Настоящее изобретение относится к курительному изделию, включающему сгораемый источник тепла и образующий аэрозоль субстрат, включающий, по меньшей мере, одно образующее аэрозоль вещество, в котором субстрат расположен по ходу потока после сгораемого источника тепла, к сгораемому источнику тепла для использования в таком курительном изделии, а также к способу, уменьшающему образование определенных вредных компонентов дыма в процессе горения сгораемого источника тепла в курительном изделии.
В технике предложен ряд курительных изделий, в которых табак нагревается, а не сгорает. Цель таких курительных изделий заключается в том, чтобы уменьшать количество известных вредных компонентов дыма, образующихся в процессе горения и пиролитического разложения табака в традиционных сигаретах. Как правило, в таких курительных изделиях аэрозоль образуется при переносе тепла от сгораемого топливного элемента или источника тепла к образующему аэрозоль субстрату, который может быть расположен внутри, вокруг или по ходу потока после топливного элемента. В процессе курения летучие соединения выделяются из образующего аэрозоль субстрата посредством переноса тепла от топливного элемента и увлекаются воздухом, втягиваемым через курительное изделие. Когда выделяемые соединения охлаждаются, они конденсируются с образованием аэрозоля, который вдыхает потребитель.
Например, публикация WO 2009/022232 описывает курительное изделие, содержащее сгораемый источник тепла, образующий аэрозоль субстрат расположенный по ходу потока после сгораемого источника тепла, и теплопроводный элемент, окружающий заднюю часть сгораемого источника тепла и находящийся с ней в контакте, а также прилегающий к передней части образующего аэрозоль субстрата. В курительном изделии, описанном в публикации WO 2009/022232, поверхность образующего аэрозоль субстрата находится в непосредственном контакте со сгораемым источником тепла.
В прошлом был сделан ряд попыток по уменьшению количества моноксида углерода, образующегося в процессе горения углеродистых источников тепла для нагреваемых курительных изделий, в том числе посредством использования катализаторов в источнике тепла для превращения моноксида углерода, образующегося в процессе горения источника тепла, в диоксид углерода. Другие документы уровня техники, такие как патент США 5040551, описывают способ уменьшения количества моноксида углерода, образующегося в процессе горения углеродистого топливного элемента, посредством частичного или полного покрытия открытых поверхностей углеродистого топливного элемента тонким микропористым слоем твердого зернистого материала, который является по существу несгораемым при температурах горения углеродистого топлива. Согласно патенту США 5040551, микропористый слой должен быть достаточно тонким, и таким образом, проницаемым для воздуха, чтобы не препятствовать без необходимости горению углеродистого топлива. Аналогично курительному изделию, описанному в публикации WO 2009/022232, поверхность образующего аэрозоль субстрата согласно патенту США 5040551 находится в непосредственном контакте со сгораемым источником тепла.
Чтобы способствовать образованию аэрозоля, образующие аэрозоль субстраты известных нагреваемых курительных изделий, как правило, включают многоатомный спирт, такой как глицерин, или другие известные образующие аэрозоль вещества. В процессе хранения и курения образующие аэрозоль вещества могут перемещаться из образующих аэрозоль субстратов известных нагреваемых курительных изделий в соответствующие сгораемые источники тепла. Это перемещение образующих аэрозоль веществ может неблагоприятно приводить к их разложению, в частности, в процессе курения нагреваемых курительных изделий. В прошлом был сделан ряд попыток, чтобы препятствовать перемещению образующих аэрозоль веществ из образующих аэрозоль субстратов нагреваемых курительных изделий в соответствующие сгораемые источники тепла (например, в патенте США 4714082, европейской патентной заявке № EP-A2-0337507, европейской патентной заявке № EP-A2-0337508 и патенте США 5156170). Как правило, в таких попытках использовали курительные изделия, в которых образующий аэрозоль субстрат заключен в несгораемую капсулу, такую как металлическая сетка, чтобы уменьшить перемещение образующих аэрозоль веществ из образующего аэрозоль субстрата в сгораемый источник тепла в процессе хранения и использования, но в которых все же допускается, чтобы сгораемый источник тепла вступал в непосредственный контакт с образующими аэрозоль веществами из образующего аэрозоль субстрата в процессе хранения и использования. Такие конструкции уровня техники неблагоприятно допускают, что газообразные продукты разложения и горения, образующиеся из сгораемого источника тепла, непосредственно втягиваются во вдыхаемый курильщиком аэрозоль, делая затруднительным использование известных устройств и способов для изготовления курительного изделия, а также могут снижать способность курительного изделия в достижении подходящей температуры для образования удовлетворительного аэрозоля в процессе первых нескольких затяжек потребителя.
По-прежнему требуется усовершенствованное нагреваемое курительное изделие, которое содержит сгораемый источник тепла и образующий аэрозоль субстрат, включающий, по меньшей мере, одно образующее аэрозоль вещество, и которое можно собирать с использованием известного производственного оборудования. Кроме того, все еще необходимо усовершенствованное нагреваемое курительное изделие, которое включают сгораемый источник тепла и образующий аэрозоль субстрат, включающий, по меньшей мере, одно образующее аэрозоль вещество, и в котором по существу предотвращается или замедляется перемещение, по меньшей мере, одного образующего аэрозоль вещества из образующего аэрозоль субстрата в сгораемый источник тепла. Кроме того, сохраняется потребность в снижении уровня вредных компонентов дыма во вдыхаемом курильщиком аэрозоле нагреваемого курительного изделия, таких как карбонильные соединения, например, формальдегид, ацетальдегид, пропионовый альдегид, а также фенольные соединения.
Согласно настоящему изобретению предложено курительное изделие, содержащее сгораемый источник тепла с противоположными передней и задней поверхностями и, по меньшей мере, один воздушный проточный канал, продолжающийся от передней поверхности до задней поверхности сгораемого источника тепла; и образующий аэрозоль субстрат, содержащий по меньшей мере одно образующее аэрозоль вещество по ходу потока после сгораемого источника тепла. Неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие нанесено по существу на всю заднюю поверхность сгораемого источника тепла, который допускает втягивание газа, по меньшей мере, через один воздушный проточный канал.
Кроме того, согласно изобретению предложено курительное изделие, в котором первое барьерное покрытие имеет толщину, составляющую, по меньшей мере, около 10 мкм.
Кроме того, согласно изобретению предложено курительное изделие, в котором первое барьерное покрытие является по существу непроницаемым для воздуха.
Кроме того, согласно изобретению предложено курительное изделие, в котором первое барьерное покрытие содержит глину, стекло или оксид алюминия.
Кроме того, согласно изобретению предложено курительное изделие, в котором сгораемый источник тепла представляет собой углеродистый источник тепла.
Кроме того, согласно изобретению предложено курительное изделие, в котором сгораемый источник тепла содержит стимулятор воспламенения.
Кроме того, согласно изобретению предложено курительное изделие, в котором стимулятор воспламенения представляет собой окисляющее вещество.
Кроме того, согласно изобретению предложено курительное изделие, в котором газостойкое термостойкое второе барьерное покрытие нанесено на внутреннюю поверхность, по меньшей мере, одного воздушного проточного канала.
Кроме того, согласно изобретению предложено курительное изделие, в котором второе барьерное покрытие является по существу непроницаемым для воздуха.
Кроме того, согласно изобретению предложено курительное изделие, в котором образующий аэрозоль субстрат содержит гомогенизированный материал на табачной основе.
Кроме того, согласно изобретению предложено курительное изделие, дополнительно содержащее теплопроводный элемент, окружающий заднюю часть сгораемого источника тепла и находящийся с ней в контакте, а также прилегающий к передней части образующего аэрозоль субстрата.
Кроме того, согласно изобретению предложено курительное изделие, дополнительно содержащее расширительную камеру, расположенную по ходу потока после образующего аэрозоль субстрата.
Кроме того, согласно изобретению предложено курительное изделие, дополнительно содержащее мундштук расположенный по ходу потока после расширительной камеры.
Кроме того, согласно изобретению предложен сгораемый источник тепла с противоположными передней и задней поверхностями для использования в курительном по изобретению, который имеет неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие, нанесенное по существу на всю его заднюю поверхность.
Согласно настоящему изобретению предложено курительное изделие для снижения количества моноксида углерода, образующегося в процессе горения сгораемого источника тепла в курительном изделии.
Согласно настоящему изобретению предложено курительное изделие для снижения количества определенных вредных компонентов дыма, таких как моноксид углерода, формальдегид, ацетальдегид, пропионовый альдегид и фенольные соединения, которые образуются в процессе горения сгораемого источника тепла в курительном изделии.
Согласно настоящему изобретению предложен сгораемый источник тепла для снижения количества определенных вредных компонентов дыма, таких как моноксид углерода, формальдегид, ацетальдегид, пропионовый альдегид и фенольные соединения, которые образуются в процессе горения сгораемого источника тепла в курительном изделии.
