處理連續擠壓出的含菸草物料的製作方法

2023-06-22 23:09:16 1

專利名稱:處理連續擠壓出的含菸草物料的製作方法
本發明涉及處理連續擠壓出含菸草物料以用其製成吸菸品的方法。
美國書4，510，950號介紹了一個用擠壓法製作煙製品實例。該文獻所介紹的煙製品一般呈圓柱形，在使填入擠壓機模口的溼混料所含的水轉成蒸汽，以此來起泡膨化煙製品的條件下擠壓該物料。該製品是整體的，即，如果該製品是香菸的話，擠壓出來的製品一般為直徑8mm的單股製品。
另一種方法是將溼潤的混合料從有若干小孔的模口中擠壓出來，形成多股、粘著在一起並基本呈圓柱體的煙製品，該煙製品含若干條同時擠壓出來的料條，這些料條整體沿菸草製品的縱軸延伸，同時相互粘著，最好是相互隨意粘著，以便在料條之間沿煙製品縱軸方向留下煙氣流通道。這種方法曾介紹於1986年1月8日公開的歐洲專利申請，公開號為EP-A-0167370，料條的形狀和起泡材料間的通道提供了足夠的熱轉換區或足夠的滯留時間，或者兩者皆備，從而使被吸菸者吸向煙製品近端的熱煙氣冷卻下來，和由近端輸出對吸菸者適宜的煙氣溫度。
這些起泡、擠壓出的菸草材料是用菸草顆粒、粘合劑、水和任選的填料或其它所需的添加劑的混合料經起泡製成的。當菸草材料從模口擠壓出來時，一般都是燙熱、溼潤、柔韌的類熱塑性材料。擠壓出的材料溫度一般在40-150℃範圍之內。如在太高的溫度下處理該含菸草材料會導致對材料的處理過頭或處理過熟，這會降低產品的質量。如在太低的溫度下擠壓該材料，在一般擠壓機的壓力下，材料不會起泡，從而造成產品密度過大。含溼量以烘烤揮發值(或OV值)計量，一般在15-50%範圍之內，該含量取決於產品的配方和製備處理的條件。這個含溼量高於菸草衡定溼量大約10-15%。「含溼量」或烘爐水分值是指在擠壓前菸草和其它材料中所混合的液體，一般來說，這種液體是水，然而有機或醇類液體也可用。
這種連續擠壓成型的起泡的、條狀物料太熱，太溼而且過於柔韌而不能將料條以高速送入如毛林公司製造類似8型捲菸機的吸菸品製造機中。這些材料不經進一步的處理，不具備有可以包封紙和製成煙製品的足夠的結構強度。
一種已知的對擠壓出材料的擠壓後處理方法是將擠壓出的材料乾燥，將其OV值降低到與菸草平衡的烘爐水分值(OV)左右。通常讓擠壓前漿料中的液體，如水或諸如能促使蒸發的醇類等其它液體，在常壓或減壓下在空氣中蒸發，來使材料乾燥。在某些情況下可以使用吸水設備在乾燥前先去除溶劑。在另一些情況下，可在常規乾燥箱中用紅外加熱器，蒸汽或熱風來乾燥擠壓出的材料。
上述的這些技術對於這種連續擠壓出材料，尤其是起泡、擠壓出的材料的還不能完全進行商業化應用，這是因為這些方法為把物料的OV值降到所需水平所用的時間太長。這些技術手段需要有貯存設備或乾燥爐(這類設備會長達數百英尺)以使材料足夠乾燥。而任何這類設備在商業化實施中都不實用，並且維修費用很高。如果低速乾燥，或低溫乾燥，因料條的起泡構造，會在其自身重量下破壞，或因與支撐物接觸而形成平面，或造成產品密度不勻。這會影響煙製品的燃燒質量而導致消費者不接受。如試圖快速加熱條料，尤其是起泡的條料會造成擠壓物外層部分變硬結殼。結成的硬殼會使乾燥時間以指數倍增加，如從幾分鐘增加到幾小時，或從幾小時增加到幾天。由於過分乾燥外層，會造成內部乾燥產品變得易碎，過分乾燥會導致產品起趨，裂縫或過于堅硬，這些都不能使消費者接受。
本發明的處理連續擠壓出的含菸草物料的方法是採用微波能幹燥從擠壓機模口出來的擠壓物料，其特徵在於用微波乾燥的方法將擠壓出的物料所含的OV值降低平衡OV值或其以下，隨後冷卻該物料，以使其表面溫度低於整體溫度，從而得到的擠壓物料具有足夠的結構強度和外形的穩定性，可以直接用來製做煙製品。
本發明在使擠壓出來的材料直接從擠壓機的模口送入捲菸機製成所需的煙製品的條件下，快速乾燥、冷卻擠壓出來的含菸草的材料。本發明既適用於起泡的含菸草的擠壓出來的材料，也適用於非起泡的含菸草的、擠壓出來的材料。
先將擠壓出來的材料乾燥，蒸發掉擠壓材料中的水份或其它液體，藉此將含溼量降低到含菸草產品的平衡水分值(OV值)，最好降到平衡水份值(OV值)以下。當使用起泡劑，通過蒸發、氣化或分解所用的發泡劑來乾燥時，乾燥步驟也可使物料起泡或使物料繼續起泡。當擠壓料中所含的水分、其它發泡劑或氣體在擠壓材料從擠壓機內的模口的高壓環境中離開和進入模口孔洞下遊常壓環境時，或在擠壓之後，當材料通過乾燥室進行加熱，令其起泡時，超熱液體或壓縮氣體轉變成大至為常壓下的氣體由此發生起泡。再生成的乾燥的材料是燙熱、柔韌、表面粘黏的熱塑材料。
