包括有具有後方屏障塗層的可燃熱源的發煙製品的製作方法

2023-07-02 06:13:36

包括有具有後方屏障塗層的可燃熱源的發煙製品的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種發煙製品（2），其包括可燃熱源（4）以及氣霧劑形成基材（6），所述可燃熱源具有相反的正面和背面以及從可燃熱源（4）的正面延伸至背面的至少一個氣流通道（16），所述氣霧劑形成基材包括在可燃熱源（4）的下遊的至少一種氣霧劑形成物。非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的、第一屏障塗層（14）設置於可燃熱源（4）的大致整個背面上。
【專利說明】包括有具有後方屏障塗層的可燃熱源的發煙製品
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種發煙製品，所述發煙製品包括可燃熱源和包括有至少一種氣霧劑形成物的氣霧劑形成基材，其中所述基材在可燃熱源的下遊，本發明涉及一種用於在這樣的發煙製品中使用的可燃熱源，以及涉及一種在發煙製品中的可燃熱源的燃燒期間減少某些有害煙霧成分的形成的方法。
【背景技術】
[0002]在現有技術中已經提出了其中菸草被加熱而不是燃燒的許多發煙製品。此類發煙製品的目的是減少由傳統香菸中的菸草的燃燒和熱降解而產生的已知的有害煙霧成分。通常在此類發煙製品中，通過從可燃燃料元件或熱源向氣霧劑形成基材所進行的熱量傳遞而生成氣霧劑，所述氣霧劑形成基材可位於燃料元件內、燃料元件周圍或燃料元件下遊。在發煙期間，揮發性化合物通過從燃料元件所進行的熱量傳遞被從氣霧劑形成基材釋放並被攜帶於通過發煙製品所抽吸的空氣中。當所釋放的化合物冷卻時，它們凝結以形成被消費者吸入的氣霧劑。
[0003]例如，W0-A2-2009/022232公開了一種發煙製品，其包括可燃熱源、在所述可燃熱源的下遊的氣霧劑形成基材、以及圍繞並接觸可燃熱源的後方部分和氣霧劑形成基材的相鄰前方部分的導熱元件。在W0-A2-2009/022232的發煙製品中，所述氣霧劑形成基材的表面與可燃熱源直接接觸。
[0004]先前已經為可加熱發煙製品進行了很多嘗試來減少在碳質熱源的燃燒期間所產生的一氧化碳的量，比如通過在熱源中使用催化劑來將在熱源的燃燒期間所產生的一氧化碳轉化為二氧化碳。其它現有技術文獻(比如US-A-5, 040, 551)公開了一種用於通過為碳質燃料元件的所暴露的表面的部分或全部塗覆以固體顆粒物質的薄的多微孔層而減少在碳質燃料元件的燃燒中所產生的一氧化碳的量的方法，所述固體顆粒物質的薄的多微孔層在碳質燃料燃燒的溫度下為基本不可燃燒的。根據US-A-5，040, 551，多微孔層必須充分地薄，並且因此能透過空氣，以便不會不適當地妨礙碳質燃料燃燒。如W0-A2-2009/022232的發煙製品一樣，US-A-5, 040，551中的氣霧劑形成基材的表面與可燃熱源直接接觸。
[0005]為便於氣霧劑的形成，已知的可加熱發煙製品的氣霧劑形成基材通常包括比如甘油的多元醇或其它已知的氣霧劑形成物。在存儲和發煙期間，氣霧劑形成物可能會從已知的可加熱發煙製品的氣霧劑形成基材移動至其可燃熱源。氣霧劑形成物的這種移動可能不利地導致它們的分解，特別是在可加熱發煙製品的發煙期間。先前已經進行了很多嘗試來抑制氣霧劑形成物從可加熱發煙製品的氣霧劑形成基材向其可燃熱源的移動(例如，在US-A-4, 714，082、EP-A2-0 337 507、ΕΡ_Α2_0 337 508 以及 US-A-5, 156，170 中)。通常，此類嘗試涉及其中氣霧劑形成基材被包裹於不可燃燒的囊(比如金屬罩)內以減少氣霧劑形成物在存儲和使用期間從氣霧劑形成基材向可燃熱源的移動的發煙製品，但是在所述發煙製品中仍然容許可燃熱源在存儲和使用期間與來自氣霧劑形成基材的氣霧劑形成物直接接觸。此類現有技術設計不利地容許由可燃熱源所生成的分解和燃燒氣體被直接地抽吸至主流氣霧劑中，使得難以使用已知的機器和方法來生產發煙製品，並且可能阻礙發煙製品獲得合適的溫度以在消費者的最初的幾次抽吸期間提供令人滿意的氣霧劑的能力。
[0006]需要一種改進的可加熱發煙製品，其包括可燃熱源以及包括有至少一種氣霧劑形成物的氣霧劑形成基材，可使用已知的製造設備組裝所述可加熱發煙製品。還進一步需要一種改進的可加熱發煙製品，其包括可燃熱源以及包括有至少一種氣霧劑形成物的氣霧劑形成基材，其中基本防止或抑制了所述至少一種氣霧劑形成物從氣霧劑形成基材向可燃熱源的移動。進一步地，仍然需要減少可加熱發煙製品的主流氣霧劑中的有害煙霧成分(如羰基化合物，比如甲醛、乙醛、丙醛、以及酚類物質)的水平。

【發明內容】

[0007]根據本發明，提供一種發煙製品，其包括:可燃熱源，其具有相反的正面和背面以及從所述可燃熱源的正面延伸至背面的至少一個氣流通道；以及氣霧劑形成基材，其包括在可燃熱源的下遊的至少一種氣霧劑形成物。非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層設置於可燃熱源的大致整個背面上，其容許通過所述至少一個氣流通道抽吸氣體。
[0008]進一步提供一種根據本發明的發煙製品，其特徵在於，所述第一屏障塗層具有至少大致10微米的厚度。
[0009]進一步提供一種根據本發明的發煙製品，其特徵在於，所述第一屏障塗層為基本不透空氣的。
[0010]進一步提供一種根據本發明的發煙製品，其特徵在於，所述第一屏障塗層包括粘土、玻璃、或氧化鋁。