Согласно настоящему изобретению предложен способ уменьшения образования газа, выбранного из группы, которую составляют моноксид углерода, формальдегид, ацетальдегид, пропионовый альдегид, фенольные соединения и их смеси, который образуется во вдыхаемом курильщиком аэрозоле в процессе горения сгораемого источника тепла в курительном изделии, включающий стадию изготовления курительного изделия по изобретению.
При упоминании в настоящем документе термины «расположенный раньше по ходу потока» и «передний», а также «расположенный по ходу потока после» и «задний» используются для описания относительных положений компонентов или частей компонентов, сгораемых источников тепла и курительных изделий по изобретению по отношению к направлению потока воздуха, втягиваемого через сгораемые источники тепла и курительные изделия в процессе их использования.
При упоминании в настоящем документе термин «покрытие» используется для описания слоя материала, который покрывает источник тепла и прикрепляется к нему.
При упоминании в настоящем документе термин «неметаллический» используется для описания барьерного покрытия, в котором основной компонент не представляет собой элементарный металл или сплав, то есть барьерного покрытия, в котором содержание элементарного металла или сплава составляет менее чем 50 мол.%.
При упоминании в настоящем документе термин «несгораемый» используется для описания барьерного покрытия, которое является по существу несгораемым при температурах, достигаемых сгораемым источником тепла в процессе его горения или воспламенения.
При упоминании в настоящем документе термин «газостойкий» используется для описания барьерного покрытия, которое является, по меньшей мере, по существу непроницаемым для газа. Предпочтительно первое барьерное покрытие является, по меньшей мере, по существу непроницаемым для воздуха.
При упоминании в настоящем документе термин «образующий аэрозоль субстрат» используется для описания субстрата, который при нагревании способен выделять летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль.
Нанесение неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия по существу на всей задней поверхности сгораемого источника тепла предпочтительно предотвращает или замедляет перемещение, по меньшей мере, одного образующего аэрозоль вещества из образующего аэрозоль субстрата в сгораемый источник тепла в процессе хранения и использования курительных изделий по изобретению. Таким образом, предпочтительно предотвращается или сокращается разложение, по меньшей мере, одного образующего аэрозоль вещества в процессе использования курительных изделий по изобретению.
Нанесение неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия по существу на всей задней поверхности сгораемого источника тепла также может предпочтительно ограничивать или предотвращать перемещение других летучих компонентов образующего аэрозоль субстрата из образующего аэрозоль субстрата в сгораемый источник тепла в процессе хранения и в процессе использования курительных изделий по изобретению.
Неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие, нанесенное на заднюю поверхность сгораемого источника тепла, также предпочтительно предотвращает или замедляет поступление продуктов горения и разложения, которые образуются в процессе воспламенения и горения сгораемого источника тепла, в воздух, втягиваемый через курительное изделие в процессе его использования. Как дополнительно описано ниже, оказывается особенно предпочтительным, когда сгораемый источник тепла содержит одну или более добавок, чтобы способствовать воспламенению или горению сгораемого источника тепла, или их сочетание.
Неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие, нанесенное на заднюю поверхность сгораемого источника тепла, также предпочтительно ограничивает температуру, которая воздействует на образующий аэрозоль субстрат в процессе воспламенения или горения сгораемого источника тепла, и, таким образом, способствует предотвращению термического разложения или горения образующего аэрозоль субстрата в процессе использования курительного изделия. Как дополнительно описано ниже, это также имеет особенное преимущество, когда сгораемый источник тепла содержит одну или более добавок, которые стимулируют воспламенение сгораемого источника тепла.
В зависимости от желательных характеристик и свойств курительного изделия, неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие может иметь низкий или высокий коэффициент теплопроводности. Согласно одному примеру предпочтительного варианта выполнения неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие можно изготавливать из материала, имеющего объемный коэффициент теплопроводности, составляющий от около 0,1 Вт(м⋅К) до около 200 W Вт(м⋅К) при 23°C и относительной влажности 50% при измерении с использованием метода модифицированного нестационарного плоского источника (MTPS). Согласно еще одному примеру предпочтительного варианта выполнения неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие можно изготавливать из материала, имеющего объемный коэффициент теплопроводности, составляющий от около 0,05 Вт(м⋅К) до около 50 W Вт(м⋅К) при 23°C и относительной влажности 50% при измерении с использованием метода модифицированного нестационарного плоского источника (MTPS).
Толщину неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия можно регулировать соответствующим образом для достижения хорошего качества курения и одновременного предотвращения или сокращения до минимума образования и/или вдыхания вредных летучих соединений из курительного изделия. Согласно одному примеру предпочтительного варианта выполнения неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие может иметь толщину от около 10 мкм до около 500 мкм.
Неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие можно изготавливать, используя один или более подходящих материалов, которые являются по существу термически устойчивыми и несгораемыми при температурах, достигаемых сгораемым источником тепла в процессе воспламенения и горения. Подходящие материалы известны в технике и включают, но не ограничиваются этим, глины (такие как, например, бентонит и каолинит), стекла и другие минералы, керамические материалы или их комбинации.
Предпочтительные покровные материалы, из которых можно изготавливать несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие, включают глины и стекла. Предпочтительнее неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие можно изготавливать, используя оксид алюминия (Al2O3), полимеры и неорганические клеи. Согласно одному предпочтительному варианту выполнения неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие представляет собой глиняное покрытие, содержащее смесь бентонита и каолинита в соотношении 50/50. Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие представляет собой стеклянное покрытие, предпочтительнее спеченное стеклянное покрытие.
Предпочтительно неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие имеет толщину по меньшей мере около 10 мкм. Вследствие низкой проницаемости глин по отношению к газам, согласно вариантам выполнения, в которых неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие представляет собой глиняное покрытие, неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие имеет толщину, предпочтительно, по меньшей мере, около 50 мкм, и еще предпочтительнее от около 50 мкм до около 350 мкм. Согласно вариантам выполнения, в которых неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие изготовлено из одного или более материалов, которые являются более непроницаемыми по отношению к газам, неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие может быть тоньше, и, как правило, его толщина составляет предпочтительно менее чем около 100 мкм и предпочтительнее около 20 мкм. Согласно вариантам выполнения, в которых неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие представляет собой стеклянное покрытие, неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие предпочтительно имеет толщину до 200 мкм. Толщину неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия можно измерять, используя микроскоп, сканирующий электронный микроскоп (SEM) или любые другие подходящие измерительные приборы, известные в технике.
Неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие можно наносить в качестве покрытия, которое прикрепляется по существу на всю заднюю поверхность сгораемого источника тепла, используя любые подходящие способы, известные в технике в том числе, но не ограничиваясь этим, распылительное покрытие, осаждение из паровой фазы, погружение, нанесение материала (например, нанесение кистью или приклеивание), электростатическое осаждение или любое их сочетание.
Неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие можно наносить, например, предварительно изготавливая барьерное покрытие, около соответствующее по размеру и форме задней поверхности сгораемого источника тепла, и нанося его на заднюю поверхность сгораемого источника тепла в качестве покрытия, прикрепляемого по существу на всю заднюю поверхность сгораемого источника тепла. В качестве альтернативы, неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие можно подвергать формованию, перфорации или механической обработке после его нанесения на заднюю поверхность сгораемого источника тепла.
Согласно предпочтительному варианту выполнения неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие изготавливают путем нанесения раствора или суспензии одного или более подходящих покровных материалов на заднюю поверхность сгораемого источника тепла. Например, неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие можно наносить по существу на всю заднюю поверхность сгораемого источника тепла путем погружения задней поверхности сгораемого источника тепла в раствор или суспензию одного или более подходящих покровных материалов или путем нанесения кистью или распылительного нанесения раствора или суспензии или путем электростатического нанесения порошка или смеси порошков одного или более подходящих покровных материалов на заднюю поверхность сгораемого источника тепла. Заднюю поверхность сгораемого источника тепла предпочтительно предварительно обрабатывают растворимым стеклом перед электростатическим нанесением покрытия. Предпочтительнее несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие наносят путем распылительного покрытия.
Неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие можно изготавливать посредством однократного нанесения раствора или суспензии одного или более подходящих покровных материалов на заднюю поверхность сгораемого источника тепла. В качестве альтернативы, неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие можно изготавливать посредством многократного нанесения раствора или суспензии одного или более подходящих покровных материалов на заднюю поверхность сгораемого источника тепла. Например, неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие можно изготавливать, осуществляя одно, два, три, четыре, пять, шесть, семь или восемь последовательных нанесений раствора или суспензии одного или более подходящих покровных материалов на заднюю поверхность сгораемого источника тепла.