乾燥之後，立刻冷卻材料，降低擠壓材料的溫度。在此，使用2個溫度定義，(1)表面溫度，即在擠壓出的材料表面測定的溫度;(2)整體溫度，即選定量的菸草材料在熱量計上的溫度平穩之後的平均溫度。冷卻乾燥的擠出材料至少需某種程度上降低整體溫度和實質性地降低表面溫度，以使擠壓出的材料具有足夠的結構強度，使其表面粘度降至最低限度，並使擠壓材料有一定的固定尺寸，以便隨後用捲菸機成型。
為獲得足夠的結構強度而必須將擠壓出的材料冷卻的溫度是熱塑性含煙物的特定成分與冷卻率的函數，該溫度對表面溫度來說大致在大約-196℃至85℃之間，對整體溫度來說大約在20℃-90℃之間。總而言之，冷卻的溫度越低，所得產品的越堅實越好。冷卻的限制主要是設備的限制，所用冷卻介質的吸熱能力以及擠壓出的材料絕熱程度的好壞。在周圍條件或其它控制條件與加工條件平衡時被乾燥與冷卻的材料將會連續輕微改變其體積。
最好，冷卻作用使整體溫度降至大約玻璃傳導溫度，表面溫度大大低於材料的玻璃傳導溫度，這樣以形成一層半硬的硬殼，以便自動捲菸機卷制。不同於先有技術方法，這層硬殼並不影響材料的內部乾燥，也不影響製成品和所需條件的平衡，這是因為該材料在產生硬殼之前，已處於大致平衡的狀態(除熱穩定外)而且，將材料冷卻到揮發溫度以下，可防止菸草中的天然香味成分或填加的香味成分在冷卻期間的揮發。這增加了成品的香味特性。使用起泡材料，表面溫度和整體溫度最好降到所用的起泡劑的閃點之下，由此，避免在乾燥階段由於乾燥或殘餘熱量造成繼續起泡。
然後這種冷卻的、乾燥的材料可以直接送入捲菸機去生產所需的煙製品。在一個實施方案中含菸草的材料可以被擠壓成片材，乾燥、冷卻後，切絲，象普通菸葉或重組菸草一樣用作菸草填料。另一實施方案而且是較好的實施方案是將材料擠壓成具有圓柱形截面的條狀，並從冷卻設備直接送入市場上可得到的捲菸機的煙槍中。在送入制煙機前，上述材料可以任意包香菸低或雪茄外衣葉或用能夠形成外層包衣的材料，通過共擠壓或後擠壓技術製成的包葉包衣。
本發明的一個主要優點是可以不斷地處理燙熱柔韌的擠壓出的材料，使之成為能直接制煙的材料。
在一實施方案中，含煙材料包括混合在水類的介質中的菸草顆粒，然後製成稠漿稠漿再進行擠壓，擠壓出來的材料通過適當的立體微波箱時，用微波能對其進行全面乾燥。箱腔的體積和所用的微波頻率是預定好的，由此獲得在特定的截面地方和材料構體上達到所需的穿透深度，從而活化並揮發介質，以此來乾燥擠壓出來的材料。傳入箱體的能量值是根據擠壓出材料的延伸速度，乾燥時間和擠壓出材料在進入乾燥箱時所含的OV值(或介質含量)以及從乾燥箱出來時所需的OV值等因素選擇的。還可以在微波乾燥箱內或旁邊加若干個開口以排放乾燥過程中所產生的蒸汽和其它揮發物質。由於從內部產生的蒸汽補充了從表面蒸發掉的水份，這樣均勻地乾燥擠壓出的材料可使材料獲得均勻一致的密度，在將總體OV值降到所需的水平時，不會產生硬殼或不致使擠壓出的材料輕易破碎。
在一較好的實施方案中，可採用前後兩個在離開的微波乾燥箱，來乾燥從中通過的材料。使用兩個乾燥箱可以使蒸汽在兩個箱體之間以及在與乾燥區段相接的輸出段和輸入段流通，並可以更準確地控制乾燥材料所用的能量值。而且，在兩個乾燥箱間的距離可以調節，以使材料在兩次微波乾燥之間進行一下平衡，同樣，兩個微波乾燥箱的方位設置也可選擇，比如，平行排列，或一個乾燥箱相對於另一乾燥箱，圍繞擠壓出材料的縱軸旋轉，以更好地均衡微波能和形式能在擠壓出材料中的分配。這樣，使用兩個或更多微波乾燥箱比採用單微波乾燥箱來乾燥材料，可乾燥得均勻也更易於控制。
乾燥步驟之後，將擠壓出的材料冷卻。在一實施方案中，擠壓出的材料通過吹冷氣的冷卻室冷卻，最好是採用連續換氣的方式。在氣流中也可包括周圍空氣。當採用致冷空氣時，冷氣可用普通空調設備將環境空氣通過冷卻排管，冷卻到大約4℃，或用乾冰或類似的東西致冷。調節冷氣的溫度是基於擠壓出材料的速度和為降低擠壓材料的表面和整體溫度從而使擠壓出的材料在後續處理時具有足夠的整體強度而在冷卻箱中滯留時間等因素來選擇的。這樣，材料必須冷卻到具有足可以直接送入捲紙機和制煙機的強度為止。