[0011]進一步提供一種根據本發明的發煙製品，其特徵在於，所述可燃熱源為碳質熱源。
[0012]進一步提供一種根據本發明的發煙製品，其特徵在於，所述可燃熱源包括點火助劑。
[0013]進一步提供一種根據本發明的發煙製品，其特徵在於，所述點火助劑為氧化劑。
[0014]進一步提供一種根據本發明的發煙製品，其特徵在於，耐氣體的、耐熱的第二屏障塗層設置於所述至少一個氣流通道的內表面上。
[0015]進一步提供一種根據本發明的發煙製品，其特徵在於，所述第二屏障塗層為基本不透空氣的。
[0016]進一步提供一種根據本發明的發煙製品，其特徵在於，所述氣霧劑形成基材包括均質的基於菸草的材料。
[0017]進一步提供一種根據本發明的發煙製品，進一步包括圍繞並接觸可燃熱源的後方部分以及氣霧劑形成基材的相鄰前方部分的導熱元件。
[0018]進一步提供一種根據本發明的發煙製品，進一步包括在氣霧劑形成基材的下遊的
膨脹室。
[0019]進一步提供一種根據本發明的發煙製品，進一步包括在膨脹室的下遊的嘴件。
[0020]根據本發明，還提供一種用於在根據本發明的發煙製品中使用的具有相反的正面和背面的可燃熱源，所述可燃熱源具有設置於其大致整個背面上的非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層。
[0021]根據本發明，提供一種發煙製品，用於降低在發煙製品中的可燃熱源的燃燒期間所產生的一氧化碳的量。
[0022]根據本發明，提供一種發煙製品，用於降低在發煙製品中的可燃熱源的燃燒期間所產生的某些有害煙霧成分(比如一氧化碳、甲醛、乙醛、丙醛、以及酚類物質)的量。
[0023]根據本發明，提供一種可燃熱源，用於降低在發煙製品中的可燃熱源的燃燒期間所產生的某些有害煙霧成分(比如一氧化碳、甲醛、乙醛、丙醛、以及酚類物質)的量。
[0024]根據本發明，提供一種方法來減少在發煙製品中的可燃熱源的燃燒期間在主流氣霧劑中所生成的氣體的形成，所述氣體選自由一氧化碳、甲醛、乙醛、丙醛、酚類物質以及其混合物所組成的組，所述方法包括形成根據本發明的發煙製品的步驟。
[0025]當在本文中使用時，術語「上遊」和「前方」、以及「下遊」和「後方」用於描述可燃熱源和根據本發明的發煙製品的構件、或構件的部分相對於在發煙製品的使用期間通過可燃熱源和發煙製品所抽吸的空氣的方向的相對位置。
[0026]當在本文中使用時，術語「塗層」用於描述覆蓋並附著至熱源的一層材料。
[0027]當在本文中使用時，術語「非金屬的」用於描述一種屏障塗層，所述屏障塗層不是主要由基本金屬或合金形成的，所述屏障塗層為具有小於50%的摩爾百分數的基本金屬或合金含量的屏障塗層。
[0028]當在本文中使用時，術語「不可燃燒的」用於描述一種屏障塗層，所述屏障塗層在可燃熱源在其燃燒或被點燃期間所達到的溫度下為基本不可燃燒的。
[0029]當在本文中使用時，術語「耐氣體的」用於描述一種屏障塗層，所述屏障塗層為至少基本不透氣體的。優選地，第一屏障塗層為至少基本不透空氣的。
[0030]當在本文中使用時，術語「氣霧劑形成基材」用於描述一種能夠在加熱時釋放揮發性化合物的基材，所述揮發性化合物可以形成氣霧劑。
[0031]在可燃熱源的大致整個背面上設置非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層有利地防止或抑制了所述至少一種氣霧劑形成物在根據本發明的發煙製品的存儲和使用期間從氣霧劑形成基材向可燃熱源的移動。因此有利地避免或減少了所述至少一種氣霧劑形成物在根據本發明的發煙製品的使用期間的分解。
[0032]在可燃熱源的大致整個背面上設置非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層還可以有利地限制或防止氣霧劑形成基材的其它揮發性化合物在根據本發明的發煙製品的存儲和使用期間從氣霧劑形成基材向可燃熱源的移動。
[0033]設置於可燃熱源的背面上的非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層還有利地防止或抑制了在可燃熱源的點燃和燃燒期間所形成的燃燒和分解產品進入在發煙製品的使用期間通過發煙製品所抽吸的空氣。如以下所進一步描述的，在可燃熱源包括一種或多種添加劑以協助可燃熱源的點燃或燃燒或其組合的情況下這是特別有利的。
[0034]設置於可燃熱源的背面上的非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層還有利地限制了氣霧劑形成基材在可燃熱源的點燃或燃燒期間所暴露至的溫度，並且還有助於避免氣霧劑形成基材在發煙製品的使用期間的熱降解或燃燒。如以下所進一步描述的，在可燃熱源包括一種或多種添加劑以協助可燃熱源的點燃的情況下這還是特別有利的。
[0035]取決於發煙製品的所期望的特徵和性能，非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層可具有低導熱率或高導熱率。在優選實施例的一個實例中，非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層可由下述材料形成，所述材料具有在23°C時的介於大致0.1ff每米開爾文(W/ (Π1.Κ))至大致200W每米開爾文(W/ (Π1.Κ))的堆積導熱率以及在使用修正瞬態平面源(modified transient plane source:MTPS)法測量時的50%的相對溼度。在優選實施例的另一個實例中，非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層可由下述材料形成，所述材料具有在23°C時的介於大致0.05W每米開爾文(W/ Cm.K))至大致50W每米開爾文(W/ (m -K))的堆積導熱率以及在使用修正瞬態平面源(MTPS)法測量時的50%的相對溼度。