Предпочтительно неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие изготавливают, осуществляя от одного до десяти нанесений раствора или суспензии одного или более подходящих покровных материалов на заднюю поверхность сгораемого источника тепла.
После нанесение раствора или суспензии одного или более покровных материалов на заднюю поверхность сгораемого источника тепла, его можно высушивать, получая неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие.
Когда неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие изготавливают посредством многократного нанесения раствора или суспензии одного или более подходящих покровных материалов на заднюю поверхность сгораемого источника тепла, его высушивание может не потребоваться между последовательными нанесениями раствора или суспензии.
В качестве альтернативы, или в качестве дополнения к высушиванию, после нанесения раствора или суспензии одного или более покровных материалов на заднюю поверхность сгораемого источника тепла, один или более покровных материалов на сгораемом источнике тепла можно спекать, чтобы получать неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие. Спекание неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия является особенно предпочтительным, когда барьерное покрытие представляет собой стеклянное или керамическое покрытие.
Неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие спекают при температуре, составляющей предпочтительно от около 500°C до около 900°C и предпочтительнее около 700°C.
Предпочтительно сгораемый источник тепла представляет собой углеродистый источник тепла. При упоминании в настоящем документе термин «углеродистый» используется для описания источника тепла, содержащего углерод.
Предпочтительно сгораемый источник тепла представляет собой источник тепла на углеродной основе. При упоминании в настоящем документе термин «источник тепла на углеродной основе» используется для описания источника тепла, содержащего, главным образом, углерод, то есть источник тепла, в котором содержание углерода составляет, по меньшей мере, 50 вес.% по сухому веществу. Согласно настоящему изобретению сгораемые источники тепла на углеродной основе имеют содержание углерода, составляющее предпочтительно, по меньшей мере, около 60 вес.% по сухому веществу, предпочтительнее, по меньшей мере, около 70 вес.% по сухому веществу и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, около 80 вес.% по сухому веществу.
Сгораемые углеродистые источники тепла по изобретению можно изготавливать, используя один или более подходящих углеродсодержащих материалов.
Если это желательно, одно или более связующих можно сочетать с одним или более углеродсодержащими материалами. Предпочтительно одно или более связующих представляют собой органические связующие. Подходящие известные органические связующие, включают, но не ограничиваются этим, смолы (например, гуаровая смола), модифицированные целлюлозы и производные целлюлозы (например, метилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза и гидроксипропилметилцеллюлоза), муку, крахмалы, сахара, растительные масла и их комбинации.
Согласно особенно предпочтительному варианту выполнения, сгораемый источник тепла изготавливают из смеси угольного порошка, модифицированной целлюлозы, муки и сахара.
В качестве альтернативы или в качестве дополнения к одному или более связующим, сгораемые источники тепла по изобретению могут включать одну или более добавок для улучшения свойств сгораемого углеродистого источника тепла. Подходящие добавки включают, но не ограничиваются этим, добавки, способствующие укрупнению частиц сгораемого источника тепла (например, спекающие добавки), добавки, способствующие воспламенению сгораемого источника тепла (например, окислители, такие как перхлораты, хлораты, нитраты, пероксиды, перманганаты, и/или цирконий), добавки, способствующие горению сгораемого источника тепла (например, калий и соли калия, такие как цитрат калия), и добавки, способствующие разложению одного или более газов, образующихся в процессе горения сгораемого источника тепла (например, катализаторы, такие как CuO, Fe2O3 и Al2O3).
Такие добавки можно вводить в сгораемый источник тепла до или после нанесения неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия на его заднюю поверхность.
Согласно особенно предпочтительному варианту выполнения, сгораемый источник тепла представляет собой цилиндрический сгораемый источник тепла, включающий углерод и, по меньшей мере, один стимулятор воспламенения, причем этот цилиндрический сгораемый источник тепла имеет расположенный раньше по ходу потока (передний) край и противоположный, расположенный дальше по ходу потока (задний) край, и, по меньшей мере, часть цилиндрического сгораемого источника тепла между расположенным раньше по ходу потока краем и расположенным дальше по ходу потока краем обертывает огнестойкий оберточный материал, и, при воспламенении расположенного раньше по ходу потока края цилиндрического сгораемого источника тепла расположенный дальше по ходу потока край цилиндрического сгораемого источника тепла нагревается до первой температуры, и в процессе последующего горения цилиндрического сгораемого источника тепла расположенный дальше по ходу потока край цилиндрического сгораемого источника тепла сохраняет вторую температуру, которая является ниже, чем первая температура. При упоминании в настоящем документе термин «стимулятор воспламенения» используется для обозначения материала, который выделяет энергию и/или кислород в процессе воспламенения сгораемого источника тепла, причем скорость выделения энергии и/или кислорода данным материалом не ограничивается диффузией кислорода окружающей среды. Другими словами, скорость выделения энергии и/или кислорода данным материалом в процессе воспламенения сгораемого источника тепла является по существу независимой от скорости, с которой кислород окружающей среды может поступать к материалу. При упоминании в настоящем документе термин «стимулятор воспламенения» также используется для описания элементарного металла, который выделяет энергию в процессе воспламенения сгораемого источника тепла, причем температура воспламенения элементарного металла составляет ниже чем около 500°C, и теплота сгорания элементарного металла составляет, по меньшей мере, около 5 кДж/г.
При упоминании в настоящем документе термин «стимулятор воспламенения» не содержит соли щелочных металлов и карбоновых кислот (такие как цитратные соли щелочных металлов, ацетатные соли щелочных металлов и сукцинатные соли щелочных металлов), галогенидные соли щелочных металлов (такие как хлоридные соли щелочных металлов), карбонатные соли щелочных металлов или фосфатные соли щелочных металлов, которые считаются модифицирующими горение углерода.
В результате использования выделения энергии и/или кислорода, по меньшей мере, одним стимулятором воспламенения в процессе воспламенения сгораемого источника тепла температура сгораемого источника тепла резко увеличивается при его воспламенении. Это отражает увеличение температуры сгораемого источника тепла. При использовании в курительном по изобретению это предпочтительно обеспечивает наличие достаточного количества тепла для переноса из сгораемого источника тепла в образующий аэрозоль субстрат курительного изделия и, таким образом, способствует образованию приемлемого аэрозоля в процессе первых затяжек.
Примеры подходящих окисляющих веществ включают, но не ограничиваются этим, следующие вещества: нитраты, такие как, например, нитрат калия, нитрат кальция, нитрат стронция, нитрат натрия, нитрат бария, нитрат лития, нитрат алюминия нитрат и железа; нитриты; другие органические и неорганические нитросоединения; хлораты, такие как, например, хлорат натрия и хлорат калия; перхлораты, такие как, например, перхлорат натрия; хлориты; броматы, такие как, например, бромат натрия и бромат калия; перброматы; бромиты; бораты, такие как, например, борат натрия и борат калия; ферраты, такие как, например, феррат бария; ферриты; манганаты, такие как, например, манганат калия; перманганаты, такие как, например, перманганат калия; органические пероксиды, такие как, например, бензоилпероксид и пероксид ацетона; неорганические пероксиды, такие как, например, пероксид водорода, пероксид стронция, пероксид магния, пероксид кальция, пероксид бария, пероксид цинка и пероксид лития; надпероксиды, такие как, например, надпероксид калия и надпероксид натрия; карбонаты; йодаты; перйодаты; йодиты; сульфаты; сульфиты; другие сульфоксиды; фосфаты; фосфинаты; фосфиты и фосфаниты.
Несмотря на предпочтительное улучшение свойств воспламенения и горения сгораемого источника тепла включение способствующих воспламенению и горению добавок может приводить к образованию нежелательных продуктов разложения и других реакций в процессе использования курительного изделия. Например, разложение нитратов, включаемых в сгораемый источник тепла, чтобы способствовать его воспламенению, может приводить к образованию оксидов азота. Неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие, нанесенное на заднюю поверхность сгораемого источника тепла, предпочтительно предотвращает или замедляет поступление таких продуктов разложения и других реакций в воздух, втягиваемый через курительное изделие в процессе его использования.
Кроме того, включение окислителей, таких как нитраты или другие добавки, для стимуляции воспламенения может приводить к образованию горячих газов и высоких температур в сгораемом источнике тепла в процессе воспламенения сгораемого источника тепла. Действуя в качестве теплоотвода и препятствия для горячих газов, неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие, нанесенное на заднюю поверхность сгораемого источника тепла, предпочтительно ограничивает температуру, которая воздействует на образующий аэрозоль субстрат, и, таким образом, способствует предотвращению термического разложения или горение образующего аэрозоль субстрата в процессе воспламенения сгораемого источника тепла.