擠壓出的材料可以用任何可使其冷卻的方式通過冷卻箱，最好是採用帶孔的託帶或逆行帶以便連續更換冷氣(也可選擇周圍空氣)來與熱的擠出材料相接觸。另一方法是用氣墊來撐託擠壓出的材料，使其通過冷卻箱。其它常規的傳送手段也可用。
在另一實施方案中，冷卻步驟是這樣進行的;讓擠壓出的材料通過具有多個空氣噴嘴的風洞，這樣從噴嘴噴出來的高速氣流緊密接觸擠壓出來的材料。這種高速氣流能起到去除溶媒或水分並充分冷卻擠壓材料的作用。
在另一實施方案中，將擠壓出來的熱材料與冷卻的物件，例如一個或多個冷卻輥子，連續向前運行的冷卻傳送帶，或冷卻的顆粒，相接觸來進行冷卻。在又一實施方案中，可用接觸時即可蒸發基本不吸收的液體，如水或醇，氮，或固體，如乾冰顆粒與燙熱的擠壓出材料接觸或噴淋擠壓出的材料，來進行冷卻。再一個實施方案中，將材料通過存有如液態氮之類的低溫箱來冷卻。在任何情況下，選擇所用的接觸溫度或受冷材料的數量要考慮達到理想均勻冷卻所需的整個滯留時間。前述的任何方法都可以單獨使用或幾種配合使用，只要它能迅速冷卻擠壓出材料的外層溫度從而使之獲得足以可以送入捲菸機的強度。而且，冷卻室至少可以部分騰空以加強致冷。
附圖是本發明菸草處理設備的一個示意圖。
附圖所示的是本發明菸草處理設備的一種圖示方案。本發明的設備包括乾燥箱2和冷卻箱3位於擠壓機1下方，擠壓筒13的輸出口以及制煙設備4上方的區段。細碎的菸草料從供料箱7中以控制的流量輸入擠壓機1的輸入鬥12中。粘合料也以控制的流量輸入擠壓機1的輸入鬥12中。水按保持混合箱中所需的含溼量從供水箱11輸入擠壓筒13中。在另外的一些實施方案中，材料以另外不同的順序混合併輸入不同的輸入鬥，這在本說明書論及預水合混合技術時給予討論。本發明提供了將擠壓出的材料20輸送過乾燥箱2和冷卻箱3的方法和設備。該輸送設備輸送擠壓料20的速度最好調節到與選擇的擠壓速率相同，使擠壓料20與輸送設備的接觸部件或支撐部件之間基本沒有相對運動。另外，如果需要某種相對運動，使擠壓出的材料持續拉緊或壓縮。
輸送設備可以包括一個或多個以同樣線性速度運動的傳送帶。傳送帶可以是一條撐託帶，折合過來包住擠壓出材料的單向帶，也可是能保持並輸送材料的逆行帶。在冷卻區段之後，可使用牽拉設備5來將擠出料20的前端料邊送入普通制煙設備4輸入口上的擠壓料接收鬥14中。一旦擠壓料直接送入制煙設備4，牽拉器5即可斷連。
本發明的方法包括將溼潤、柔韌的擠壓出來的含菸草材料在乾燥箱2中乾燥到其含溼量大約或低於環境含溼量或其它控制的含溼量，在冷卻箱3中冷卻乾燥過的擠壓料，使擠壓料的表面溫度低於其整體溫度從而使含菸草料成為具有足夠強度可以包卷、切斷，製成煙製品的材料。表面溫度一般降低到大約-196℃-85℃之間，整體溫度降低到大約20℃至90℃之間。冷卻使沿擠壓料外圍延伸的表面形成一種硬殼半堅的結構，這使得它能夠在隨的後制煙設備4中製成煙製品。
在一實施方案中，本發明的方法包括將細碎的菸草、粘合劑、水(或其它溶劑和其它所需的添加料在擠壓機1中一起混合，製成充分混合的漿料，將漿料從擠壓機混合箱或擠壓筒13一端的模口中擠出，使之成為粘黏的擠壓料，擠壓料最好呈圓柱形構造，在乾燥箱2中乾燥擠壓材料，在冷卻箱3中冷卻擠壓材料，然後將擠壓材料輸送入制煙設備4中，製成理想的煙製品，例如製成粗細基本一致的煙製品。
在一較好的實施方案中，本發明的方法可適用於製成起泡的、擠壓煙製品，該煙製品含(a)大約5-98重量%的、粒度可大至大約5目的菸草顆粒，(b)0%至大約60重量%的粒度大約350μm的填料，(c)0重量%至大約1.0重量%的殘存起泡劑，(d)大約2-40重量%的粘合劑，粘合劑可選自(1)羥丙基纖維素，羧甲基纖維素及其鈉鹽、鉀鹽和銨鹽，交聯羧甲基纖維素及其鈉鹽、鉀鹽和銨鹽，羥乙基纖維素，乙基羥乙基纖維素，羥丙基甲基纖維素，甲基纖維素，乙基纖維素及其它們的混合物這類纖維素粘合劑，(2)果膠及其氨鹽、鈉鹽和鉀鹽，澱粉，瓜耳膠，殼多糖，脫乙醯殼多糖，及其衍生物，半纖維素，
噸醇(Xanthan)，科特蘭(curdlan)，
噸醇(Xanthanmonas)膠鹽，凱拉金鈉(carageenan)，藻酸及其氨鹽、鈉鹽和鉀鹽，脫乙醯殼多糖及其水溶鹽，氧化纖維素，聚乙烯基馬來酸聚合物及其氨鹽、鈉鹽和鉀鹽，微晶纖維素，丁基二酸，糊精，麥芽糖糊精，纖維纖維素及它們的混合物這類天然粘合劑，改進天然粘合劑和合成粘合劑;以上成分均以乾重基計;(e)大約5-20重量%的水，該製品的密度在大約0.05-1.5g/cc之間。