[0036]可將非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層的厚度適當地調整為實現良好的發煙性能同時避免或儘量減少從發煙製品所進行的有害揮發性化合物的產生以及吸入中的一種或兩種。在優選實施例的一個實例中，非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層可具有介於大致10微米至大致500微米之間的厚度。
[0037]非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層可由一種或多種合適的材料形成，所述一種或多種合適的材料在可燃熱源在被點燃和燃燒期間所達到的溫度為基本熱穩定的且不可燃燒的。合適的材料在現有技術中為已知的並且包括，但不限於，粘土(比如，例如斑脫土以及高嶺石)、玻璃以及其它礦物、陶瓷材料或其組合。
[0038]可形成不可燃燒的、耐氣體的、第一屏障塗層的優選的塗層材料包括粘土和玻璃。更優選地，非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層可由氧化鋁(A1203)、樹脂、以及礦物膠形成。在本發明的一個優選實施例中，非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層為包括有斑脫土和高嶺石的50/50的混合物的粘土塗層。在本發明的另一個優選實施例中，非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層為玻璃塗層、更優選地為燒結玻璃塗層。
[0039]優選地，非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層具有至少大致10微米的厚度。由於粘土對氣體的微小的滲透性，在其中非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層為粘土塗層的實施例中，所述非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層更優選地具有至少大致50微米的，以及最優選地介於大致50微米至大致350微米之間的厚度。在其中非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層是由一種或多種更加不透氣體的材料形成的實施例中，所述非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層可為更薄的，並且通常將優選地具有少於大致100微米的、以及更優選地大致20微米的厚度。在其中非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層為玻璃塗層的實施例中，所述非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層優選地具有低於200微米的厚度。可使用顯微鏡、掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope:SEM)或者現有技術中已知的其它任何合適的測量方法測量所述非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層的厚度。
[0040]可通過現有技術中已知的任何合適的方法塗敷非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層以便覆蓋並附著至可燃熱源的大致整個背面，所述合適的方法包括但不限於，噴塗、氣相沉積、浸潰、材料轉移(例如，刷塗或膠接)、靜電沉積或它們的任何組合。
[0041]例如，可以通過按照可燃熱源的背面的大致的大小和形狀預先形成屏障並將它塗敷至可燃熱源的背面以覆蓋並附著至可燃熱源的大致整個背面而構成非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層。替代地，非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層可在它被塗敷至可燃熱源的背面之後被形成、鑽孔或用機器加工。
[0042]在一個優選實施例中，通過將一種或多種合適的塗層材料的溶液或懸浮液塗敷至可燃熱源的背面而形成非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層。例如，可以通過將可燃熱源的背面浸潰於一種或多種合適的塗層材料的溶液或懸浮液中，或者通過將一種或多種合適的塗層材料的溶液或懸浮液刷塗或噴塗至或將一種或多種合適的塗層材料的粉或粉混合物靜電沉積至可燃熱源的背面，來將非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層塗敷至可燃熱源的大致整個背面。優選地在靜電沉積之前用水玻璃對可燃熱源的背面進行預處理。更優選地，通過噴塗應用不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層。