Для изготовления сгораемых углеродистых источников тепла по изобретению один или более углеродсодержащий материалов предпочтительно смешивают с одним или более связующими и другими добавками, если они применяются, и предварительно изготавливают из смеси желательную форму. Из смеси одного или более углеродсодержащий материалов, одного или более связующих и других добавок можно предварительно изготавливать желательную форму, используя любые подходящие известные способы изготовления керамических материалов, такие как, например, шликерное литье, экструзия, инжекционное формование и уплотнение под давлением. Предпочтительно из смеси изготавливают желательную форму посредством экструзии.
Предпочтительно из смеси одного или более углеродсодержащих материалов, одного или более связующих и других добавок предварительно изготавливают удлиненный стержень. Однако следует отметить, что из смеси одного или более углеродсодержащих материалов, одного или более связующих и других добавок можно предварительно изготавливать и другие желательные формы.
После изготовления удлиненный стержень или другую желательную форму предпочтительно высушивают, чтобы уменьшить влагосодержание, а затем подвергают пиролизу в неокислительной атмосфере при температуре, достаточной для карбонизации одного или более связующих, если они присутствуют, и для значительного удаления любых летучих веществ из удлиненного стержня или другой формы. Предпочтительно удлиненный стержень или другую желательную форму подвергают пиролизу в атмосфере азота при температуре, составляющей от около 700°C до около 900°C.
Согласно одному варианту выполнения, по меньшей мере, одну нитратную соль металла вводят в сгораемый источник тепла посредством включения, по меньшей мере, одного предшественника нитрата металла в смесь одного или более углеродсодержащих материалов, одного или более связующих и других добавок. По меньшей мере, один предшественник нитрата металла затем подвергают превращению на месте применения, по меньшей мере, в одну нитратную соль металла посредством обработки пиролизованного предварительно изготовленного цилиндрического стержня или другой формы водным раствором азотной кислоты. Согласно одному варианту выполнения сгораемый источник тепла содержит, по меньшей мере, одну нитратную соль металла, у которой температура термического разложения составляет менее чем около 600°C и предпочтительнее менее чем около 400°C. По меньшей мере, одна нитратная соль металла имеет температуру разложения, составляющую предпочтительно от около 150°C до около 600°C и предпочтительнее от около 200°C до около 400°C.
Согласно предпочтительным вариантам выполнения воздействие на сгораемый источник тепла традиционного желтого пламени зажигалки или другого воспламеняющего устройства должно приводить к тому, что, по меньшей мере, одна нитратная соль металла разлагается и выделяет кислород и энергию. Это разложение вызывает начальное повышение температуры сгораемого источника тепла, а также способствует воспламенению сгораемого источника тепла. После разложения, по меньшей мере, одной нитратной соли металла сгораемый источник тепла предпочтительно продолжает горение при меньшей температуре.
Включение, по меньшей мере, одной нитратной соли металла предпочтительно приводит к тому, что воспламенение сгораемого источника тепла начинается внутри, а не только в точке на его поверхности. Предпочтительно, по меньшей мере, одна нитратная соль металла распределяется по существу равномерно в объеме сгораемого источника тепла. Предпочтительно, по меньшей мере, одна нитратная соль металла присутствует в сгораемом источнике тепла в количестве, составляющем от около 20 вес.% по сухому веществу до около 50 вес.% по сухому веществу сгораемого источника тепла.
Согласно еще одному варианту выполнения сгораемый источник тепла содержит, по меньшей мере, один пероксид или надпероксид, который активно выделяет кислород при температуре, составляющей менее чем около 600°C, и предпочтительнее при температуре, составляющей менее чем около 400°C.
Предпочтительно, по меньшей мере, один пероксид или надпероксид активно выделяет кислород при температуре, составляющей от около 150°C до около 600°C, предпочтительнее при температуре, составляющей от около 200°C до около 400°C, и наиболее предпочтительно при температуре, составляющей около 350°C.
При использовании воздействие на сгораемый источника тепла традиционного желтого пламени зажигалки или другого воспламеняющего устройства должно приводить к тому, что, по меньшей мере, один пероксид или надпероксид разлагается и выделяет кислород. Это разложение вызывает начальное повышение температуры сгораемого источника тепла, а также способствует воспламенению сгораемого источника тепла. После разложения, по меньшей мере, одного пероксида или надпероксида сгораемый источник тепла предпочтительно продолжает горение при меньшей температуре.
Включение, по меньшей мере, одного пероксида или надпероксида предпочтительно приводит к тому, что воспламенение сгораемого источника тепла начинается внутри, а не только в точке на его поверхности. Предпочтительно, по меньшей мере, один пероксид или надпероксид распределяется по существу равномерно в объеме сгораемого источника тепла.
Сгораемый источник тепла имеет пористость, составляющую предпочтительно от около 20% до около 80% и предпочтительнее от около 20% и 60%. Когда сгораемый источник тепла содержит, по меньшей мере, одну нитратную соль металла, это предпочтительно позволяет кислороду диффундировать в массу сгораемого источника тепла со скоростью, достаточной для сохранения горения по мере того, как разлагается, по меньшей мере, одна нитратная соль металла, и горение продолжается. Еще предпочтительнее сгораемый источник тепла имеет пористость, составляющую от около 50% до около 70% и предпочтительнее от около 50% до около 60%, при измерении, например, методом ртутной порометрии или гелиевой пикнометрии. Требуемую пористость можно легко получать в процессе изготовления сгораемых источников тепла по изобретению с использованием традиционных способов и технологий.
Предпочтительно сгораемые углеродистые источники тепла по изобретению имеют насыпную плотность, составляющую от около 0,6 г/см3 до около 1 г/см3.
Сгораемый источник тепла имеет массу предпочтительно от около 300 мг до около 500 мг и предпочтительнее от около 400 мг до около 450 мг.
Сгораемый источник тепла имеет длину предпочтительно от около 7 мм до около 17 мм, предпочтительнее от около 11 мм до около 15 мм и наиболее предпочтительно около 11 мм.
При упоминании в настоящем документе термин «длина» означает размер в продольном направлении сгораемого источника тепла.
Сгораемый источник тепла имеет диаметр предпочтительно от около 5 мм до около 9 мм и предпочтительнее от около 7 мм до около 8 мм.
Предпочтительно сгораемый источник тепла имеет по существу одинаковый диаметр по всей длине. Однако сгораемый источник тепла может, в качестве альтернативы, сужаться таким образом, что диаметр задней части сгораемого источника тепла является больше, чем диаметр его передней части. Особенно предпочтительными являются сгораемые источники тепла, которые являются по существу цилиндрическими. Сгораемый источник тепла может представлять собой, например, цилиндр или конический цилиндр, имеющий по существу круглое поперечное сечение, или цилиндр или конический цилиндр, имеющий по существу эллиптическое поперечное сечение.
Сгораемый источник тепла содержит, по меньшей мере, один воздушный проточный канал, предпочтительно продолжающийся через внутреннюю часть сгораемого источника тепла и продолжающийся по всей длине сгораемого источника тепла. В качестве альтернативы или в качестве дополнения, сгораемый источник тепла может включать, по меньшей мере, один воздушный проточный канал, продолжающийся по внешней периферии сгораемого источника тепла. Согласно одному предпочтительному варианту выполнения сгораемые источники тепла включают один, два или три воздушных проточных канала. Наиболее предпочтительно, единственный воздушный проточный канал продолжается через сгораемые источники тепла по изобретению. Согласно особенно предпочтительным вариантам выполнения сгораемый источник тепла содержит единственный по существу центральный или аксиальный воздушный проточный канал. Диаметр единственного воздушного проточного канала составляет предпочтительно от около 1,5 мм до около 3 мм. Неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие, которое нанесено по существу на всю заднюю поверхность сгораемого источника тепла, допускает втягивание газа, по меньшей мере, через один воздушный проточный канал сгораемого источника тепла от расположенного раньше по ходу потока края курительного изделия.
Внутренняя поверхность, по меньшей мере, одного воздушного проточного канала сгораемого источника тепла может быть частично или полностью защищена вторым барьерным покрытием. Предпочтительно второе барьерное покрытие нанесено по существу на всю внутреннюю поверхность всех воздушных проточных каналов сгораемого источника тепла.
Предпочтительно второе барьерное покрытие содержит слой твердого зернистого материала, который является газостойким. Предпочтительнее второе барьерное покрытие является, по меньшей мере, по существу непроницаемым для воздуха. Предпочтительно газостойкое второе барьерное покрытие имеет низкий коэффициент теплопроводности.