本發明所用的菸草可以是任何種類的菸草，一般是菸草碎末，菸草可選自佛吉尼亞型菸草，自助菸草、東方菸草及其混合菸草，磨碎的重組菸草，磨碎的煙梗，煙渣或煙末及其混合菸草。菸草可以事先進行硬化或膨化處理以增加其填充力。當使用的菸草粒度大於35目時，在配製溼混料時有必要加些多功能酸，例如檸檬酸或磷酸以及它們的銨鹽、鈉鹽和鉀鹽，以使擠壓出的製品外觀好看，起泡理想。這種多功能酸或其鹽的加入量為煙製品總量的大約0.1-15重量%之間，最好含大約2-10重量%。一種典型的混合粘合劑為5重量%的羥丙基纖維素，2.5重量%的羧甲基纖維素和2.5重量%的澱粉。另一種典型的混合粘合劑為1重量%的羥丙基纖維素，4重量%的羥丙基瓜耳膠和5重量%的澱粉。
該製品可含任何種可以與混合料中的其它成份相配的、粒度不超過大約350μm的顆粒材料，作為其填料。這類填料最好選自碳酸鈣、碳酸鎂、氧化鈣、氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鎂、金屬鋁、氧化鋁、氫氧化鋁、粘土、硅藻土、氧化矽及其混合物，其中較好的是碳酸鈣。
乾燥後的或平衡後的煙製品含大約5-20重量%的OV值，最好是8-18重量%。
該煙製品具有多孔的結構，這可以保持煙製品靜燃，並使其有貫通的煙流(氣流/氣溶膠)通道，通向吸食者。該製品的密度對於單股擠壓產品與其多孔結構和開口孔洞結構有關，對於多股擠壓的產品其密度與各股之間產生的空隙大小有關。一種煙製品具有一定範圍內的密度並具有任意一種氣流通道，即可有良好的燃燒率和吸菸所需要的煙的煙氣傳導性。
該煙製品還可含大約0.001-1重量%的用於溶解纖維素粘合劑的醇。這類醇選自乙醇、甲醇、異丙醇、正-丙醇及其混合醇。在煙製品中存在的醇可以來自製煙時為降低從模口擠出的擠出物的含溼量而加入的醇，或是加香料時殘存的醇。
該煙製品還可含大約0.1-40重量%，最好大約0.5-20重量%的交聯劑或硬化劑。硬化劑最好在擠壓前加入，而交聯劑在擠壓時加入。硬化劑和交聯劑選自藻酸，羧甲基殼多糖、果膠酸、脫乙醯殼多糖、羧甲基脫乙醯殼多糖其水溶鹽、麥芽糖糊精和它們的混合物。還可使用大約0.1-10.0重量%的水溶鈣鹽、鎂鹽，和/或鋁。
該煙製品以擠壓成直徑大約2-35毫米最好大約4-25毫米的圓柱形的，粘黏的、單股或多股的製品為好。其它的截面形狀的製品可以用適當的模口，例如橢圓形模口、星形模口、圓柱形模口等等形狀的模口製造，或在擠壓之後附加一道處理，將其適當塑形。這些料條一般製成普通香菸或雪茄那麼長，可用捲菸紙包封，或用雪茄包葉包封，或用同時擠壓出來的、由可燃料製成的殼鞘包衣，或用類似物包衣。此時產品即可作為無嘴香菸或雪茄在市場上銷售。普通過濾嘴可用過濾嘴紙同該煙製品相接製成帶嘴香菸。
各種制煙常用的香料和/或溼潤劑都可在擠壓前加入或在擠壓後加入，例如在冷卻步驟之後加入。一個適用於本發明的，在送入制煙機前向制煙料中加香料的實施例記載於1986年2月26日公開的85305139.9號歐洲專利申請，公開號為0172654。其它本專業技術人員所俟的方法也可以用。
這些含菸草製品最好這樣製備將菸草顆粒與粘合劑、填料、發泡劑、交聯劑或硬化劑以及其它所需成分加水或其它液體一起混合或摻合，製成溼潤混合料，按下列條件之一通過選擇好的模口擠壓溼潤混合料(1)溼潤混合料被擠壓時，混合料中所含的水份或其它起泡劑轉變成蒸汽或其它氣體產物從而其從擠壓機模口出來的擠出材料被膨化(2)溼混料被擠壓形成為若干料條，在使擠壓出的材料所含的水份或其它起泡劑轉變成蒸汽或其它氣體的條件下，將擠壓出的料條在乾燥箱中處理，由此使材料起泡。如果形成的是多股擠壓物，每股都必須起泡並且由於起泡的作用或因為擠壓後處理時使用了膠粘劑，每股料條沿縱向隨便地與相鄰的料條粘著在一起。
混合可以在常規混合裝置中進行，所得混合物應為大約含15-50重量%的水份。
如圖所示，擠壓出的材料可由下列方法製備(a)將菸草顆粒與粘合劑、填料、起泡劑、交聯劑或硬化劑以及其它所需成份幹混;(b)將幹混料與水混合製成溼混料;(c)按照上文所述的使擠壓出的材料離開模口時起泡的那些擠壓條件之一，將溼混料通過具有一個或多個模孔的模口中擠壓出來。
