sair do loop while.
Eu sei que essa é uma pergunta antiga, mas como esse é um resultado bastante alto no google quando procuramos por logoff desmembrado do tmux e me deparei com o mesmo problema imaginei que poderia deixar minha solução aqui para qualquer um que poderia ser ajudado por ele.