[0043]可以通過向可燃熱源的背面單次塗敷一種或多種合適的塗層材料的溶液或懸浮液而形成非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層。替代地，可以通過向可燃熱源的背面多次塗敷一種或多種合適的塗層材料的溶液或懸浮液而形成非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層。例如，可以通過向可燃熱源的背面一次、兩次、三次、四次、五次、六次、七次或八次相繼地塗敷一種或多種合適的塗層材料的溶液或懸浮液而形成非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層。
[0044]優選地，非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層是通過向可燃熱源的背面一次至十次塗敷一種或多種合適的塗層材料的溶液或懸浮液而形成的。
[0045]在將一種或多種塗層材料的溶液或懸浮液塗敷至可燃熱源的背面之後，可以乾燥可燃熱源以形成非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層。
[0046]在非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層是通過向可燃熱源的背面多次塗敷一種或多種合適的塗層材料的溶液或懸浮液而形成的情況下，可燃熱源可能需要在溶液或懸浮液的相繼的塗敷之間被乾燥。
[0047]替代地或除乾燥之外地，在將一種或多種塗層材料的溶液或懸浮液塗敷至可燃熱源的背面之後，可燒結可燃熱源上的所述一種或多種塗層材料以便形成非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層。在屏障塗層為玻璃或陶瓷塗層的情況下，對非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層的燒結是特別優選的。
[0048]優選地，在介於大致500°C至大致900°C之間的、以及更優選地在大致700°C的溫
度下燒結非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層。
[0049]優選地，可燃熱源為碳質熱源。當在本文中使用時，術語「碳質」用於描述包括有碳的熱源。
[0050]優選地，可燃熱源為基於碳的熱源。當在本文中使用時，術語「基於碳的」用於描述主要包括碳的熱源，即具有佔乾重的至少50%的碳含量的熱源。優選地，根據本發明的基於碳的可燃熱源具有的碳含量佔乾重的至少大致60%、更優選地佔乾重的至少大致70%、最優選地佔乾重的至少大致80%。
[0051 ] 根據本發明的碳質可燃熱源可由一種或多種合適的含碳材料形成。
[0052]若需要，可以將一種或多種粘結劑與所述一種或多種含碳材料相結合。優選地，所述一種或多種粘結劑為有機粘結劑。合適的已知的有機粘結劑包括但不限於，粘膠(例如，胍爾豆膠)、改性纖維素或纖維素衍生物(例如，甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥基丙基纖維素以及羥丙基甲基纖維素)、麵粉、澱粉、糖、菜油以及它們的組合。
[0053]在本發明的一個特別優選的實施例中，可燃熱源由碳粉、改性纖維素、麵粉以及糖的混合物形成。
[0054]代替一種或多種粘結劑或者除一種或多種粘結劑之外，根據本發明的可燃熱源可包括一種或多種添加劑以便改進碳質可燃熱源的屬性。合適的添加劑包括但不限於，促進可燃熱源的固結的添加劑(例如，燒結助劑)、促進可燃熱源的點燃的添加劑(例如，比如高氯酸鹽、氯酸鹽、硝酸鹽、過氧化物、高錳酸鹽、和/或鋯的氧化劑)、促進可燃熱源的燃燒的添加劑(例如，鉀以及鉀鹽，比如檸檬酸鉀)以及促進由可燃熱源的燃燒而生成的一種或多種氣體的分解的添加劑(例如催化劑，比如CuO、Fe2O3^以及Al2O3X
[0055]可在將非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層塗敷至可燃熱源的背面之前或之後將此類添加劑包含於可燃熱源中。
[0056]在一個特別優選的實施例中，可燃熱源為包括有碳和至少一種點火助劑的圓柱形可燃熱源，所述圓柱形可燃熱源具有上遊端面和相反的下遊端面，其中將圓柱形可燃熱源的在上遊端面和下遊端面之間的至少部分包裹於阻燃包裝材料中並且當圓柱形可燃熱源的上遊端面被點燃時，圓柱形可燃熱源的下遊端面的溫度上升至第一溫度，並且在圓柱形可燃熱源的隨後的燃燒期間，圓柱形可燃熱源的下遊端面保持比所述第一溫度低的第二溫度。當在本文中使用時，術語「點火助劑」用於指在可燃熱源被點燃期間釋放能量和氧中的一者或兩者的材料，其中所述材料釋放能量和氧中的一者或兩者的速度不被周圍的氧擴散所限制。換句話說，所述材料在可燃熱源被點燃期間釋放能量和氧中的一者或兩者的速度很大程度上獨立於周圍氧可以到達材料的速度。當在本文中使用時，術語「點火助劑」還用於描述在可燃熱源被點燃期間釋放能量的基本金屬，其中所述基本金屬的點燃溫度在大致500°C以下並且所述基本金屬的燃燒熱為至少大致5KJ/g。
[0057]當在本文中使用時，術語「點火助劑」不包括羧酸的鹼金屬鹽(比如，鹼金屬檸檬酸鹽、鹼金屬醋酸鹽以及鹼金屬琥珀酸鹽)、鹼金屬齒鹽(例如鹼金屬氯鹽)、鹼金屬碳酸鹽或鹼金屬磷酸鹽，它們被認為會改變碳的燃燒。