另一方法是擠壓材料可以這樣製備(1)將菸草顆粒與填料、起泡劑、交聯或硬化劑以及其它所需成分幹混，(2)用水或類似的溶劑預水合粘合材料以活化粘合劑的粘性，(3)將幹混料與預水合的粘合劑混合，製成溼混料，(4)在上述任一使擠壓出的材料在離開模口時起泡的條件下通過模口擠壓溼混料。
採用這種工藝時要用具有多進料口(圖中未示)的雙螺杆正向擠壓的擠壓機。預水合步驟(2)是這樣進行的從擠壓機的第一進料口加入粘合材料，從第一進料口下方一段距離的第二進料口加水或類似的溶劑，由於加入粘合劑，隨著它在擠壓筒中被推向前進，粘合劑被處理，被剪切，被均化。當它通過第二進料口時，與水混合，當它在擠壓筒中被向前推進中，粘合劑被預水合。步驟(1)，在常規混合設備中幹混菸草、填料和其它材料，以其混合狀態從在第二進料口下方一段距離的第3進料口加入擠壓筒。這樣第二步驟製備的預水合粘合材料不斷地與第一步驟製備的菸草和其它材料混合。因為某些擠壓機和混合設備不能產生優選工藝處理和擠壓煙製品所需的力，所以最好在粘合劑中幹混入少量的菸草顆料，少量的填料或其它添加成份，其加入的菸草量以不超過5重量%為好，然後再預水合這和混合粘合劑和菸草或其它成份。所得到的溼混料的粘度比粘合劑中未加入菸草或其它成份時要低，故更易於處理。而無需大量增加料團的水分。
同樣也因為預水合的粘合劑會變得非常粘，而粘著在混合設備上，所以最好在粘合劑中幹混進少量的菸草顆粒、填料或菸草加填料。菸草的加入量以不超過菸草總量的大約5重量%為好。然後將幹混料預水合，所得到的溼混料粘結處理設備的傾向減弱，從而相對來說在材料一步一步的處理中，易於被處理得均勻。
另一種方法是將部分粘合劑與菸草幹混，其餘粘合劑預水合。因為水或類似的溶劑相對超量(超量的水或類似溶劑其後將被幹混的菸草和粘合劑吸收)，其粘度較低，易於處置。儘管OV值比沒有交混菸草和粘合劑(象步驟(1)和步驟(2)那樣)要高些，但粘合劑的更有效活性會使擠出物比未預水合粘合劑的更乾燥，更結實。
還可在混合物中選加起泡劑，比較好的是選擇於下列物質空氣、氮、二氧化碳、一氧化二氮、碳酸氨、氨基甲酸氨酯、二碳酸氨和/或二碳酸鈉或二碳酸鉀、疊氮化物、醯肼、戊烷、己烷、庚烷、囟化碳氟化合物、吡咯、丙酮、乙醇、過氧化物和偶氮二醯胺。上述部分起泡劑可能需要加酸或鹼幫助其分解，並需要使用起泡穩定劑和/或諸如甘草、絲蘭或絲蘭提取物、十二烷基硫酸鈉等類的表面活性劑。
擠壓機1可以是任何常用的擠壓機，它具有材料輸入孔、能充分混合菸草漿料中成分的混合箱或擠壓筒13，和輸出模口。典型的擠壓機包括，例如，萬節型號為(Wenger)Model(X-20單螺杆熟料機/擠壓機，滿利(Manley)套筒式擠壓機，或沃尼與費洛伊德俄C.L.西門公司和貝克博金斯公司生產的雙螺杆擠壓機(型號MPF-50D和MPF-50L)。
含選擇菸草的漿料的各成分按任意一種工藝混合，擠壓成粘著的材料，最好是起泡的產品。擠壓出來的材料，無論是起泡的還是未起泡的，都是溼潤的、柔韌的，一般OV值在17-28%範圍之內，OV值的高低依賴於所用的處理條件。具體的方法，其它的配方以及有關起泡的擠壓材料的進一步細節介紹於美國4510950號專利和歐洲專利申請說明書EP-A-0167370號。
所建議的起泡擠壓材料是在離開模口時，即起泡，這時，放出大量的蒸汽，使擠壓出的材料有輕微的冷卻作用，但整體溫度一般在所用液體的閃點左右，也可能剛剛低於閃點。這些熱而溼的材料強度極低或無強度，表面粘著。它們易於變形，不能包紙或製成煙製品。
根據本發明，這些擠出的材料立刻通過乾燥箱2以將其含溼量降低到或低於平衡含溼量的水平。微波乾燥較好，因為(1)它可以快速均勻乾燥材料;(2)它能使材料中的任何起泡劑或殘留的起泡劑揮發而發泡膨化產品，或加強發泡膨化或更充分發泡膨化產品;(3)它可以快速乾燥材料，而一旦起泡全部完成，它不能對起泡結構有不好的影響;(4)它能在短時間內，使用佔地面積不大(如3米)的設備乾燥高速擠壓出來的材料，如以每分鐘60-250米的速度擠壓出來的材料;(5)它比先有技術中用烘箱乾燥要節能，這是因為乾燥材料所需的熱量以必需的能量密度直接作用於材料，而不需去加熱烘箱或很大體積的空氣，從而浪費能量。