Второе барьерное покрытие можно изготавливать из одного или более подходящих материалов, которые являются по существу термически устойчивыми и несгораемыми при температурах, достигаемых сгораемым источником тепла в процессе воспламенения и горения. Подходящие материалы известны в технике и включают, но не ограничиваются этим, например, глины; оксиды металлов, такие как оксид железа, оксид алюминия, диоксид титана, диоксид кремния, двойной оксид кремния и алюминия, диоксид циркония и диоксид церия; цеолиты; фосфат циркония и другие керамические материалы или их комбинации. Предпочтительные покровные материалы, из которых можно изготавливать второе барьерное покрытие, включают глины, стекло, оксид алюминия, оксид железа и их комбинации. Если это желательно, во второе барьерное покрытие можно вводить каталитические ингредиенты, в том числе ингредиенты, которые ускоряют окисление моноксида углерода до диоксида углерода. Подходящие каталитические ингредиенты включают, но не ограничиваются этим, например, платину, палладий, переходные металлы и их оксиды.
Второе барьерное покрытие можно изготавливать, используя такие же или другие материалы (материал), которые содержит несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие.
Второе барьерное покрытие имеет толщину, составляющую предпочтительно от около 30 мкм до около 200 мкм и предпочтительнее от около 30 мкм до около 100 мкм.
Второе барьерное покрытие можно наносить на внутреннюю поверхность, по меньшей мере, одного воздушного проточного канала сгораемого источника тепла, используя любой подходящий способ, такой как способы, описанные в патенте США 5040551. Например, внутреннюю поверхность каждого воздушного проточного канала можно опрыскивать, смачивать или окрашивать раствором или суспензией второго барьерного покрытия. В качестве альтернативы, второе барьерное покрытие можно наносить, вставляя прокладку в один или более воздушных проточных каналов. Например, в каждый воздушный проточный канал можно вставлять газостойкую полую трубку.
Согласно предпочтительному варианту выполнения второе барьерное покрытие наносят на внутренний поверхность, по меньшей мере, одного воздушного проточного канала сгораемого источника тепла, используя способ, описанный в публикации WO 2009/074870, когда экструдируют сгораемый источник тепла.
Необязательно сгораемый источник тепла может включать один или более, предпочтительно вплоть до шести включительно, продольных канавок, которые продолжаются по части периферии или по всей периферии сгораемого источника тепла. Если это желательно, сгораемый источник тепла может включать, по меньшей мере, один воздушный проточный канал и один или более продольных канавок.
Согласно изобретению сгораемые источники тепла с противоположными передней и задней поверхностями, имеющие неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие, нанесенное по существу на всей задней поверхности, являются особенно подходящими для использования в курительных изделиях типа, описанного в публикации WO 2009/022232. Однако следует отметить, что сгораемые источники тепла по изобретению можно также использовать в курительных изделиях, имеющих различные конструкции и составы.
Предпочтительно сгораемый источник тепла и образующий аэрозоль субстрат расположены встык друг относительно друга.
Предпочтительно курительные изделия по изобретению дополнительно включают теплопроводный элемент, окружающий заднюю часть сгораемого источника тепла и находящийся с ней в контакте, а также прилегающий к передней части образующего аэрозоль субстрата. Теплопроводный элемент предпочтительно является огнестойким и устойчивым к кислороду.
Подходящий теплопроводный элементы для использования в настоящем изобретении включают, но не ограничиваются этим, металлические фольговые оберточные материалы такие как, например, алюминиевые фольговые оберточные материалы, стальные оберточные материалы, железные фольговые оберточные материалы и медные фольговые оберточные материалы, а также и фольговые оберточные материалы из металлических сплавов.
Длина задней части сгораемого источника тепла, которую окружает теплопроводный элемент, предпочтительно составляет от около 2 мм до около 8 мм и предпочтительнее от около 3 мм до около 5 мм.
Длина передней части сгораемого источника тепла, которую не окружает теплопроводный элемент, составляет предпочтительно от около 5 мм до около 15 мм и предпочтительнее от около 6 мм до около 8 мм.
Предпочтительно образующий аэрозоль субстрат выступает, по меньшей мере, около на 3 мм дальше по ходу потока за пределы теплопроводного элемента.
Длина образующего аэрозоль субстрата составляет предпочтительно от около 5 мм до около 20 мм и предпочтительнее от около 8 мм до около 12 мм. Длина передней части образующего аэрозоль субстрата, которую окружает теплопроводный элемент, составляет предпочтительно от около 2 мм до около 10 мм, предпочтительнее от около 3 мм до около 8 мм и наиболее предпочтительно от около 4 мм до около 6 мм. Длина задней части образующего аэрозоль субстрата, которую не окружает теплопроводный элемент, составляет предпочтительно от около 3 мм до около 10 мм. Другими словами, образующий аэрозоль субстрат предпочтительно выступает от около 3 мм до около 10 мм дальше по ходу потока за пределы теплопроводного элемента. Образующий аэрозоль субстрат предпочтительнее выступает, по меньшей мере, около на 4 мм дальше по ходу потока за пределы теплопроводного элемента.
Предпочтительно образующие аэрозоль субстраты курительных изделий по изобретению включают, по меньшей мере, одно образующее аэрозоль вещество и материал, способный выделять летучие соединения при его нагревании. Аэрозоли, которые выделяются из образующих аэрозоль субстратов курительных изделий по изобретению, могут быть видимыми или невидимыми и могут содержать пары (например, мелкие частицы веществ, которые находятся в газообразном состоянии, и которые обычно являются жидкими или твердыми при комнатной температуре), а также газы и жидкие капли сконденсированных паров.
По меньшей мере, одно образующее аэрозоль вещество может представлять собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которые при использовании способствуют образованию плотного и устойчивого аэрозоля, и которые являются по существу устойчивыми к термическому разложению при температуре использования курительного изделия. Подходящие образующие аэрозоль вещества являются хорошо известными в технике и включают, например, многоатомные спирты, сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как моно-, ди- или триацетат глицерина, а также алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Предпочтительные образующие аэрозоль вещества для использования в курительных по изобретению представляют собой многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и, наиболее предпочтительно, глицерин.
Предпочтительно материал, способный выделять летучие соединения при нагревании, представляет собой заряд материал на растительной основе, предпочтительнее заряд гомогенизированного материала на растительной основе. Например, образующий аэрозоль субстрат может включать один или более материалов, произведенных из растений, включая, но не ограничиваясь этим, следующие: табак; чай, например, зеленый чай; перечная мята; лавр; эвкалипт; базилик; шалфей; вербена и эстрагон. Материал на растительной основе может включать добавки, в том числе, но не ограничиваясь этим, увлажняющие вещества, ароматизирующие вещества, связующие, и их смеси. Предпочтительно материал на растительной основе составляет, в основном, табачный материал, наиболее предпочтительно гомогенизированный табачный материал.
Курительные изделия по изобретению предпочтительно включают дополнительно расширительную камеру, расположенную по ходу потока после образующего аэрозоль субстрата. Включение расширительной камеры предпочтительно обеспечивает дополнительное охлаждение аэрозоля, производимого посредством переноса тепла из сгораемого источника тепла в образующий аэрозоль субстрат. Расширительная камера также предпочтительно позволяет регулировать суммарную длину курительных изделий по изобретению, которая должна составлять желательное значение, например, быть близкой к длине традиционных сигарет, посредством соответствующего выбора длины расширительной камеры. Предпочтительно расширительная камера представляет собой удлиненную полую трубку.
Курительные изделия по изобретению могут также дополнительно включать мундштук, расположенный по ходу потока после образующего аэрозоль субстрата, и, если мундштук присутствует, он расположен по ходу потока после расширительной камеры. Мундштук может, например, включать фильтр, изготовленный из ацетата целлюлозы, бумаги или других подходящих известных фильтровальных материалов. Предпочтительно мундштук имеет низкую эффективность фильтрования, предпочтительнее очень низкую эффективность фильтрования. В качестве альтернативы или в качестве дополнения, мундштук может включать один или более сегментов, содержащих абсорбенты, ароматизаторы и другие модифицирующие аэрозоль вещества и добавки, которые используются в фильтрах для традиционных сигарет, или их комбинации.
Курительные изделия по изобретению можно изготавливать, используя известные способы и оборудование.
Далее настоящее изобретение будет подробно исключительно описано посредством примеров со ссылкой на сопровождающие чертежи, в числе которых:
Фиг. 1 представляет схематическое изображение продольного сечения курительного изделия согласно предпочтительному варианту выполнения; и
Фиг. 2 представляет график температуры образующего аэрозоль субстрата курительного изделия согласно первому варианту выполнения в процессе горения соответствующего сгораемого источника тепла.
Курительное изделие 2, представленное на Фиг. 1, содержит сгораемый углеродистый источник тепла 4 согласно настоящему изобретению, образующий аэрозоль субстрат 6, удлиненную расширительную камеру 8 и мундштук 10 в торцевом коаксиальном соединении. Сгораемый углеродистый источник тепла 4, образующий аэрозоль субстрат 6, удлиненную расширительную камеру 8 и мундштук 10 обертывает внешний оберточный материал из сигаретной бумаги 12, имеющей низкую воздухопроницаемость.
Как представлено на Фиг. 1, неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие 14 нанесено по существу на всю заднюю поверхность сгораемого углеродистого источника тепла 4.
Сгораемый углеродистый источник тепла 4 содержит центральный воздушный проточный канал 16, который продолжается в продольном направлении через сгораемый углеродистый источник тепла 4 и неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие 14. Газостойкое термостойкое второе барьерное покрытие (не представлено на чертеже) нанесено на внутреннюю поверхность центрального воздушного проточного канала 16.
Образующий аэрозоль субстрат 6 находится непосредственно по ходу потока после сгораемого углеродистого источника тепла 4 и содержит цилиндрический штранг табачного материала 18, содержащий глицерин в качестве образующего аэрозоль вещества и окруженный оберткой 20 фильтровального штранга.
Теплопроводный элемент 22, который составляет трубка из алюминиевой фольги, окружает с задней частью 4b сгораемого углеродистого источника тепла 4 и находится с ней в контакте, а также примыкает встык к передней части 6a образующего аэрозоль субстрата 6. Как представлено на Фиг. 1, тыльная часть образующего аэрозоль субстрата 6 не окружена теплопроводным элементом 22.
Удлиненная расширительная камера 8 находится по ходу потока после образующего аэрозоль субстрата 6 и содержит цилиндрическую открытую на концах трубку из картона 24. Мундштук 10 курительного изделия 2 находится по ходу потока после расширительной камеры 8 и содержит цилиндрический штранг из волокон ацетата целлюлозы 26, имеющих очень низкую эффективность фильтрования, который окружает обертка 28 фильтровального штранга. Мундштук 10 может окружать ободковая бумага (не представлена на чертеже).
В процессе использования потребитель зажигает сгораемый углеродистый источник тепла 4 и затем втягивает воздух через центральный воздушный проточный канал 16, расположенный дальше по ходу потока, по направлению к мундштуку 10. Передняя часть 6a образующего аэрозоль субстрата 6 нагревается, главным образом, за счет передачи тепла через примыкающую встык несгораемую заднюю часть 4b сгораемого углеродистого источника тепла 4 и теплопроводный элемент 22. Втягиваемый воздух нагревается по мере его прохода через центральный воздушный проточный канал 16 сгораемого углеродистого источника тепла 4, а затем нагревает образующий аэрозоль субстрат 6 путем конвекции. При нагревании образующего аэрозоль субстрата 6 летучие и полулетучие соединения и глицерин высвобождаются из образующего аэрозоль субстрата 18 и захватывается нагретым втягиваемым воздухом, когда он проходит через образующий аэрозоль субстрат 18. нагретый воздух и захваченные соединения проходят дальше по ходу потока через расширительную камеру 8, охлаждаются и конденсируются, образуя аэрозоль, который проходит через мундштук 10 в рот потребителя (при температуре около температуры окружающей среды).
Для изготовления курительного изделия 2 прямоугольный кусок теплопроводного элемента 22 приклеивают к сигаретной бумаге 12. Сгораемый углеродистый источник тепла 4, штранг образующего аэрозоль субстрата 6 и расширительную камеру 8 соответствующим образом выравнивают и помещают на сигаретную бумагу 12 с прикрепленным теплопроводным элементом 22. Сигаретную бумагу 12 с прикрепленным теплопроводным элементом 22 обертывают вокруг задней части 4b сгораемого углеродистого источника тепла 4, образующего аэрозоль субстрата 6 и расширительной камеры 8 и приклеивают. Мундштук 10 прикрепляют к открытому концу расширительной камеры с использованием известной технологии сборки фильтров.
Курительные изделия согласно предпочтительному варианту выполнения, которые проиллюстрированы на Фиг. 1 и имеют размеры, представленные в таблице 1, изготавливали, используя сгораемые углеродистые источники тепла, изготовленные в соответствии с приведенными ниже примерами 1 и 6.
Пример 1. Изготовление сгораемого источника тепла
Сгораемые цилиндрические углеродистые источники тепла по изобретению можно изготавливать согласно описанию в публикации WO 2009/074870 или любым другим документом уровня техники, которые известны обычным специалистам в данной области техники. Водную суспензию согласно описанию в публикации WO 2009/074870 предпочтительно экструдируют через матрицу, имеющую центральное отверстие матрицы с круглым поперечным сечением, чтобы изготовить сгораемый источник тепла. Предпочтительно, отверстие матрицы имеет диаметр 8,7 мм, чтобы изготавливать цилиндрические стержни, предпочтительно имеющие длину, составляющую от около 20 см до около 22 см, и диаметр, составляющий от около 9,1 см до около 9,2 мм. В цилиндрическом стержне можно изготавливать единственный продольный воздушный проточный канал, используя сердечник, установленный концентрически в отверстии матрицы. Сердечник предпочтительно имеет круглое поперечное сечение с внешним диаметром, составляющим около 2 мм или около 3,5 мм. В качестве альтернативы, в цилиндрическом стержне можно изготавливать три воздушных проточных канала, используя три сердечника, имеющие круглое поперечное сечение с внешним диаметром, составляющим около 2 мм, которые установлены с равными угловыми интервалами в отверстии матрицы. В процессе экструзии цилиндрического стержня покровную суспензию на глиняной основе (изготовленную с использованием глины, такой как природная влажная необработанная глина) можно перекачивать через питающий канал, продолжающийся через центр сердечника или сердечников, чтобы изготавливать тонкое второе барьерное покрытие толщиной от около 150 мкм до около 300 мкм на внутренней поверхности воздушного проточного канала или каналов. Цилиндрические стержни можно высушивать при температуре, составляющей от около 20°C до около 25°C, в условиях относительной влажности, составляющей от около 40% до около 50%, в течение периода от около 12 часов до около 72 часов, а затем подвергать пиролизу в атмосфере азота при температуре около 750°C в течение около 240 минут. После пиролиза цилиндрические стержни можно разрезать и обрабатывать, получая определенный диаметр, с использованием шлифовального станка, чтобы изготавливать отдельные сгораемые углеродистые источники тепла. Стержни после резки и обработки предпочтительно имеют длину, составляющую около 11 мм, диаметр, составляющий около 7,8 мм, и сухую массу, составляющую около 400 мг. Отдельные сгораемые углеродистые источники тепла можно затем высушивать при температуре около 130°C в течение около одного часа.
Пример 2. Покрытие сгораемого источника тепла бентонитом/каолинитом
Неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие из бентонита/каолинита можно наносить на заднюю поверхность сгораемого углеродистого источника тепла, изготовленного согласно описанию в примере 1, используя погружение, нанесение кистью или распылительное покрытие. Погружение включает помещение задней поверхности сгораемого углеродистого источника тепла в концентрированный раствор бентонита/каолинита. Предпочтительно раствор бентонита/каолинита для погружения содержит 3,8 вес.% бентонита, 12,5 вес.% каолинита и 83,7 вес.% воды. Заднюю поверхность сгораемого углеродистого источника тепла предпочтительно погружают в раствор бентонита/каолинита приблизительно на одну секунду, и дают исчезнуть мениску, возникающему в результате проникновения раствора в угольные поры на поверхности задней поверхности сгораемого углеродистого источника тепла. Нанесение кистью включает погружение кисти в концентрированный раствор бентонита/каолинита и нанесение концентрированного раствора бентонита/каолинита кистью на поверхность задней поверхности сгораемого углеродистого источника тепла для образования покрытия. Раствор бентонита/каолинита для нанесения кистью предпочтительно содержит 3,8 вес.% бентонита, 12,5 вес.% каолинита и 83,7 вес.% воды.
После нанесения неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия посредством погружения или с помощью кисти сгораемый углеродистый источник тепла можно высушивать в печи при температуре около 130°C в течение около 30 минут и выдерживать в течение ночи в эксикаторе при относительной влажности, составляющей около 5%.
Для распылительного покрытия используют суспензионный раствор, предпочтительно содержащий 3,6 вес.% бентонита, 18,0 вес.% каолинита и 78,4 вес.% воды и имеющий вязкость, составляющую около 50 мПа⋅с при скорости сдвига, составляющей около 100 с-1 и измеряемой реометром Physica MCR 300 с коаксиальной цилиндрической конфигурацией. Распылительное покрытие можно осуществлять, используя пистолет-распылитель Sata MiniJet 3000 с распылительным соплом 0,5 мм, 0,8 мм или 1 мм, на линейном приводном механизме SMC E-MY2B при скорости, составляющей от около 10 мм/с до около 100 мм/с. Можно использовать следующие параметры распыления: расстояние между образцом и пистолетом 15 см; скорость образца 10 мм/с; распылительное сопло 0,5 мм; плоскоструйное распыление при давлении 2,5 бар (0,25 МПа). В случае однократного распылительного покрытия получается толщина покрытия, составляющая, как правило, около 11 мкм. Распыление предпочтительно повторяют три раза. Перед каждым распылительным покрытием сгораемый углеродистый источник тепла высушивают при комнатной температуре в течение около 10 минут. После нанесения неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия сгораемый углеродистый источник тепла предпочтительно подвергают пиролизу при температуре около 700°C в течение около одного часа.
Пример 3. Покрытие сгораемого источника тепла спеченным стеклом
Неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие из стекла можно наносить на заднюю поверхность сгораемого углеродистого источника тепла, изготовленного согласно описанию в примере 1, используя распылительное покрытие. Распылительное покрытие стеклом можно осуществлять, используя суспензию стекла, измельченного в тонкий порошок. Например, для распылительного покрытия можно использовать суспензию, содержащую 37,5 вес.% стеклянного порошка (3 мкм), 2,5 вес.% метилцеллюлозы и 60 вес.% воды и имеющую вязкость 120 мПа⋅с, или суспензию, содержащую 37,5 вес.% стеклянного порошка (3 мкм), 3,0 вес.% бентонитного порошка и 59,5 вес.% воды и имеющую вязкость от 60 до 100 мПа⋅с. Можно использовать стеклянный порошок, имеющий состав и физические свойства, которым соответствует стекло 1, 2, 3 и 4 в таблице 2.
Распылительное покрытие можно осуществлять, используя пистолет-распылитель Sata MiniJet 3000 с распылительным соплом 0,5 мм, 0,8 мм или 1 мм, на линейном приводном механизме SMC E-MY2B при скорости, составляющей от около 10 мм/с до около 100 мм/с. Распыление предпочтительно повторяют несколько раз. После завершения распыления сгораемый углеродистый источник тепла предпочтительно подвергают пиролизу при температуре около 700°C в течение около одного часа.
Состав стекол (вес.%), температура перехода Tg, коэффициент термического расширения A20-300 и значение KI, вычисленное по составу.
Пример 4. Способы измерения содержания соединений в дыме
Условия курения
Условия курения и технические параметры курительной машины представлены в стандарте ISO 3308 (ISO 3308:2000). Атмосфера для выдерживания и испытания описана в стандарте ISO 3402. Фенольные соединения удавливают, используя фильтровальные прокладки Cambridge. Количественное определение карбонильных соединений в аэрозолях, включая формальдегид, акролеин, ацетальдегид и пропионовый альдегид, осуществляют методом сверхэффективной жидкостной хроматографии (UPLC) в сочетании с тандемной масс-спектрометрией (MSMS). Количественное определение фенольных соединений, таких как катехин, гидрохинон и фенол, осуществляют методом жидкостной хроматографии (LC) в сочетании с флуоресценцией. Моноксид углерода в дыме улавливают, используя газоотборные устройства, и измеряют, используя недиспергирующий инфракрасный анализатор, как предусматривает стандарт ISO 8454 (ISO 8454:2007).
Режимы курения
Сигареты, которые испытывали в режиме курения, определяемые Министерством здравоохранения Канады, курили в течение 12 затяжек, причем объем затяжки составлял 55 мл, продолжительность затяжки составляла 2 секунды, и интервал между затяжками составлял 30 секунд. Сигареты, которые испытывали в режиме интенсивного курения, курили в течение 20 затяжек, причем объем затяжки составлял 80 мл, продолжительность затяжки составляла 3,5 секунды, и интервал между затяжками составлял 23 секунды.
Пример 5. Защита от высокой температуры и уменьшение содержания моноксида углерода посредством заднего покрытия
Вручную изготавливали курительные изделия согласно предпочтительному варианту выполнения, которые представлены на Фиг. 1 и имеют полную длину 70 мм. Эти курительные изделия включали сгораемый цилиндрический углеродистый источник тепла с единственным продольным воздушным проточным каналом, имеющим внешний диаметр 1,85 мм, и неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие из глины, изготовленное, в основном, согласно описанию в публикации WO 2009/074870 и в примере 1. Образующий аэрозоль субстрат курительных изделий имел 10 мм в длину и содержал около 60 вес.% табака дымовой сушки, около 10 вес.% табака восточных сортов и около 20 вес.% табака солнечной сушки. Длина теплопроводного элемента курительных изделий составляла 9 мм, в том числе 4 мм покрытой задней части сгораемого источника тепла и 5 мм покрытой прилегающей передней части образующего аэрозоль субстрата. За исключением отмеченного в приведенном выше описании данного примера, свойства курительных изделий соответствовали свойствам, которые перечислены выше в таблице 1. Курительные изделия, имеющие такую же конструкцию, но без неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия, также изготавливали вручную для сравнения.
Температуру измеряли в образующем аэрозоль субстрате в процессе зажигания сгораемого источника тепла курительного изделия, включающего сгораемый источник тепла с неметаллическим несгораемым газостойким первым барьерным покрытием из глины, и курительного изделия, включающего сгораемый источник тепла без неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия. Для измерения температуры термопару вставляли в образующий аэрозоль субстрат курительных изделий согласно описанию в публикации WO 2009/022232. Результаты, которые кратко представлены на Фиг. 2, показывают, что в течение первых нескольких секунд после воспламенения сгораемого источника тепла температура в образующем аэрозоль субстрате была значительно ниже в случае курительного изделия, включающего сгораемый источник тепла с неметаллическим несгораемым газостойким первым барьерным покрытием из глины (представлено пунктирной линией на Фиг. 2), по сравнению с курительным изделием, включающим сгораемый источник тепла без неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия (представлено сплошной линией Фиг. 2). Суммарное выделение моноксида углерода из курительных изделий также измеряли в режиме курения, который определяет Министерство здравоохранения Канады. Измеряемое суммарное выделение моноксида углерода из курительного изделия, включающего сгораемый источник тепла без неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия из глины, составляло 1,47 мкг. Измеренное суммарное выделение моноксида углерода из курительного изделия, включающего сгораемый источник тепла с неметаллическим несгораемым газостойким первым барьерным покрытием из глины, составляло лишь 0,97 мкг. Таким образом, нанесение неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия из глины на заднюю поверхность сгораемого источника тепла, обеспечило суммарного выделения моноксида углерода около на 35%.
Пример 6. Изготовление сгораемого источника тепла со стимулятором воспламенения
Углеродистый сгораемый источник, тепла включающий стимулятор воспламенения, можно изготавливать, смешивая 525 г угольного порошка, 225 г карбоната кальция (CaCO3), 51,75 г цитрата калия, 84 г модифицированной целлюлозы, 276 г муки, 141,75 г сахара и 21 г кукурузного масла с 579 г деионизированной воды для получения водной суспензии, в основном согласно описанию в публикации WO 2009/074870. Водную суспензию можно затем экструдировать через матрицу, имеющую центральное отверстие матрицы с круглым поперечным сечением, диаметр которого составляет около 8,7 мм, чтобы изготавливать цилиндрические стержни, у которых длина составляет от около 20 см до около 22 см, и диаметр составляет от около 9,1 мм до около 9,2 мм. Единственный продольный воздушный проточный канал можно изготавливать в цилиндрическом стержне, используя сердечник, установленный концентрически в отверстии матрицы. Сердечник предпочтительно имеет круглое поперечное сечение, у которого внешний диаметр составляет около 2 мм или около 3,5 мм. В качестве альтернативы, три воздушных проточных канала можно изготавливать в цилиндрическом стержне, используя три сердечника, имеющие круглое поперечное сечение, у которого внешний диаметр составляет около 2 мм, и установленные с равными угловыми интервалами в отверстии матрицы. В процессе экструзии цилиндрических стержней покровную суспензию на основе влажной необработанной глины можно перекачивать через питающий канал, продолжающийся через центр сердечника, для изготовления тонкого второго барьерного покрытия, имеющего толщину, составляющую от около 150 мкм до около 300 мкм, на внутренней поверхности единственного продольного воздушного проточного канала. Цилиндрические стержни предпочтительно высушивают при температуре, составляющей от около 20°C до около 25°C, в условиях относительной влажности, составляющей от около 40% до около 50%, в течение периода от около 12 часов до около 72 часов, а затем подвергали пиролизу в атмосфере азота при температуре около 750°C в течение около 240 минут. После пиролиза цилиндрические стержни можно разрезать и обрабатывать, получая определенный диаметр с использованием шлифовального станка, чтобы изготавливать отдельные сгораемые углеродистые источники тепла, у которых длина составляет около 11 мм, диаметр составляет около 7,8 мм, и сухая масса составляет около 400 мг. Отдельные сгораемые углеродистые источники тепла можно затем высушивать при температуре около 130°C в течение около одного часа и затем помещать в водный раствор азотной кислоты, имеющей концентрацию 38 вес.% и насыщенной нитратом калия (KNO3). Приблизительно через 5 минут отдельные сгораемые углеродистые источники тепла предпочтительно извлекают из раствора и высушивают при температуре около 130°C в течение около одного часа. После высушивания отдельные сгораемые углеродистые источники тепла можно еще раз помещать в водный раствор азотной кислоты, имеющий концентрацию 38 вес.% и насыщенный нитратом калия (KNO3). Приблизительно через 5 минут отдельные сгораемые углеродистые источники тепла можно извлекать из раствора и высушивать при температуре около 130°C в течение около одного часа, после чего осуществляют высушивание при температуре около 160°C в течение около одного часа и окончательное высушивание при температуре около 200°C в течение около одного часа.
Пример 7. Соединения в дыме от курительных изделий со сгораемыми источниками тепла, имеющими несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие из глины или стекла
Сгораемые цилиндрические углеродистые источники тепла, включающие стимулятор воспламенения, изготовленные согласно описанию в примере 6 с единственным продольным воздушным проточным каналом, имеющим диаметр 1,85 мм, и второе барьерное покрытие, содержащее бентонит/каолинит, изготавливали с неметаллическим несгораемым газостойким первым барьерным покрытием из глины согласно описанию в примере 2. Кроме того, сгораемые цилиндрические углеродистые источники тепла, включающие стимулятор воспламенения согласно описанию в примере 6 с единственным продольным воздушным проточным каналом, имеющим диаметр 1,85 мм, и стеклянное второе барьерное покрытие, изготавливали с неметаллическим несгораемым газостойким первым барьерным покрытием из спеченного стекла согласно описанию в примере 3. В обоих случаях длина сгораемых цилиндрических углеродистых источников тепла составляла 11 мм. Неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие из глины предпочтительно имеет толщину, составляющую около 50 мкм или около 100 мкм, и неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие из стекла предпочтительно имеет толщину, составляющую около 20 мкм, около 50 мкм или около 100 мкм. Курительные изделия согласно предпочтительному варианту выполнения, представленные на Фиг. 1, имеющие суммарную длину 70 мм, включающие вышеупомянутые сгораемые цилиндрические углеродистые источники тепла, изготавливали вручную. Образующий аэрозоль субстрат курительных изделий составлял 10 мм в длину и содержал около 60 вес.% табака дымовой сушки, около 10 вес.% табака восточных сортов и около 20 вес.% табака солнечной сушки. Длина теплопроводного элемента курительных изделий составляла 9 мм, в том числе 4 мм покрытой задней части сгораемого источника тепла и 5 мм покрытой прилегающей передней части образующего аэрозоль субстрата. За исключением отмеченного в приведенном выше описании данного примера, свойства курительных изделий соответствовали свойствам, которые перечислены выше в таблице 1. Курительные изделия, имеющие такую же конструкцию, но без неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия, также изготавливали вручную для сравнения.
Полученные в результате курительные изделия использовали, как описано в примере 5, в режиме курения, который определяет Министерство здравоохранения Канады. Перед курением, сгораемые источники тепла курительных изделий зажигали, используя желтое пламя обычной зажигалки. Содержание формальдегида, ацетальдегида, акролеина и пропионового альдегида во вдыхаемом курильщиком аэрозоле курительных изделий измеряли согласно описанию в примере 5. Результаты, кратко представленные ниже в таблице 3, показывают, что содержание карбонильных соединений, таких как ацетальдегид и особенно формальдегид, значительно уменьшается во вдыхаемом курильщиком аэрозоле курительных изделий, включающих сгораемый источник тепла с неметаллическим несгораемым газостойким первым барьерным покрытием по сравнению с вдыхаемым курильщиком аэрозоля курительных изделий, включающих сгораемый источник тепла без неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия.
Представленный выше пример 5 демонстрирует уменьшение содержания моноксида углерода согласно одному варианту выполнения. Как можно видеть из примера 7, нанесение неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия по существу на всю заднюю поверхность сгораемого источника тепла по изобретению также неожиданно приводит к значительному уменьшению образования карбонильных соединений, таких как формальдегид, ацетальдегид, пропионовый альдегид и фенольные соединения, во вдыхаемом курильщиком аэрозоле. Описанные выше примеры иллюстрируют, но не ограничивают настоящее изобретение. Другие варианты выполнения можно реализовать без отклонения от его идеи и выхода за пределы объема, и следует понимать, что конкретные примеры и варианты выполнения, описанные в настоящем документе, не являются ограничительными.
Количество карбонильных соединений (микрограммов на образец), измеряемое во вдыхаемом курильщиком аэрозоле в режиме курения, который определяет Министерство здравоохранения Канады, для курительных изделий, включающий сгораемый углеродистый источник тепла (a) без неметаллического несгораемого газостойкого первого барьерного покрытия, (b) с неметаллическим несгораемым газостойким первым барьерным покрытием из глины и (c) с неметаллическим несгораемым газостойким первым барьерным покрытием из спеченного стекла
Изобретение относится к курительному изделию, которое содержит сгораемый источник тепла с противоположными передней и задней поверхностями, и по меньшей мере один воздушный проточный канал, продолжающийся от передней поверхности до задней поверхности сгораемого источника тепла, и образующий аэрозоль субстрат, содержащий по меньшей мере одно образующее аэрозоль вещество по ходу потока после сгораемого источника тепла. Неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие нанесено по существу на всю заднюю поверхность сгораемого источника тепла. В этой связи обеспечивается более длительный срок службы, а также повышенная стабильность работы устройства. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.
1. Курительное изделие (2), содержащее:
сгораемый источник тепла (4) с противоположными передней и задней поверхностями и, по меньшей мере, одним воздушным проточным каналом (16), продолжающимся от передней поверхности до задней поверхности сгораемого источника тепла (4); и
образующий аэрозоль субстрат (6), содержащий по меньшей мере одно образующее аэрозоль вещество по ходу потока после сгораемого источника тепла (4),
отличающееся тем, что неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие (14) нанесено по существу на всю заднюю поверхность сгораемого источника тепла (4) и допускает втягивание газа, по меньшей мере, через один воздушный проточный канал (16),
причем неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие имеет содержание элементарного металла или сплава, составляющее менее чем 50 мол.%.
2. Курительное изделие (2) по п. 1, в котором первое барьерное покрытие (14) имеет толщину, составляющую, по меньшей мере, около 10 мкм.
3. Курительное изделие (2) по п. 2, в котором первое барьерное покрытие (14) является по существу непроницаемым для воздуха.
4. Курительное изделие (2) по любому из пп. 1-3, в котором первое барьерное покрытие содержит глину, стекло или оксид алюминия.
5. Курительное изделие (2) по любому из пп. 1-3, в котором сгораемый источник тепла (4) представляет собой углеродистый источник тепла.
6. Курительное изделие (2) по любому из пп. 1-3, в котором сгораемый источник тепла (4) содержит стимулятор воспламенения.
7. Курительное изделие (2) по п. 6, в котором стимулятор воспламенения представляет собой окисляющее вещество.
8. Курительное изделие (2) по любому из пп. 1-3, в котором газостойкое термостойкое второе барьерное покрытие нанесено на внутреннюю поверхность, по меньшей мере, одного воздушного проточного канала (16).
9. Курительное изделие (2) по любому из пп. 1-3, в котором второе барьерное покрытие является по существу непроницаемым для воздуха.
10. Курительное изделие (2) по любому из пп. 1-3, в котором образующий аэрозоль субстрат (6) содержит гомогенизированный материал на табачной основе.
11. Курительное изделие (2) по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащее:
теплопроводный элемент (22), окружающий заднюю часть (4b) сгораемого источника тепла (4) и находящийся с ней в контакте, а также прилегающий к передней части (6a) образующего аэрозоль субстрата (6).
12. Курительное изделие (2) по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащее:
расширительную камеру (8), расположенную по ходу потока после образующего аэрозоль субстрата (6).
13. Курительное изделие (2) по п. 10, дополнительно содержащее:
мундштук (10), расположенный по ходу потока после расширительной камеры (8).
14. Сгораемый источник тепла (4) с противоположными передней и задней поверхностями для использования в курительном изделии (2) по любому предшествующему пункту, причем сгораемый источник тепла (4) содержит:
по меньшей мере, один воздушный проточный канал (16), продолжающийся от передней поверхности до задней поверхности сгораемого источника тепла (4), и
неметаллическое несгораемое газостойкое барьерное покрытие (14) по существу на всей задней поверхности сгораемого источника тепла (4), которое допускает втягивание газа, по меньшей мере, через один воздушный проточный канал (16),
причем неметаллическое несгораемое газостойкое первое барьерное покрытие имеет содержание элементарного металла или сплава, составляющее менее чем 50 мол.%.
| US 5105831 A, 21.04.1992 | |||
| Колосоуборка | 1923 |
|
SU2009A1 |
| RU 2004135065 A, 20.01.2006. | |||