[0058]在使用中，由至少一種點火助劑在可燃熱源被點燃期間所進行的對能量和氧中的一者或兩者的釋放引起可燃熱 源在其被點燃時的溫度的快速升高。這反映於可燃熱源的溫度的增加。在根據本發明的發煙製品中使用時，這有利地確保了能夠將充分的熱量從可燃熱源傳遞至發煙製品的氣霧劑形成基材並因此有助於在其早期抽吸期間產生可接受的氣霧劑。
[0059]合適的氧化劑的實例包括，但不限於:硝酸鹽，例如，如硝酸鉀、硝酸鈣、硝酸鍶、硝酸鈉、硝酸鋇、硝酸鋰、硝酸鋁以及硝酸鐵；亞硝酸鹽；其它有機的及無機的硝基化合物；氯酸鹽，例如，如氯酸鈉和氯酸鉀；高氯酸鹽，例如，如高氯酸鈉；亞氯酸鹽；溴酸鹽，例如，如溴酸鈉和溴酸鉀；過溴酸鹽；亞溴酸鹽；硼酸鹽，例如，如硼酸鈉和硼酸鉀；高鐵酸鹽，例如，如高鐵酸鋇；亞鐵酸鹽；錳酸鹽，例如，如錳酸鉀；高錳酸鹽，例如，如高錳酸鉀；有機過氧化合物，例如，如過氧化苯甲醯和過氧化丙酮；無機過氧化合物，例如，如過氧化氫、過氧化鍶、過氧化鎂、過氧化韓、過氧化鋇、過氧化鋅和過氧化鋰；超氧化物，例如，如超氧化鉀和超氧化鈉；碳酸鹽；碘酸鹽；高碘酸鹽；亞碘酸鹽；硫酸鹽；亞硫酸鹽；其它亞碸；磷酸鹽；次膦酸鹽(phospinate);亞磷酸鹽；以及次亞磷酸鹽(phosphanite)。
[0060]儘管有利地改進了可燃熱源的點燃和燃燒屬性，但是包含點火和燃燒添加劑可能在發煙製品的使用期間引起不符合需要的分解和反應產物。例如，在可燃熱源中為協助其點燃而包含的硝酸鹽的分解可能引起氧化氮的形成。設置於可燃熱源的背面上的非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層有利地防止或抑制了此類分解和反應產物在發煙製品的使用期間進入通過發煙製品所抽吸的空氣。[0061]另外地，為了協助點燃而包含的比如硝酸鹽或其它添加劑的氧化劑可能在可燃熱源被點燃期間在可燃熱源中引起熱氣體和高溫的產生。通過充當針對熱氣體的屏障和散熱器，設置於可燃熱源的背面上的非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層有利地限制了氣霧劑形成基材所暴露至的溫度，並因此有助於避免氣霧劑形成基材在可燃熱源被點燃期間的熱分解或燃燒。
[0062]為了形成根據本發明的碳質可燃熱源，優選地使一種或多種含碳材料與一種或多種粘結劑和其它添加劑(如果包含的話)混合併預先形成所需的形狀。可使用任何合適的已知的陶瓷成型方法將一種或多種含碳材料、一種或多種粘結劑和其它添加劑的混合物預先形成所需的形狀，所述任何合適的已知的陶瓷成型方法比如為，例如，流鑄、擠壓成型、注射成型以及模具壓實。優選地，通過擠壓成型將所述混合物預先形成所需的形狀。
[0063]優選地，將一種或多種含碳材料、一種或多種粘結劑和其它添加劑的混合物預先形成伸長的杆。然而，應當理解的是，可將一種或多種含碳材料、一種或多種粘結劑和其它添加劑的混合物預先形成其它所需的形狀。
[0064]在形成之後，所述伸長的杆或其它所需的形狀優選地被乾燥以減少它的水分含量並且接著在無氧化氣氛中於一定溫度條件下被熱解，所述溫度足以使所述一種或多種粘結齊IJ(在存在的情況下)碳化並基本消除伸長的杆或其它形狀中的任何揮發物。優選地，使伸長的杆或其它所需的形狀在氮氣氛中於大致700°c至大致900°C的溫度條件下熱解。
[0065]在一個實施例中，通過將至少一種金屬硝酸鹽前體包含於所述一種或多種含碳材料、一種或多種粘結劑和其它添加劑的混合物中而將至少一種金屬硝酸鹽包含於可燃熱源中。隨後接著通過使用硝酸的水溶液處理所熱解的預先形成的圓柱形杆或其它形狀而就地將所述至少一種金屬硝酸鹽前體轉化為至少一種金屬硝酸鹽。在一個實施例中，可燃熱源包括至少一種金屬硝酸鹽，所述至少一種金屬硝酸鹽具有小於大致600°C、更優選地小於大致400°C的熱分解溫度。優選地，所述至少一種金屬硝酸鹽具有大致150°C至大致600°C、更優選地大致200 °C至大致400 °C的分解溫度。
[0066]在本發明的優選實施例中，將可燃熱源暴露至傳統的黃焰打火機或其它點火工具能致使至少一種金屬硝酸鹽分解並釋放氧和能量。這種分解引起可燃熱源的溫度的最初的快速升高並且還有助於可燃熱源的點燃。在所述至少一種金屬硝酸鹽分解之後，可燃熱源優選地繼續以較低的溫度燃燒。
[0067]包含至少一種金屬硝酸鹽有利地使得在內部開始可燃熱源的點燃，而不只是在它的表面上的位置處。優選地，所述至少一種金屬硝酸鹽遍布整個可燃熱源基本均勻地分布。優選地，所述至少一種金屬硝酸鹽在可燃熱源中所佔的量為可燃熱源的乾重的大致20%至乾重的大致50%。
[0068]在本發明的另一個實施例中，可燃熱源包括至少一種過氧化物或超氧化物，其在小於大致600°C的溫度、更優選地在小於大致400°C的溫度有效地釋放氧。
[0069]優選地，所述至少一種過氧化物或超氧化物在大致150°C至大致600°C的溫度、更優選地在大致200°C至大致400°C的溫度、最優選地在大致350°C的溫度有效地釋放氧。
[0070]在使用中，將可燃熱源暴露至傳統的黃焰打火機或其它點火工具能致使所述至少一種過氧化物或超氧化物分解並釋放氧。這引起可燃熱源的溫度的最初的快速升高並且還有助於可燃熱源的點燃。在所述至少一種過氧化物或超氧化物分解之後，可燃熱源優選地繼續以較低的溫度燃燒。
[0071]包含至少一種過氧化物或超氧化物有利地使得在內部開始可燃熱源的點燃，而不只是在它的表面上的位置處。優選地，所述至少一種過氧化物或超氧化物遍布整個可燃熱源基本均勻地分布。
[0072]可燃熱源優選地具有大致20%至大致80%的、更優選地大致20%至大致60%的孔隙度。在可燃熱源包括至少一種金屬硝酸鹽的情況下，這有利地使得在所述至少一種金屬硝酸鹽分解且燃燒繼續進行時氧能夠以足以維持燃燒的速度擴散到大部分可燃熱源中。甚至更優選地，當通過例如水銀孔隙度測量法和氦測比重術測量時，可燃熱源具有大致50%至大致70%的、更優選地大致50%至大致60%的孔隙度。所需的孔隙度可使用傳統的方法和技術在根據本發明的可燃熱源的生產期間容易地獲得。
[0073]有利地，根據本發明的碳質可燃熱源具有大致0.6g/cm3至大致lg/cm3的表觀密度。
[0074]優選地，可燃熱源具有介於大致300mg至大致500mg之間、更優選地介於大致400mg至大致450mg之間的質量。
[0075]優選地,可燃熱源具有介於大致7mm至大致17mm之間、更優選地介於大致Ilmm至大致15mm之間、最優選地大致Ilmm的長度。
[0076]當在本文中使用時，術語「長度」指在可燃熱源的縱向方向中的尺寸。
[0077]優選地,可燃熱源具有介於大致5mm至大致9mm之間、更優選地介於大致7mm至大致8mm之間的直徑。
[0078]優選地，可燃熱源具有基本均勻的直徑。然而，可以替代地使可燃熱源成錐形以使得可燃熱源的後方部分的直徑大於其前方部分的直徑。特別優選地是可燃熱源為大致圓柱形。可燃熱源可為，例如具有大致圓形橫截面的圓柱體或錐形圓柱體或者具有大致橢圓形橫截面的圓柱體或錐形圓柱體。
[0079]可燃熱源包括至少一個氣流通道，所述至少一個氣流通道優選地穿過可燃熱源的內部部分並且沿可燃熱源的整個長度延伸。替代地或另外地，可燃熱源可包括沿可燃熱源的外圍延伸的至少一個氣流通道。根據本發明的一個優選實施例的可燃熱源包括一個、兩個或三個氣流通道。最優選地，穿過根據本發明的可燃熱源設置單一的氣流通道。在本發明的特別優選的實施例中，可燃熱源包括單一的基本對中的或軸向的氣流通道。所述單一的氣流通道的直徑優選地介於大致1.5_至大致3_之間。覆蓋可燃熱源的大致整個背面的非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層容許通過可燃熱源的氣流通道中的至少一個從發煙製品的上遊端面抽吸氣體。
[0080]可燃熱源的至少一個氣流通道的內表面可部分地或全部地被塗覆以第二屏障塗層。優選地，第二屏障塗層覆蓋可燃熱源的所有的氣流通道的大致整個內表面。
[0081]優選地，第二屏障塗層包括耐氣體的一層固體顆粒物質。更優選地，第二屏障塗層為至少基本不透空氣的。有利地，耐氣體的第二屏障塗層具有較低的導熱率。
[0082]第二屏障塗層可由在可燃熱源在被點燃和燃燒期間所達到的溫度下基本熱穩定的且不可燃燒的一種或多種合適的材料形成。合適的材料在現有技術中為已知的並且包括，但不限於，例如，粘土 ；金屬氧化物，比如氧化鐵、氧化鋁、二氧化鈦、二氧化矽、矽鋁、氧化鋯以及二氧化鈰；沸石；磷酸鋯；以及其它陶瓷材料或其組合。可形成第二屏障塗層的優選的塗層材料包括粘土、玻璃、鋁、氧化鐵及其組合。若需要，則可將催化成分(比如，促進一氧化碳氧化至二氧化碳的氧化的成分)包含於第二屏障塗層中。合適的催化成分包括，但不限於，例如，鉬、鈀、過渡金屬以及它們的氧化物。
[0083]第二屏障塗層可由與不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層相同或不同的一種材料或多種材料形成。
[0084]優選地，第二屏障塗層具有的厚度介於大致30微米至大致200微米之間、更優選地介於大致30微米至大致100微米之間。
[0085]可以通過任何合適的方法(比如在US-A-5，040, 551中所描述的方法)將第二屏障塗層塗敷至可燃熱源的所述至少一個氣流通道的內表面。例如，可使用第二屏障塗層的溶液或懸浮液噴塗、潤溼或塗抹每個氣流通道的內表面。替代地，可以通過將襯管插入一個或多個氣流通道中來設置第二屏障塗層。例如，可將耐氣體的中空管插入每個氣流通道中。
[0086]在一個優選實施例中，當擠壓可燃熱源時，通過在W0-A2-2009/074870中所描述的流程將第二屏障塗層塗敷至可燃熱源的所述至少一個氣流通道的內表面。
[0087]可選擇地，可燃熱源可包括沿可燃熱源的部分或全部外圍延伸的一個或多個、優選地多達並包括六個縱向溝槽。若需要，則可燃熱源可包括至少一個氣流通道以及一個或多個縱向溝槽。
[0088]具有設置於可燃熱源的大致整個背面上的非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層的根據本發明的有相反的正面和背面的可燃熱源特別地適合在W0-A-2009/022232中所公開的類型的發煙製品中使用。然而，應當理解的是，根據本發明的可燃熱源還可在具有不同構造和成分的發煙製品中使用。
[0089]優選地，可燃熱源和氣霧劑形成基材互相抵接。
[0090]優選地，根據本發明的發煙製品進一步包括圍繞並接觸可燃熱源的後方部分和氣霧劑形成基材的相鄰前方部分的導熱元件。所述導熱元件為優選地阻燃的且限氧的。
[0091]用於在本發明中使用的合適的導熱元件包括，但不限於:金屬箔包裝材料比如，例如鋁箔包裝材料、鋼包裝材料、鐵箔包裝材料和銅箔包裝材料；以及金屬合金箔包裝材料。
[0092]優選地，可燃熱源的被導熱元件所包圍的後方部分的長度介於大致2mm至大致8mm之間、更優選地長度介於大致3mm至大致5mm之間。
[0093]優選地，可燃熱源的未被導熱元件所包圍的前方部分的長度介於大致5_至大致15mm之間、更優選地長度介於大致6mm至大致8mm之間。
[0094]優選地,氣霧劑形成基材超過導熱元件向下遊延伸至少大致3mm。
[0095]優選地，氣霧劑形成基材具有介於大致5mm至大致20mm之間的、更優選地介於大致8_至大致12_之間的長度。優選地，氣霧劑形成基材的被導熱元件所包圍的前方部分的長度介於大致2mm至大致IOmm之間、更優選地長度介於大致3mm至大致8mm之間、最優選地長度介於大致4_至大致6_之間。優選地，氣霧劑形成基材的未被導熱元件所包圍的後方部分的長度介於大致3mm至大致IOmm之間。換句話說,氣霧劑形成基材優選地超過導熱元件向下遊延伸大致3mm至大致10mm。更優選地，氣霧劑形成基材超過導熱元件向下遊延伸至少大致4mm。
[0096]優選地，根據本發明的發煙製品的氣霧劑形成基材包括至少一種氣霧劑形成物和能夠響應於加熱而釋放揮發性化合物的材料。由根據本發明的發煙製品的氣霧劑形成基材所生成的氣霧劑可為可見的或不可見的並且可包括蒸氣(例如，處於氣態的物質的細顆粒，而所述物質的細顆粒在室溫下通常為液體或固體)和氣體以及冷凝的蒸氣的液滴。
[0097]所述至少一種氣霧劑形成物可為任何合適的已知的化合物或化合物的混合物，其在使用中便於密而穩定的氣霧劑的形成並且在發煙製品的操作溫度下基本抗熱降解。合適的氣霧劑形成物在現有技術中為眾所周知的且包括，例如，多元醇，多元醇的酯，比如單乙酸甘油酯、雙乙酸甘油酯、三乙酸甘油酯，以及一元羧酸、二羧酸、聚羧酸的脂族酯，比如十二烷二羧酸二甲酯和十四烯二酸二甲酯。用於在根據本發明的發煙製品中使用的優選的氣霧劑形成物為多元醇或它們的混合物，例如三甘醇、1，3-丁二醇以及，最優選地，甘油。
[0098]優選地，所述能夠響應於加熱而釋放揮發性化合物的材料為一定量的基於植物的材料、更優選地為一定量的均質的基於植物的材料。例如，氣霧劑形成基材可包括從植物衍生的一種或多種材料，所述植物包括，但不限於，菸草；茶，例如綠茶；薄荷；月桂；桉樹；羅勒；鼠尾草；馬鞭草；以及龍蒿。基於植物的材料可包括添加劑，所述添加劑包括，但不限於，保溼劑、香味劑、粘結劑和其混合物。優選地，基於植物的材料基本由菸草材料組成、最優選地由均質的菸草材料組成。
[0099]根據本發明的發煙製品優選地進一步包括在氣霧劑形成基材的下遊的膨脹室。包含膨脹室有利地容許通過從可燃熱源向氣霧劑形成基材所進行的熱量傳遞對所生成的氣霧劑進一步冷卻。膨脹室還有利地容許通過適當選擇膨脹室的長度來將根據本發明的發煙製品的總長度調整至期望值，例如，調整至與傳統香菸的長度類似的長度。優選地，膨脹室為伸長的中空管。
[0100]根據本發明的發煙製品還可進一步包括嘴件，其在氣霧劑形成基材的下遊，以及膨脹室(在存在的情況下)的下遊。所述嘴件例如可包括由醋酸纖維素、紙或其它合適的已知的過濾材料所構成的過濾嘴。優選地，嘴件具有較低的過濾效率、更優選地具有非常低的過濾效率。替代地或另外地，嘴件可包括一個或多個段，其包括吸收劑、吸附劑、香味劑、以及在傳統香菸的過濾嘴中使用的其它氣霧劑調節劑和添加劑，或者它們的組合。
[0101 ] 可使用已知的方法和機器組裝根據本發明的發煙製品。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0102]將參考附圖僅以舉例方式進一步描述本發明，其中:
[0103]圖1示出根據本發明的一個優選實施例的發煙製品的縱向剖視示意圖；以及
[0104]圖2示出根據本發明的第一實施例的發煙製品的氣霧劑形成基材在發煙製品的可燃熱源的燃燒期間的溫度的曲線圖。
【具體實施方式】
[0105]圖1中所示的發煙製品2包括處於鄰接同軸對準關係的根據本發明的碳質可燃熱源4、氣霧劑形成基材6、伸長的膨脹室8以及嘴件10。碳質可燃熱源4、氣霧劑形成基材6、伸長的膨脹室8以及嘴件10被包裹於低透氣性的捲菸紙12的外部包裝材料中。
[0106]如圖1中所示，非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層14設置於碳質可燃熱源4的大致整個背面上。
[0107]碳質可燃熱源4包括中心氣流通道16，其穿過碳質可燃熱源4和非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層14縱向地延伸。耐氣體的、耐熱的第二屏障塗層(未示出)設置於中心氣流通道16的內表面上。
[0108]氣霧劑形成基材6緊接碳質可燃熱源4的下遊並包括由菸草材料18構成的圓柱形栓棒，其包括作為氣霧劑形成物的甘油且被過濾嘴栓棒包裝材料20包繞。
[0109]由鋁箔管所構成的導熱元件22包圍並接觸碳質可燃熱源4的後方部分4b和氣霧劑形成基材6的鄰接前方部分6a。如圖1中所示，氣霧劑形成基材6的後方部分未被導熱元件22包圍。
[0110]伸長的膨脹室8位於氣霧劑形成基材6的下遊並且包括硬紙板構成的圓柱形的端部敞開的管24。發煙製品2的嘴件10位於膨脹室8的下遊並且包括被過濾嘴栓棒包裝材料28包繞的、具有非常低的過濾效率的由醋酸纖維素絲束所構成的圓柱形栓棒26。可由接裝紙(未示出)包繞嘴件10。
[0111]在使用中，消費者點燃碳質可燃熱源4並且接著通過中心氣流通道16向下遊朝向嘴件10抽吸空氣。主要通過經由碳質可燃熱源4的鄰接的非燃燒後方部分4b和導熱元件22傳導而加熱氣霧劑形成基材6的前方部分6a。所抽吸的空氣在其穿過碳質可燃熱源4的中心氣流通道16時被加熱並且隨後通過對流而加熱氣霧劑形成基材6。對氣霧劑形成基材6的加熱將揮發性的和半揮發性的化合物以及甘油從氣霧劑形成基材18釋放，所述化合物和甘油在被加熱過的所抽吸的空氣流經氣霧劑形成基材18時被攜帶於其中。加熱過的空氣和攜帶的化合物向下遊穿過膨脹室8、冷卻並冷凝以形成氣霧劑，所述氣霧劑通過嘴件10進入消費者的口中(以大致環境溫度)。
[0112]為了組裝發煙製品2，將一件矩形的導熱元件22膠接至捲菸紙12。將碳質可燃熱源4、氣霧劑形成基材6的栓棒以及膨脹室8適當地對準並放置於具有附接的導熱元件22的捲菸紙12上。具有附接的導熱元件22的捲菸紙12被包裹在碳質可燃熱源4的後方部分4b、氣霧劑形成基材6和膨脹室8周圍並被膠接。使用已知的過濾嘴結合技術將嘴件10附接至膨脹室的敞開端。
[0113]使用根據以下的實例I至6所生產的碳質可燃熱源來組裝圖1中所示的、具有表I中所示的尺寸的根據本發明的優選實施例的發煙製品。
[0114]實例1-可燃熱源的製備
[0115]可如W02009/074870A2或所屬領域的普通技術人員所知的任何其它現有技術中所描述的來製備根據本發明的圓柱形的碳質可燃熱源。優選地通過具有中心模孔的模具擠壓如W02009/074870A2中所描述的含水漿料以製成可燃熱源，所述中心模孔具有圓形橫截面。優選地，所述模孔具有8.7mm的直徑以便形成圓柱形杆，所述圓柱形杆優選地具有大致20cm至大致22cm的長度以及大致9.1mm至大致9.2mm的直徑。可以通過對中地安裝於模孔中的心軸在圓柱形杆中形成單一的縱向氣流通道。所述心軸優選地具有外徑大致為2mm或大致為3.5mm的圓形橫截面。替代地，可以使用以普通角度安裝於模孔中的三個心軸在圓柱形杆中形成三個氣流通道，所述三個心軸具有外徑大致為2mm的圓形橫截面。在圓柱形杆的擠壓期間，可以通過進給通道泵送基於粘土的塗層漿料(使用比如天然生粘土等粘土構成)以在一個氣流通道或多個氣流通道的內表面上形成大致150微米至大致300微米的較薄的第二屏障塗層，所述進給通道通過一個心軸或多個心軸的中心延伸。圓柱形杆可在大致20°C至大致25V的溫度、大致40%至大致50%的相對溼度的條件下被乾燥大致12小時至大致72小時並且接著在大致750°C的氮氣氛中被熱解大致240分鐘。在熱解之後，可以使用磨床將圓柱形杆切割並成形為限定直徑以形成各個碳質可燃熱源。所述杆在切割和成形之後優選地具有大致Ilmm的長度、大致7.8mm的直徑以及大致400mg的幹質量。各個碳質可燃熱源隨後可在大致130°C的條件下被乾燥大致I小時。
[0116]
【權利要求】
1.一種發煙製品(2)，其包括: 可燃熱源(4)，所述可燃熱源具有相反的正面和背面以及從可燃熱源(4)的正面延伸至背面的至少一個氣流通道(16);以及 氣霧劑形成基材(6)，所述氣霧劑形成基材包括在可燃熱源(4)的下遊的至少一種氣霧劑形成物， 其特徵在於，非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的第一屏障塗層(14)設置於可燃熱源(4)的大致整個背面上，並且容許通過所述至少一個氣流通道(16)抽吸氣體。
2.根據權利要求1所述的發煙製品(2)，其特徵在於，所述第一屏障塗層(14)具有至少大致10微米的厚度。
3.根據權利要求2所述的發煙製品(2)，其特徵在於，所述第一屏障塗層(14)為基本不透空氣的。
4.根據權利要求1至3中的任一項所述的發煙製品(2)，其特徵在於，所述第一屏障塗層包括粘土、玻璃、或氧化鋁。
5.根據權利要求1至4中的任一項所述的發煙製品(2)，其特徵在於，所述可燃熱源(4)為碳質熱源。
6.根據任一前述權利要求所述的發煙製品(2)，其特徵在於，所述可燃熱源(4)包括點火助劑。
7.根據權利要求6所述的發煙製品(2)，其特徵在於，所述點火助劑為氧化劑。
8.根據任一前述權利要求所述的發煙製品(2)，其特徵在於，耐氣體的、耐熱的第二屏障塗層設置於所述至少一個氣流通道(16)的內表面上。
9.根據任一前述權利要求所述的發煙製品(2)，其特徵在於，所述第二屏障塗層為基本不透空氣的。
10.根據任一前述權利要求所述的發煙製品(2)，其特徵在於，所述氣霧劑形成基材(6)包括均質的基於菸草的材料。
11.根據任一前述權利要求所述的發煙製品(2)，進一步包括: 圍繞並接觸可燃熱源(4)的後方部分(4b)以及氣霧劑形成基材(6)的相鄰前方部分(6a)的導熱元件(22)。
12.根據任一前述權利要求所述的發煙製品(2)，進一步包括: 在氣霧劑形成基材(6)的下遊的膨脹室(8)。
13.根據權利要求10所述的發煙製品(2)，進一步包括: 在膨脹室(8)的下遊的嘴件(10)。
14.一種用於在根據任一前述權利要求所述的發煙製品(2)中使用的具有相反的正面和背面的可燃熱源(4)，所述可燃熱源(4)包括: 從可燃熱源(4)的正面延伸至背面的至少一個氣流通道(16)以及 容許通過所述至少一個氣流通道(16)抽吸氣體的、在可燃熱源(4)的大致整個背面上的、非金屬的、不可燃燒的、耐氣體的屏障塗層(14)。
【文檔編號】A24F47/00GK103889254SQ201280051920
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年11月14日 優先權日:2011年11月15日
【發明者】S·斯託爾茨, Y·德古莫伊斯, F·拉旺希 申請人:菲利普莫裡斯生產公司