在一較好的實施例中，擠壓出的材料離開模口時直徑大約12mm(最後直徑為8mm)，使用兩個基本相同的微波能源和乾燥箱，比如使用科博公司製造的Model 56 F型微波機。這類型號的微波機都有大約6kw的功率，工作頻率為2450MHz。微波箱的體積也都相同，大約為127mm×82.55mm×146.05mm，兩箱軸向平行位置上有輸入和輸出孔。兩個相鄰的箱體的輸出壁和輸入壁相距990.6mm，另外同類型號或有同等的總功率的單微波機也可以用。對其它形狀的擠出材料，如片形，為了充分乾燥擠壓出的材料需更大的能量，這可根據經驗而定。
其它能夠活化起擠壓材料中所含的水，其它液體或起泡劑分子達到共振並使其揮發的已知頻率也可用。設置通風口25是為排放乾燥和起泡階段所揮發出來的水份，液體或其它起泡劑，從而便利乾燥。可以採用無端傳送帶17來撐託擠壓材料，通過乾燥箱該傳送帶用不幹擾微波能穿透的非導體材料製成，例如用聚酯，尼龍等製做。
冷卻箱13所具有空調器15、風扇16和傳送帶6。空調器15可以是任何能提供冷氣的常規空調器，比如美國密支安州傑克森市熱控器公司生產的康福特艾爾(Comfort Aire)3噸空調氣。風扇的設置應使擠壓材料隨無端傳送帶6向前輸送時將冷氣按所選擇的速度沿材料經過的路線垂直吹送。傳送帶6最好是帶孔的。冷風的吹送可以是較均勻的或是逐漸加強的以使沿冷卻箱3，一處比一處的風更強或更冷。在另一可選擇的實施方案中，冷風的流向可以是斜向的或平行的。風扇16和空調器15可以合二為一。
在另一可供選擇的實施方案中，冷卻箱3可以是風洞，例如羅德島布裡斯特爾的休斯蒂斯機器製造公司製造的艾爾米色風洞。這類設備可以通過若干個噴嘴噴出高速氣流吹擊擠壓材料的表面，從而乾燥擠壓材料。其他冷卻方式也可採用，例如低溫浴，接觸冷卻物件以及其它可從擠壓材料中去熱的技術。
在較好的實施方案中，乾燥和冷卻協調進行，以使最後的產物的OV值低於平衡OV值。擠壓出的材料可以用普通捲紙機包卷，由於材料較幹所以當擠壓出的材料平衡時，材料會吸收些水份而稍稍膨脹，從而繃緊包紙。在低溫度環境下這可防止包紙與煙製品脫開，並且這使得其外觀和觸感都象普通菸草填充切制的煙製品。
本發明尤其適合保持菸草的香料及其原有的特點，這在迄今以前的處理方法中都因擠壓和加熱，菸草香味被揮發而失去了。在乾燥之後迅速冷卻擠壓出的材料，以此將溫度降低到香料揮發溫度以下，從而保持了香料。這將香料的揮發減小到最低限度，而以前香料都損失了。而且，那些不會經受或經不起擠壓、起泡和乾燥的條件和溫度的香料或其它添加物可以在冷卻之後立刻加入，而不因揮發而大量損失。可用常規設備測量通過的擠壓出材料中含的添加料的有效量，從而確定這類添加物。
起泡的產物產生一層熱導障礙，這在某種程度上阻礙了擠壓材料內部的冷卻。迅速冷卻外層，會沿切面產生一個熱度梯度變化曲線。這樣，保持外層比內部溫度相對低，至少在擠壓材料較冷的外層中原有菸草和添加物的天然香料和加入的香料可以保存住。因此，擠壓的材料比較深的內部損失的香料不太重要，並可相應地得到補償。
制煙設備4可以是任何商業化使用的捲菸機，經過適當改裝，去掉進料鬥即可。例如，莫林公司製造的Mark 8或Mark 9制煙機，或與之同等的Hauni型制煙機。其他煙製品成型設備(圖中未示)可以包括諸如磨具切刀、切碎機等裝置，或用來乾燥、冷卻後的擠壓出材料，並將該材料成型為普通的煙製品，例如菸斗菸絲、無煙菸絲、香菸或雪茄菸絲。
在較好的實施方案中，擠壓出的材料被直接從冷卻箱3遞到MARK8制煙機煙槍中，該制煙機經改裝去掉後身餵料通道，換上漏鬥14用以接收單股或多股圓柱狀擠壓條料。圓柱形條料在進行常規包紙前後，送入捲菸槍中，在通過煙槍之後，用截刀切成均勻長度的成型為煙製品的，隨後由旋轉的輸出輪送出。並按常規制煙方法和用常規制煙設備進行後續處理。
牽引設備5可以是夾送輥送料式牽引器，或兩條逆向前進的無端傳送帶，該設備的設置和使用是用於當其在起動狀態時將擠壓出的材料端邊送入漏鬥14中。牽引設備5在起動工作時，將擠壓出的材料牽引通過冷卻箱3時，保持擠壓出的材料略微繃緊，一旦擠壓出的圓柱條被送入漏鬥14，而進入煙槍被煙槍咬住，牽引設備5一般即斷聯。逆向傳送帶即與材料分離，以免由於材料向前而作用於材料的力損傷擠壓出的材料。現市場上有的牽引器，可從新澤西州薩墨維爾市的福斯特與艾倫公司的沃薩機器製造部獲得，例如CM22型牽引器。
驅動設備、傳送帶17、傳送帶6、牽引器5、制煙設備4和擠壓機1都可用轉速表(圖中未示)或均衡定時裝置與微波箱2的乾燥能力同步起來。乾燥能力可以按理想的處理條件和擠壓材料所需的溼度特性來調節，調節手段主要是改變傳入微波箱中的微波能量。當採用大功力微波能幹燥材料，並以高速生產時，可能會需要附加冷卻設備，於是，擠壓出的材料以一定速率前進，該材料在微波加熱箱中保持相應的滯留時間，即可達到理想的OV含量。例如，乾燥的擠壓材料直徑大約8.0±0.1mm，並以每分大約182米前進，用總量為10kw的能量可將材料的OV值乾燥到20%至低於6%。10kw的能量分配於兩個微波箱，使用9kw可將材料乾燥到大約8%OV含量。
本發明的方法進而可配套工作使上述設備高速進行上述操作，在同一工廠的一處工作地點連續將菸草漿料成分混合、擠壓、乾燥、冷卻、製成煙製品。在所建議實施方案中，起泡的擠壓材料呈直徑大約8mm的圓柱形，以每分鐘0米至甚至超過大約200米的速度生產。這些速度完全在普通制煙設備的能力之內。
實施例為了進一步說明本發明，特提供下面這個具有代表性的實例。
將配方中的細碎的菸草顆粒、粘合材料和水加入帕克、博金斯雙螺杆MPF-50L型擠壓機的各個輸入鬥中，菸草顆粒以每分鐘大約0.82公斤的速度加入。粘合劑混合物含1%Klucel，4%羥丙基耳膠和5%澱粉，預混合製成混合料，將其以每分鐘0.09公斤的速度加入。菸草和粘合劑一起混合，加入到擠壓機混合筒的同一進料鬥中。水從下遊加入，加入速度以使擠壓機混合筒中的OV值保持在大約20-23%為限。擠壓材料在其離開模口時，測得的OV含量大約為17.2%。整體溫度大約130℃，表面溫度大約95℃。被擠壓材料通過雙微波箱速度為每分鐘大約124米。乾燥箱包括第一微波箱和第二微波箱，第一、第二箱的功率總體定為7kw。擠壓出的材料從乾燥箱出來時的OV含量為大約10.9%。擠壓材料的表面溫度為61.7℃，整體溫度為91.7℃。乾燥後的擠壓材料強度很小或沒有，而不能連續進行包紙處理或送入制煙機。
隨後擠壓出的材料通過大約4.6米長的一段冷卻區。用冷卻到15.5℃的冷氣以每分鐘104米的速度垂直吹指擠壓出的材料。將擠壓出的材料的表面溫度冷卻到大約46.7℃，整體溫度到85℃，OV含量降低到9.9%。此刻，擠壓出的材料具有足以用改進的Mark 8型制煙機進行切割、包紙的強度。乾燥、冷卻後的擠壓材料包紙製成煙條時的整體溫度是大約57℃。
在實驗過程中發現擠壓材料吸收的微波能總量要比是否兩個微波箱用同樣的功率或哪一個提供更多的功率重要。例如當第一箱採用3kw，第二箱採用4kw時和第一箱採用4kw，第二箱採用3kw時的結果基本一樣。將功率分成一箱為2kw，一箱為5kw，結果也類似。同時還發現，每多吸收1千瓦的微波能，OV含量將下降大約1.2%。相應降低功率會導致較高的OV含量。一般擠壓這種較好的含菸草材料的速度在270-455米/分之間。可以用分配於兩個微波箱之間的大約5kw到10kw的微波能來將這些材料乾燥到大約8%到14%這樣理想的含溼量。用冷卻到大約1℃至16℃溫度範圍的冷氣，以大約50-150米/分的速度吹過擠壓材料，即足以將乾燥擠壓出的材料冷卻到可以包紙並制煙的程度。
權利要求
1.處理連續擠壓含菸草物料的方法，該方法採用微波能幹燥擠出機模口的物料，其特徵在於採用微波乾燥方法將擠壓物料的烘箱水份值(OV值)降低到平衡OV值或其以下，隨後冷卻擠壓物料，使其表面溫度低於整體溫度，從而使擠壓物料具有足以用來製做煙製品的結構強度和外形的穩定性。
2.權利要求
1所述的方法，其中微波乾燥是使擠壓物料相繼通過兩個或更多個乾燥箱而進行的，乾燥箱各具有可控功率的微波能。
3.權利要求
2所述的方法，其中擠壓物料在微波能的作用下而產生的氣體產物在相鄰的乾燥箱之間排放。
4.權利要求
1、2或3所述的方法，其中用冷卻到室溫以下的空氣吹過擠壓物料從而進行冷卻。
5.權利要求
1-4中任何一項權利要求
所述的方法，其中冷卻物料的步驟包括將表面溫度降到大約-196℃-85℃之間，將整體溫度降到大約20℃～90℃之間。
6.以上任何一項權利要求
所述的方法，該方法還包括在冷卻之後，製成煙製品之前，用普通捲紙材料將擠壓出的物料包紙。
7.權利要求
6所述的方法，其中在包紙之前將擠壓物料乾燥到其含溼量低於平衡含溼量，從而使擠壓物料平衡時，膨脹，繃緊捲菸紙，形成包裹緊密的製品。
8.以上任一權利要求
所述的方法，該方法還包括在擠壓物料被冷卻到添料揮發溫度以下之後，添加添料，該添料可改善所得煙製品的特點。
9.權利要求
1-8中任何一項所述的方法，其特徵在於以下列方式製備擠壓物料將5-98重量%的、粒度可大至5目、OV值3-20%的菸草顆粒，0-60重量%的、粒度可大至350μm的填料，0-50重量%的起泡劑(起泡劑包括除水以外的任何溶劑或載體)，2-40重量%的粘合劑，(以上物質均與乾重基計)，一起混合，加入水製成含水15-50重量%的溼混料。
10.權利要求
9所述的方法，其中在溼混料中所含的水份或其他起泡劑在物料被擠壓時能轉變為蒸汽或其他氣體產物從而奇泡膨化擠壓物料的溫度和壓力條件下，將溼混料通過模口擠壓出來。
11.權利要求
9或10所述的方法，其中溼混料是這樣製備的幹混菸草顆粒、填料、起泡劑和粘合劑，將幹混料與水混合形成溼混料。
12.權利要求
9或10所述的方法，其中溼混料是這樣製備的(1)幹混菸草顆粒、填料和起泡劑，(2)預水合粘合劑，(3)將步驟(1)製備的幹混料與步驟(2)製備的預水合粘合劑混合，形成溼混料。
13.權利要求
12所述的方法，其中將相對來說少部分粘合劑以未水合狀態加入步驟(1)製備的幹混料中幹混，以降低步驟(2)製備的預水合粘合劑的粘度，並減小預水合粘合劑粘著處理設備的易粘性。
14.處理連續擠壓出的、OV值大於平衡OV值的含菸草物料的設備，該設備包括在擠壓物料擠出擠壓機時的乾燥設備，乾燥設備包括微波能源、與微波能源相連接的並具有輸入、輸出孔洞以使擠壓物料通過的乾燥箱，將微波能傳導入乾燥箱的設備，該乾燥設備能夠在擠壓物料從輸出孔洞出來時將其OV含量降到其平衡含溼量左右或低於平衡含溼量;冷卻擠壓物料的設備，該冷卻設備能夠將擠壓物料的表面溼度降到整體溼度之下，以使物料具有足以加工成煙製品的結構強度和外形穩定性;使擠壓機擠出來的物料通過乾燥和冷卻設備的撐託和傳送設備。
15.權利要求
14所述的設備，其中微波能源和與之相連接的乾燥箱還包括第1能源和與之相連接的乾燥箱，和第2能源和與之相連接的乾燥箱，兩箱前後排列，以使擠壓物料通過第1乾燥和第2乾燥箱。
16.權利要求
14或15所述的設備，其中冷卻設備包括冷卻箱;冷氣源;將冷氣吹入冷卻箱和吹過進行中的擠壓物料所用的風扇。
17.權利要求
14或15所述的設備，其中冷卻設備包括冷卻箱;與熱擠壓物料接觸能蒸發的致冷材料源;向進行中擠壓物料施一定量的致冷材料的設備，其施用速度要使致冷材料與擠壓物料接觸時蒸發，以此來冷卻擠壓物料。
18.權利要求
14或15所述的設備，其中冷卻設備還包括能從擠壓物料中吸熱的冷卻接觸部件;使冷卻接觸部件與擠壓物料相接觸的設備，以此冷卻擠壓物料。
19.權利要求
14或15所述的設備，其中冷卻設備還包括真空箱;使擠壓物料通過真空箱的設備;在擠壓物料表面施用部分真空的設備，使真空箱中的物料的全部殘存水份或其他溶劑蒸發掉，以此均勻冷卻擠壓物料。
20.權利要求
14或15所述的冷卻設備還包括冷凍浴槽，使擠壓物料通過該冷凍浴槽從而冷卻的設備。
21.權利要求
14或15所述的設備，其中冷卻設備還包括使擠壓物料通過的冷卻箱;空氣源;設置在冷卻箱周圍，能使噴出的空氣衝擊到擠壓物料表面的多個空氣噴嘴;使空氣通過上述空氣噴嘴，衝擊到擠壓物料上使其均勻乾燥的設備。
專利摘要
從擠壓筒13的第7供料箱填進菸草，從第8供料箱填進粘合劑，從第11供料箱填進水，通過擠壓機筒13擠出起泡的含菸草物料的延續不斷的料條20。為了使料條20能直接送入制煙機4，先將其通過微波乾燥器2，用真空罩25去除揮發物質，從而將其乾燥。然後料條20沿傳送帶6通過，用風扇16吹送的冷氣冷卻。其表面溫度被降低到整體溫度之下，從而產生外殼變硬強度提高的效果。
文檔編號A24B3/00GK86103673SQ86103673
公開日1987年12月16日 申請日期1986年6月3日
發明者羅納德·A·塔莫爾, 古斯·D·克裡西斯, 理察·A·思辛格, 約瑟·G·尼波穆塞諾, 喬治·H·布尼特, 沃倫·D·溫特森, 瓦爾特·A·尼科爾斯 申請人:菲利普莫裡斯公司(維吉尼亞公司)導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan