Сгораемый источник тепла с улучшенным связующим материалом
Изобретение относится к сгораемому источнику тепла для курительного изделия, причем данный сгораемый источник тепла содержит уголь и связующий материал, содержащий по меньшей мере один органический полимерный связующий материал, по меньшей мере одну сгораемую карбоксилатную соль и по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал, причем по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал содержит слоистый силикатный материал. Технический результат заключается в исключении растрескивания или разрушения источника тепла. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Изобретение предлагает сгораемый источник тепла для курительного изделия, причем данный источник тепла содержит уголь и улучшенный связующий материал, включающий комбинацию органических и неорганических связующих материалов. Кроме того, настоящее изобретение предлагает нагреваемое курительное изделие, содержащее такой сгораемый источник тепла и образующий аэрозоль субстрат.
В технике предлагается ряд курительных изделий, в которых табак нагревается, а не сгорает. Одна из целей, которые преследуют такие «нагреваемые» курительные изделия, заключается в том, чтобы сократить известные вредные компоненты дыма такого типа, которые образуются в процессе сгорания и пиролитического разложения табака в традиционных сигаретах.
В нагреваемом курительном изделии одного известного типа аэрозоль образуется в процессе переноса тепла от сгораемого источника тепла в образующий аэрозоль субстрат, расположенный после сгораемого источника тепла. В процессе курения летучие соединения высвобождаются из образующего аэрозоль субстрата за счет переноса тепла от сгораемого источника тепла и увлекаются воздухом, втягиваемым через курительное изделие. Когда высвобождающиеся соединения охлаждаются, они конденсируются, образуя аэрозоль, который вдыхает курильщик.
Например, WO-A2-2009/022232 описывает курительное изделие, содержащее сгораемый источник тепла, образующий аэрозоль субстрат, расположенный после сгораемого источника тепла, и теплопроводный элемент, расположенный вокруг, вступающий в непосредственный контакт с задней частью сгораемого источника тепла и прилегающий к передней части образующего аэрозоль субстрата. Теплопроводный элемент в курительном изделии согласно WO-A-2009/022232 способствует передаче тепла, производимого в процессе горения источника тепла, в образующий аэрозоль субстрат.
Некоторые источники тепла на основе угля содержат органический связующий материал, такой как производное целлюлозы, чтобы способствовать сохранению целостности источника тепла в процессе изготовления, обработки и хранения. Однако органические связующие материалы, как правило, сгорают при температурах, достигаемых внутри источника тепла в процессе горения. В результате было обнаружено, что органические связующие материалы разрушаются в процессе курения нагреваемого курительного изделия, приводя к потере целостности источника тепла.
Разложение органического связующего материала может приводить к деформации источника тепла в процессе и после горения, что может, в свою очередь, вызывать растрескивание, или разрушение источника тепла, или осыпание пепла из сгоревшего источника тепла. Кроме того, в процессе горения органического связующего материала, как правило, высвобождаются газы, которые создают давление внутри источника тепла, дополнительно повышая вероятность его растрескивания или разрушения.
Является желательным создание сгораемого источника тепла для нагреваемого курительного изделия, который имеет улучшенную целостность в процессе и после курения. Было бы особенно желательным предложение такого сгораемого источника тепла, который также имеет улучшенные свойства горения.
По изобретению, предлагается сгораемый источник тепла для курительного изделия, причем данный сгораемый источник тепла содержит уголь и связующий материал, содержащий по меньшей мере один органический полимерный связующий материал, по меньшей мере одну сгораемую карбоксилатную соль и по меньшей мере один несгораемый, неорганический связующий материал, причем указанный по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал содержит слоистый силикатный материал.
По изобретению, предлагается также курительное изделие, содержащее сгораемый источник тепла по изобретению, который определен выше, и образующий аэрозоль субстрат, расположенный после сгораемого источника тепла.
Кроме того, настоящее изобретение предлагает применение связующего материала, улучшающего целостность углесодержащего сгораемого источника тепла для курительного изделия, причем связующий материал содержит по меньшей мере один органический полимерный связующий материал, по меньшей мере одну сгораемую карбоксилатную соль и по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал, причем указанный по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал содержит слоистый силикатный материал.
Кроме того, настоящее изобретение предлагает способ изготовления сгораемого источника тепла, имеющего улучшенную целостность, включающий стадии: объединения одного или более углесодержащих материалов со связующим материалом, причем связующий материал включает по меньшей мере один органический полимерный связующий материал, по меньшей мере одну сгораемую карбоксилатную соль и по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал, в котором по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал содержит слоистый силикатный материал; предварительного формования смеси одного или более углесодержащих материалов и связующего материала в продолговатый стержень; и сушки продолговатого стержня.
Сгораемый источник тепла по изобретению может представлять собой экструдированный источник тепла, изготовленный в процессе экструзии, как ниже описано более подробно. В качестве предпочтительной альтернативы, сгораемый источник тепла по изобретению может представлять собой прессованный источник тепла, изготовленный в процессе прессования, что также описано ниже более подробно. Было обнаружено, что прессованные источники тепла проявляют большее улучшение целостности в результате применения связующего материала, включающего комбинацию трех компонентов, которые определены выше.
Термин «связующий материал» означает здесь компонент сгораемого источника тепла, который связывает друг с другом уголь и любые другие добавки внутри источника тепла, таким образом, что может быть изготовлен твердый источник тепла, который сохраняет свою структуру.
Термин «сгораемая карбоксилатная соль» означает здесь соль карбоновой кислоты, которая считается модифицирующей горение угля. Предпочтительно сгораемая карбоксилатная соль при комнатной температуре содержит однозарядный, двухзарядный или трехзарядный катион и карбоксилатный анион, причем карбоксилатный анион сгорает, когда зажигается сгораемый источник тепла. Предпочтительнее, сгораемая карбоксилатная соль представляет собой сгораемая карбоксилатная соль щелочного металла, содержащая при комнатной температуре однозарядный катион щелочного металла и карбоксилатный анион, причем карбоксилатный анион сгорает, когда зажигается сгораемый источник тепла. Конкретные примеры сгораемых карбоксилатных солей, которые могут содержаться в связующем материале сгораемого источника тепла по изобретению, представляют собой, без ограничения этим, ацетаты щелочных металлов, цитраты щелочных металлов и сукцинаты щелочных металлов.
В вариантах выполнения, связующий материал может содержать одну сгораемую карбоксилатную соль. Согласно другим вариантам выполнения, связующий материал может содержать комбинацию двух или более различных сгораемых карбоксилатных солей. Две или более различных сгораемых карбоксилатных солей могут содержать различные карбоксилатные анионы. В качестве альтернативы или в качестве дополнения, две или более различных сгораемых карбоксилатных солей могут содержать различные катионы. В качестве примера, связующий материал может содержать смесь цитрата щелочного металла и сукцината щелочноземельного металла.
Термин «несгораемый» означает здесь неорганический связующий материал, который не сгорает или не разлагается в процессе поджигания и горения сгораемого источника тепла по изобретению. Таким образом, несгораемый неорганический связующий материал является устойчивым при температурах, которые воздействуют на связующий материал в процессе горения сгораемого источника тепла, и будет оставаться практически неповрежденным в процессе и после горения.
Термины «расположенный перед», «передний», «расположенный после» и «задний» используются в настоящем документе для описания положений компонентов или частей компонентов курительных изделий по изобретению относительно направления воздушного потока, втягиваемого через курительные изделия в процессе курения.
В сгораемом источнике тепла по изобретению уголь объединяется со связующим материалом, который составляет новую специфическую комбинацию органических и неорганических связующих материалов. В частности, органический полимерный связующий материал, такой как материалы, используемые в сгораемых источниках тепла уровня техники, объединяется по меньшей мере с одной сгораемой карбоксилатной солью и по меньшей мере одним несгораемым неорганическим связующим материалом, причем по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал содержит слоистый силикатный материал. В следующем описании органический полимерный связующий материал, сгораемая карбоксилатная соль и несгораемый неорганический связующий материал в совокупности называются термином «компоненты связующего материала».
Было обнаружено, что применение связующего материала, который составляют в специфическом сочетании органический полимерный связующий материал, сгораемая карбоксилатная соль и несгораемый неорганический связующий материал, содержащий слоистый силикатный материал, преимущественно улучшает целостность сгораемого источника тепла в процессе и после горения по сравнению с источником тепла, содержащим только органический связующий материал. Сгораемый источник тепла по изобретению проявляет уменьшение деформации, обусловленной горением, таким образом, что уменьшается возникновение трещин, разрушение или фрагментация источника тепла. Кроме того, сгораемый источник тепла по изобретению образует более связный пепел после горения, таким образом, что частицы или фрагменты пепла с меньшей вероятностью отрываются от источника тепла. Кроме того, было обнаружено улучшение внешнего вида пепла, который приобретает более однородную консистенцию и более темный и однородный цвет.
Термин «целостность» означает здесь способность сгораемого источника тепла по изобретению оставаться целым или неповрежденным. В результате любой значительной потери целостности сгораемого источника тепла может происходить растрескивание или разрушение источника тепла. О неудовлетворительной целостности сгораемого источника тепла может также свидетельствовать образование искр или пламени в процессе зажигания источника тепла.
Как далее описано более подробно, количественную меру целостности сгораемого источника тепла можно предложить, используя экспериментальное исследование, в котором измеряется вероятность того, что часть сгораемого источника тепла в составе нагреваемого курительного изделия осыпается в регулируемых условиях горения, что известно как «осыпание». В частности, данное исследование обеспечивает непосредственное сравнение целостности сгораемых источников тепла, содержащих различные связующие материалы. Было обнаружено, что вероятность осыпания для сгораемого источника тепла по изобретению уменьшается по сравнению с вероятностью осыпания при таких же условиях для сгораемого источника тепла уровня техники, содержащего только органический связующий материал.
Считается, что чем ниже вероятность осыпания для сгораемого источника тепла, тем лучше сохраняется целостность сгораемого источника тепла. Вероятность осыпания для сгораемого источника тепла по изобретению составляет предпочтительно менее чем 20% и предпочтительнее менее чем 10%, причем наиболее предпочтительно она приближается к 0% в экспериментальных условиях, описанных ниже.
Обеспечиваемое улучшение целостности сгораемого источника тепла в результате использования специфической комбинации компонентов связующего материала, которые определены выше, является больше, чем можно было бы прогнозировать на основании поведения индивидуальных компонентов связующего материала. Кроме того, было показано, что использование комбинации трех компонентов связующего материала обеспечивает неожиданное повышение механической прочности сгораемого источника тепла, что демонстрирует увеличение прочности на сжатие сгораемого источника тепла. Таким образом, связующий материал производит неожиданное полезное воздействие на физические свойства сгораемого источника тепла по изобретению.
Кроме того, было также обнаружено, что соотношение трех компонентов связующего материала сгораемого источника тепла по изобретению можно предпочтительно регулировать, чтобы модифицировать и улучшать свойства горения источника тепла. Например, соотношение компонентов связующего материала можно регулировать, чтобы увеличивать температуру горения или продолжительность горения источника тепла по сравнению с источником тепла, содержащим только органический связующий материал.
Кроме того, было показано, что использование связующего материала, содержащего комбинацию трех различных компонентов связующего материала, в сгораемом источнике тепла по изобретению предпочтительно увеличивает скорость распространения горения угля в объеме источника тепла от переднего конца до заднего конца источника тепла после поджигания его переднего конца. Распространение горения угля в объеме сгораемого источника тепла четко показывает изменение цвета на поверхности сгораемого источника тепла вследствие перемещения вниз по потоку фронта дефлаграции (быстрого горения без взрыва) от переднего конца до заднего конца сгораемого источника тепла. Ускоренное распространение горения угля в объеме сгораемого источника тепла после поджигания предпочтительно сокращает время до первой затяжки. Как ниже описано более подробно, все три из различных компонентов связующего материала имеют различные структуры и функции внутри сгораемого источника тепла. Кроме того, все компоненты связующего материала проявляют различное поведение в процессе горения сгораемого источника тепла. Сочетание различных свойств и характеристик поведения компонентов связующего материала обеспечивает улучшенные связующие эффекты и, в частности, неожиданное улучшение целостности сгораемого источника тепла.
Органический полимерный связующий материал в связующем материале сгораемого источника тепла по изобретению, как правило, составляют имеющие длинные и гибкие цепи органические полимеры. Органический полимерный связующий материал, как правило, представляет собой хорошее топливо, которое улучшает качество горения сгораемого источника тепла. Как определено выше, органический полимерный связующий материал также способствует связыванию угля в процессе изготовления сгораемого источника тепла и до горения. Однако органический полимерный связующий материал выгорает после поджигания источника тепла и, таким образом, не производит какой-либо значительный связующий эффект в процессе или после горения.
Органический полимерный связующий материал может содержать любые подходящие органические полимерные связующие материалы, которые не производят вредные побочные продукты при нагревании или горении. Органический полимерный связующий материал может содержать органический полимер одного типа или комбинацию органических полимеров двух или более различных типов. Предпочтительно органический полимерный связующий материал содержит один или более целлюлозный полимерных материалов. Подходящие целлюлозные полимерные материалы представляют собой, без ограничения этим, целлюлозу, модифицированную целлюлозу, метилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу, гидроксипропилметилцеллюлозу и их комбинации. Согласно особенно предпочтительным вариантам выполнения изобретения органический полимерный связующий материал содержит карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ). Подходящий источник КМЦ для использования по изобретению поставляет компания Phrikolat GmbH (Германия). В качестве альтернативы или в качестве дополнения одного или более целлюлозных полимерных материалов, органический полимерный связующий материал может содержать один или более нецеллюлозных полимерных материалов, в том числе, но не ограничиваясь этим, камеди, такие как, например, гуаровая камедь; пшеничная мука; крахмалы; сахара; растительные масла и их комбинации.
Связующий материал содержит предпочтительно от около 25 вес .% до около 80 вес. % органического полимерного связующего материала и предпочтительнее от около 30 вес. % до около 75 вес. % органического полимерного связующего материала.
В отличие от органического полимерного связующего материала, сгораемая карбоксилатная соль в связующем материале сгораемого источника тепла по изобретению, как правило, содержит ионы, которые обычно имеют меньший размер по сравнению с другими более крупными молекулами в источнике тепла. Сгораемая карбоксилатная соль поддерживает горение источника тепла. Кроме того, было обнаружено, что, в отличие от органического связующего материала, сгораемая карбоксилатная соль сохраняет связную структуру, которая окружает другие молекулы в объеме сгораемого источника тепла в процессе и после горения, что способствует связыванию друг с другом материалов источника тепла. Таким образом, сгораемая карбоксилатная соль улучшает целостность сгораемого источника тепла в процессе и после горения и уменьшает вероятность деформации и разрушения источника тепла. Сохранение связующего эффекта сгораемой карбоксилатной соли после горения дополнительно улучшает связность и внешний вид материала пепла.
Содержание сгораемой карбоксилатной соли в сгораемом источнике тепла по изобретению дополнительно обеспечивает улучшение свойств горения сгораемого источника тепла. В частности, сгораемая карбоксилатная соль может увеличивать продолжительность горения сгораемого источника тепла по изобретению по сравнению со сгораемыми источниками тепла, в которых содержится только органический связующий материал. Кроме того, улучшение горения источника тепла за счет сгораемой карбоксилатной соли может придавать сгораемому источнику тепла повышенную плотность для использования в нагреваемом курительном изделии. Это позволяет изготавливать сгораемый источник тепла, содержащий большее количество угольного топлива для данного размера источника тепла, что может дополнительно увеличивать продолжительность горения сгораемого источника тепла.
Предпочтительная сгораемая карбоксилатная соль представляет собой соль калия или натрия и карбоновой кислоты, такую как цитрат, ацетат или сукцинат. Согласно предпочтительным вариантам выполнения, сгораемая карбоксилатная соль представляет собой цитратную соль щелочного металла. Согласно особенно предпочтительным вариантам выполнения изобретения, сгораемая карбоксилатная соль представляет собой цитрат калия и наиболее предпочтительно однозамещенный цитрат калия.
Как природа катиона, так и природа аниона, выбранных для сгораемой карбоксилатной соли, могут влиять на свойства горения сгораемого источника тепла, в частности, такие как продолжительность горения, температура горения и начальная температура в процессе поджигания сгораемого источника тепла. Таким образом, природу сгораемой карбоксилатной соли и количество сгораемой карбоксилатной соли, содержащейся в связующем материале, можно регулировать в зависимости от желательных свойств горения сгораемого источника тепла.
Связующий материал содержит предпочтительно от около 5 вес. % до около 50 вес. % сгораемой карбоксилатной соли и предпочтительнее от около 8 вес. % до около 40 вес. % сгораемой карбоксилатной соли.
Несгораемый неорганический связующий материал содержит слоистый силикатный материал.
Неорганический связующий материал предпочтительно представляет собой материал, имеющий относительно крупные плоские и негибкие молекулы. Неорганический связующий материал является несгораемым при температурах, достигаемых внутри сгораемого источника тепла в процессе горения, таким образом, что неорганический связующий материал продолжает присутствовать после поджигания и горения источника тепла. Таким образом, неорганический связующий материал сохраняет свои связующие свойства и продолжает связывать друг с другом материалы источника тепла после того, как выгорает органический связующий материал. При определенном содержании добавляемый неорганический связующий материал может дополнительно повышать температуру горения сгораемого источника тепла, и, таким образом, можно регулировать свойства горения. В частности, содержание несгораемого неорганического связующего материала можно регулировать таким образом, чтобы увеличивалась температура источника тепла в процессе поджигания.
Неорганический связующий материал может содержать любые подходящие неорганические связующие материалы, которые являются инертными, а также не сгорают и не разлагаются в процессе горения источника тепла. Несгораемый неорганический связующий материал может представлять собой неорганический связующий материал одного типа или комбинацию неорганических связующих материалов двух или более различных типов. Подходящие слоистые силикатные материалы для включения в несгораемый неорганический связующий материал представляют собой, без ограничения этим глины, слюды, серпентиниты и их комбинации. Согласно особенно предпочтительным вариантам выполнения, несгораемый неорганический связующий материал содержит одну или более глин. Другие подходящие неорганические связующие материалы для включения в несгораемый неорганический связующий материал представляют собой, без ограничения этим, алюмосиликатные производные, силикаты щелочных металлов, производные известняка, соединения и производные щелочноземельных металлов, соединения и производные алюминия, а также их комбинации.
Термин «глина» означает здесь содержащие алюминий филлосиликатные материалы, в которых присутствуют двумерные слои силикатных и алюминатных ионов, которые образуют четкую слоистую структуру в объеме глины. Подходящие глины для использования в связующем материале сгораемого источника тепла по изобретению представляют собой, без ограничения этим, бентонит, монтмориллонит и каолинит. Подходящие глины поставляют компании Worlee-Chimie GmbH (Германия) и Nanocor.
Особенно предпочтительно, когда одна или более глин, используемых в связующем материале сгораемого источника тепла по изобретению, представляют собой расслоенные глины. Термин «расслоенные глины» означает здесь глины, которые были подвергнуты процессу расслоения или отслоения, в котором увеличивается расстояние между слоями, содержащими силикатные и алюминатные ионы, в некоторых случаях вплоть до 20 раз или более.
В отличие от длинных гибких молекул органического связующего материала и мелких ионов сгораемой карбоксилатной соли, в слоистых силикатных материалах, таких как глины, присутствуют крупные плоские структуры. Было обнаружено, что комбинация молекул связующего материала с этими различными структурами оказывается эффективной для создания улучшенных связующих свойств не только в процессе изготовления и хранения сгораемого источника тепла по изобретению, но также и в процессе и после горения.
Связующий материал содержит предпочтительно от около 10 вес. % до около 35 вес. % несгораемого неорганического связующего материала и предпочтительнее от около 15 вес. % до около 35 вес. % несгораемого неорганического связующего материала.
Согласно особенно предпочтительным вариантам выполнения изобретения, сгораемый источник тепла содержит связующий материал, который составляют в сочетании карбоксиметилцеллюлоза как органический связующий материал, цитрат калия как сгораемая карбоксилатная соль и глина как несгораемый неорганический связующий материал. Согласно определенным предпочтительным вариантам выполнения, связующий материал содержит около 73 вес. % карбоксиметилцеллюлозы в качестве органического связующего материала, около 17 вес. % цитрата калия в качестве сгораемой карбоксилатной соли и около 10 вес. % глины в качестве несгораемого неорганического связующего материала.
Было обнаружено, что эта комбинация компонентов связующего материала проявляет особенно эффективные связующий свойства, и получаемые в результате сгораемые источники тепла сохраняют целостность, проявляя на незначительном или нулевом уровне видимую деформацию или растрескивание в процессе или после горения. Кроме того, было показано, что пепел, который остается после горение сгораемого источника тепла, содержащего такую комбинацию компонентов связующего материала, проявляет улучшенную связность и внешность по сравнению со сгораемыми источниками тепла уровня техники, в которых содержится только органический связующий материал.
Сгораемые источники тепла по изобретению предпочтительно содержат от около 2 вес. % до около 10 вес. % связующего материала, предпочтительнее от около 4 вес. % до около 10 вес. % связующего материала и наиболее предпочтительно от около 5 вес. % до около 9 вес. % связующего материала, включающего три различных компонента связующего материала. Согласно определенным предпочтительным вариантам выполнения изобретения, сгораемые источники тепла содержат около 8 вес. % связующего материала.
Связующий материал предпочтительно вводится в сгораемый источник тепла по изобретению в процессе изготовления источника тепла. Комбинацию трех компонентов связующего материала можно вводить в источник тепла в течение одной стадии, или, три компонента связующего материала можно добавлять в течение двух или трех отдельных стадий в процессе изготовления.
Один или более компонентов связующего материала можно добавлять в другие компоненты сгораемого источника тепла в форме твердого практически сухого порошка. В качестве альтернативы, один или более компонентов связующего материала можно добавлять в другие компоненты сгораемого источника тепла в форме раствора связующего материала, содержащего один или более компонентов связующего материала, растворенных или суспендированных в подходящем растворителе, таком как вода. Предпочтительно по меньшей мере сгораемая карбоксилатная соль добавляется в другие компоненты сгораемого источника тепла в форме раствора. Например, если сгораемая карбоксилатная соль содержит цитрат калия, можно использовать водный раствор, содержащий от 5 до 10 вес. % цитрата калия.
В случае, когда один или более компонентов связующего материала вводят в форме раствора связующего материала, значение pH этого раствора связующего материала доводят в основной области, и оно составляет предпочтительно по меньшей мере 8, предпочтительнее по меньшей мере 10 и наиболее предпочтительно около 12. Естественное значение pH этого раствора, как правило, находится в кислой области, и в таких случаях уровень pH можно легко повышать посредством добавления подходящей щелочи.
Компоненты связующего материала и, в частности, органический полимерный связующий материал, как правило, проявляют чувствительность к изменениям pH. Это может быть особенно актуальным в случае заряженного органического полимерного связующего материала, для которого увеличение pH раствора связующего материала может влиять на заряд, который несут молекулы связующего материала, и, таким образом, на молекулярную конфигурацию и связующие свойства. Было обнаружено, что использование раствора связующего материала, имеющего значение pH в основной области, составляющее 8 или более, улучшает свойства горения сгораемого источника тепла по изобретению по сравнению с аналогичным сгораемым источником тепла, изготовленным с использованием кислого раствора связующего материала. В частности, было обнаружено, что сгораемый источник тепла имеет увеличенную продолжительность горения, таким образом, что сгораемый источник тепла может продолжать горение в течение более длительного времени.
Кроме того, было обнаружено, что использование основного раствора связующего материала для изготовления сгораемого источника тепла повышенной плотности и для улучшения целостности сгораемого источника тепла после горения по сравнению аналогичным сгораемым источником тепла, изготовленным с использованием кислого раствора связующего материала.
Сгораемые источники тепла по изобретению представляют собой углесодержащий источник тепла, в котором уголь содержится в качестве топлива. Сгораемые источники тепла по изобретению имеют содержание угля, составляющее предпочтительно по меньшей мере около 35%, предпочтительнее по меньшей мере около 40% и наиболее предпочтительно по меньшей мере около 45% от сухого веса сгораемого источника тепла.
Согласно некоторым вариантам выполнения изобретения, сгораемый источник тепла представляет собой источник тепла на основе угля. При использовании в настоящем документе термин «источник тепла на основе угля» используется, чтобы описывать источник тепла, в котором содержится в основном уголь. Сгораемые источники тепла на основе угля для использования в курительных изделиях по изобретению могут иметь содержание угля, составляющее по меньшей мере около 50%, предпочтительно по меньшей мере около 60%, предпочтительнее по меньшей мере около 70% и наиболее предпочтительно по меньшей мере около 80% от сухого веса сгораемого источника тепла на основе угля.
Сгораемые источники тепла по изобретению, можно изготавливать, используя один или более подходящих углесодержащих материалов. Подходящие углесодержащие материалы являются хорошо известными в технике и представляют собой, без ограничения этим, угольный порошок.
Сгораемые источники тепла по изобретению предпочтительно содержат дополнительно по меньшей мере один зажигательный агент.
При использовании в настоящем документе термин «зажигательный агент» означает материал, который высвобождает энергию и/или кислород в процессе поджигания сгораемого источника тепла, причем скорость высвобождения энергии и/или кислорода данным материалом не ограничивается диффузией кислорода из окружающей среды. Другими словами, скорость высвобождения энергии и/или кислорода материалом в процессе поджигания сгораемого источника тепла, в основном, является независимой от скорости, с которой кислород из окружающей среды может попадать в данный материал. При использовании в настоящем документе термин «зажигательный агент» также означает элементарный металл, который высвобождает энергию в процессе поджигания сгораемого источника тепла, причем температура поджигания элементарного металла составляет менее чем около 500°C, и теплота сгорания элементарного металла составляет по меньшей мере около 5 кДж/г.
При использовании в настоящем документе термин «зажигательный агент» не распространяется на сгораемые карбоксилатные соли, которые определены выше.
В технике известны подходящие зажигательные агенты для использования в сгораемом источнике тепла по изобретению.
Сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать один или более зажигательных агентов, которые состоят из одного элемента или соединения, высвобождающего энергию при поджигании сгораемого источника тепла. Высвобождение энергии одним или более поджигательными агентами при поджигании сгораемого источника тепла непосредственно вызывает резкое повышение температуры в течение начальной стадии горения сгораемого источника тепла.
Например, в вариантах выполнения изобретения, сгораемые источники тепла могут содержать один или более высвобождающих энергию материалов, которые состоят из одного элемента или соединения, реагирующего экзотермически с кислородом при поджигании сгораемых источников тепла. Примеры подходящих высвобождающих энергию материалов представляют собой, без ограничения этим, алюминий, железо, магний и цирконий.
В качестве альтернативы или в качестве дополнения, сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать один или более поджигательных агентов, состоящих из двух или более элементов или соединений, которые реагируют друг с другом и высвобождают энергию при поджигании сгораемого источника тепла.
Например, в вариантах выполнения сгораемые источники тепла по изобретению, могут содержать один или более термитов или термитных композитов, содержащих восстановитель, такой как, например, металл, и окислитель, такой как, например, оксид металла, которые реагируют друг с другом и высвобождают энергию при поджигании сгораемых источников тепла. Примеры подходящих металлов представляют собой, без ограничения этим, магний, и примеры подходящих оксидов металлов представляют собой, без ограничения этим, оксид железа (Fe2O3) и оксид алюминия (Al2O3).
Согласно другим вариантам выполнения изобретения, сгораемые источники тепла могут содержать одно или более зажигательных агентов, представляющих собой другие материалы, которые вступают в экзотермические реакции при поджигании сгораемого источника тепла. Примеры подходящих металлов представляют собой, без ограничения этим, интерметаллические и биметаллические материалы, карбиды металлов и гидриды металлов.
Согласно предпочтительным вариантам выполнения изобретения, сгораемые источники тепла содержат по меньшей мере один зажигательный агент, который высвобождает кислород в процессе поджигания сгораемого источника тепла.
Согласно таким вариантам выполнения, высвобождение кислорода по меньшей мере одним поджигательным агентом при поджигании сгораемого источника тепла косвенно приводит к резкому повышению температуры в течение начальной стадии горения сгораемого источника тепла за счет увеличения скорости горения сгораемого источника тепла.
Например, сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать один или более окислителей, которые разлагаются, высвобождая кислород при поджигании сгораемого источника тепла. Сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать органические окислители, неорганические окислители или их комбинацию. Примеры подходящих окислителей представляют собой, без ограничения этим, нитраты, такие как, например, нитрат калия, нитрат кальция, нитрат стронция, нитрат натрия, нитрат бария, нитрат лития, нитрат алюминия и нитрат 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; йодаты; перйодаты; йодиты; сульфаты; сульфиты; другие сульфоксиды; фосфаты; фосфинаты; фосфиты; фосфаниты.
В качестве альтернативы или в качестве дополнения, сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать один или более аккумулирующих или поглощающих кислород материалов, которые высвобождают кислород при поджигании сгораемого источника тепла. Сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать аккумулирующие или поглощающие кислород материалы, которые сохраняют и высвобождают кислород посредством инкапсулирования, физической сорбции, химической сорбции, структурного изменения или их комбинации. Примеры подходящих аккумулирующих или поглощающих кислород материалов представляют собой, без ограничения этим: металлические поверхности, такие как, например, поверхности металлического серебра или металлического золота; смешанные оксиды металлов; молекулярные сита; цеолиты; металлоорганические трехмерные структуры; ковалентные органические трехмерные структуры; шпинели; перовскиты.
Сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать один или более зажигательных агентов, которые состоят из одного элемента или соединения, высвобождающего кислород при поджигании сгораемого источника тепла. В качестве альтернативы или в качестве дополнения, сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать один или более зажигательных агентов, содержащих два или более элементов или соединений, которые реагируют друг с другом, высвобождая кислород при поджигании сгораемого источника тепла.
Сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать один или более зажигательных агентов, которые одновременно высвобождают энергию и кислород при поджигании сгораемого источника тепла. Например, сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать один или более окислителей, которые разлагаются экзотермически, высвобождая кислород при поджигании сгораемого источника тепла.
В качестве альтернативы или в качестве дополнения, сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать один или более первых зажигательных агентов, которые высвобождают энергию при поджигании сгораемого источника тепла, и один или более вторых зажигательных агентов, которые отличаются от одного или более первых зажигательных агентов и которые высвобождают кислород при поджигании сгораемого источника тепла.
В вариантах выполнения, сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать 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 таким вариантам выполнения, когда на сгораемый источник тепла действует желтое пламя традиционной зажигалки или другое средство поджигания по меньшей мере одна нитратная соль металла разлагается, высвобождая кислород и энергию. Это вызывает начальное резкое повышение температуры сгораемого источника тепла, а также способствует поджиганию сгораемого источника тепла. После разложения по меньшей мере одной нитратной соли металла сгораемый источник тепла продолжает горение при менее высокой температуре.
Включение по меньшей мере одной нитратной соли металла предпочтительно приводит к тому, что поджигание сгораемого источника тепла начинается в его объеме, а не только в точке на его поверхности. В вариантах выполнения по меньшей мере одна нитратная соль металла распределяется практически равномерно по всему объему сгораемого источника тепла.
Предпочтительно по меньшей мере одна нитратная соль металла присутствует в сгораемом источнике тепла в количестве, составляющем от около 20% до около 50% от сухого веса сгораемого источника тепла.
Предпочтительно по меньшей мере одна нитратная соль металла выбирается из группы, которую составляют нитрат калия, нитрат натрия, нитрат кальция, нитрат стронция, нитрат бария, нитрат лития, нитрат алюминия и нитрат железа.
В вариантах выполнения, сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать по меньшей мере две различные нитратные соли металлов.
Согласно одному варианту выполнения изобретения, сгораемые источники тепла содержат нитрат калия, нитрат кальция и нитрат стронция. Предпочтительно нитрат калия присутствует в количестве, составляющем от около 5% до около 15% от сухого веса сгораемого источника тепла, нитрат кальция присутствует в количестве, составляющем от около 2% до около 10% от сухого веса сгораемого источника тепла, и нитрат стронция присутствует в количестве, составляющем от около 15 вес. % до около 25% от сухого веса сгораемого источника тепла.
Согласно другим вариантам выполнения, сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать по меньшей мере один пероксид или надпероксид, который активно высвобождает кислород при температуре, составляющей менее чем около 600°C, и предпочтительнее при температуре, составляющей менее чем около 400°C.
По меньшей мере, один пероксид или надпероксид активно высвобождает кислород при температуре, составляющей предпочтительно от около 150°C до около 600°C, предпочтительнее от около 200°C до около 400°C и наиболее предпочтительно при температуре, составляющей около 350°C.
В процессе использования, когда на сгораемый источник тепла действует желтое пламя традиционной зажигалки или другое средство поджигания по меньшей мере один пероксид или надпероксид разлагается, высвобождая кислород. Это вызывает начальное резкое повышение температуры сгораемого источника тепла, а также способствует поджиганию сгораемого источника тепла. После разложения по меньшей мере одного пероксида или надпероксида сгораемый источник тепла продолжает горение при менее высокой температуре.
По меньшей мере, один пероксид или надпероксид присутствует в сгораемых источниках тепла в количестве, составляющем предпочтительно от около 20% до около 50% от сухого веса сгораемого источника тепла, и предпочтительнее в количестве, составляющем от около 30% до около 50% от сухого веса сгораемого источника тепла.
Подходящие пероксиды и надпероксиды для включения в сгораемые источники тепла по изобретению, представляют собой, без ограничения этим, пероксид кальция, пероксид стронция, пероксид магния, пероксид бария, пероксид лития, пероксид цинка, надпероксид калия и надпероксид натрия.
Предпочтительно по меньшей мере один пероксид выбирается из группы, которую составляют пероксид кальция, пероксид стронция, пероксид магния, пероксид бария и их комбинации.
В качестве альтернативы или в качестве дополнения по меньшей мере одного поджигательного агента, сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать одну или более других добавок для улучшения свойств сгораемых источников тепла. Подходящие добавки представляют собой, без ограничения этим, добавки, которые способствуют консолидации сгораемого источника тепла (например, спекающие добавки), и добавки, которые ускоряют разложение одного или более газов, образующихся при горении сгораемого источника тепла (например, катализаторы, такие как CuO, Fe2O3 и Al2O3).
Сгораемые источники тепла по изобретению предпочтительно изготавливают, смешивая один или более углесодержащих материалов со связующим материалом и другими добавками, если они присутствуют, и осуществляя предварительное формование смеси в желательную форму. Смесь, содержащую один или более углесодержащих материалов, связующий материал и другие необязательные добавки, можно подвергать предварительному формованию в желательную форму, используя любые подходящие известные способы формования керамических материалов, такие как, например, шликерное литье, экструзия, инжекционное формование, уплотнение или прессование в форме. Согласно определенным предпочтительным вариантам выполнения, смесь подвергается предварительному формованию в желательную форму посредством экструзии или прессования.
Предпочтительно смесь, содержащая один или более углесодержащих материалов, связующий материал и другие добавки, подвергается предварительному формованию в продолговатый стержень. Однако следует понимать, что смесь, содержащая один или более углесодержащих материалов, связующий материал и другие добавки, можно подвергать предварительному формованию в другие желательные формы.
После формования, в частности после экструзии, продолговатый стержень или другую желательную форму предпочтительно сушат для уменьшения влагосодержания, а затем подвергают пиролизу в неокислительной атмосфере при температуре, достаточной для обугливания связующего материала и практического высвобождения любых летучих веществ из продолговатого стержня или другой формы. Продолговатый стержень или другая желательная форма подвергается пиролизу предпочтительно в атмосфере азота при температуре, составляющей от около 700°C до около 900°C.
Сгораемый источник тепла имеет пористость, составляющую предпочтительно от около 20% до около 80% и предпочтительнее от около 20% и 60%. Сгораемый источник тепла имеет пористость, составляющую еще предпочтительнее от около 50% до около 70% и предпочтительнее от около 50% до около 60%, которая измеряется, например, методами ртутной порометрии или гелиевой пикнометрии. Требуемая пористость может быть легко достигнута в процессе изготовления сгораемого источника тепла с использованием традиционных методов и технологий.
Предпочтительно сгораемые источники тепла по изобретению, имеют кажущуюся плотность, составляющую от около 0,6 г/см3 до около 1,0 г/см3.
Сгораемые источники тепла по изобретению имеют массу, составляющую предпочтительно от около 300 мг до около 500 мг и предпочтительнее от около 400 мг до около 450 мг.
Сгораемые источники тепла по изобретению имеют длину, составляющую предпочтительно от около 5 мм до около 20 мм, предпочтительнее от около 7 мм до около 15 мм и наиболее предпочтительно от около 11 мм до около 13 мм. При использовании в настоящем документе термин «длина» означает максимальный продольный размер продолговатых сгораемых источников тепла по изобретению, т. е. расстояние между его передним и задним концом.
Сгораемые источники тепла по изобретению имеют диаметр, составляющий предпочтительно от около 5 мм до около 10 мм и предпочтительнее от около 7 мм до около 8 мм. При использовании в настоящем документе термин «диаметр» означает максимальный поперечный размер продолговатых сгораемых источников тепла по изобретению.
Предпочтительно сгораемые источники тепла по изобретению имеют практически одинаковый диаметр. Однако, в качестве альтернативы, сгораемые источники тепла по изобретению могут быть суженными таким образом, что диаметр задней части сгораемого источника тепла составляет более чем диаметр его передней части. Особенно предпочтительными являются сгораемые источники тепла, которые имеют практически цилиндрическую форму. Сгораемый источник тепла может представлять собой, например, цилиндр или сужающийся цилиндр, имеющий практически круглое поперечное сечение, или цилиндр или сужающийся цилиндр, имеющий практически эллиптическое поперечное сечение.
Сгораемые источники тепла по изобретению могут представлять собой «слепые» сгораемые источники тепла. При использовании в настоящем документе термин «слепой сгораемый источник тепла» используется, чтобы обозначать сгораемый источник тепла, в котором не содержатся какие-либо продольные воздушные протоки. При использовании в настоящем документе термин «продольный воздушный проток» используется, чтобы обозначать отверстие, пронизывающее насквозь внутреннюю часть сгораемого источника тепла и проходящее на протяжении всей длины сгораемого источника тепла.
В качестве альтернативы, сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать по меньшей мере один продольный воздушный проток. Например, сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать один, два или три продольных воздушных протока. Согласно таким вариантам выполнения изобретения, сгораемые источники тепла предпочтительно содержат единственный продольный воздушный проток, предпочтительнее один практически центральный продольный воздушный проток. Диаметр единственного продольного воздушного протока составляет предпочтительно от около 1,5 мм до около 3 мм.
Внутренняя поверхность по меньшей мере одного продольного воздушного протока сгораемых источников тепла по изобретению может иметь частичное или полное покрытие. Предпочтительно покрытие нанесено на внутреннюю поверхность всех продольных воздушных протоков.
Сгораемые источники тепла по изобретению могут необязательно содержать один или более, предпочтительно до шести включительно продольных канавок, которые проходят вдоль части или всей периферии сгораемых источников тепла. Если это желательно, сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать одну или более продольных канавок и по меньшей мере один продольный воздушный проток. В качестве альтернативы, сгораемые источники тепла по изобретению могут представлять собой слепые сгораемые источники тепла, содержащие одну или более продольных канавок.
Предпочтительно по меньшей мере часть сгораемых источников тепла по изобретению окружает несгораемая обертка. Термин «несгораемый» означает здесь обертку, которая остается практически неповрежденной в процессе горения сгораемого источника тепла. Несгораемая обертка предпочтительно окружает и находится в непосредственном контакте по меньшей мере с частью сгораемого источника тепла. Несгораемая обертка окружает предпочтительно по меньшей мере заднюю часть сгораемого источника тепла. Несгораемая обертка предпочтительно не окружает по меньшей мере переднюю часть сгораемого источника тепла.
Сгораемые источники тепла по изобретению может окружать несгораемая обертка, которая является теплопроводной.
При использовании в курительных изделиях по изобретению тепло, которое производится в процессе горения окруженных теплопроводной несгораемой оберткой сгораемых источников тепла по изобретению, может переноситься посредством теплопроводности в образующий аэрозоль субстрат курительных изделий через теплопроводную несгораемую обертку.
В качестве альтернативы или в качестве дополнения, сгораемые источники тепла по изобретению может окружать кислородонепроницаемая несгораемая обертка, которая ограничивает или предотвращает поступление кислорода по меньшей мере в часть сгораемых источников тепла, которую окружает эта кислородонепроницаемая несгораемая обертка. Например, сгораемые источники тепла по изобретению может окружать практически кислородонепроницаемая несгораемая обертка. Согласно таким вариантам выполнения по меньшей мере в часть сгораемых источников тепла, которую окружает кислородонепроницаемая несгораемая обертка, практически не поступает кислород, и, таким образом, она не сгорает.
Предпочтительно сгораемые источники тепла по изобретению, окружает несгораемая обертка, которая является одновременно теплопроводной и кислородонепроницаемой.
Подходящие несгораемые обертки для использования по изобретению представляют собой, без ограничения этим: металлические фольговые обертки, такие как, например, алюминиевые фольговые обертки, стальные фольговые обертки, железные фольговые обертки и медные фольговые обертки; фольговые обертки из металлических сплавов; графитовые фольговые обертки; стекловолоконные обертки; керамические волоконные обертки; специальные бумажные обертки.
В курительных изделиях по изобретению предпочтительно по меньшей мере заднюю часть сгораемого источника тепла и по меньшей мере переднюю часть образующего аэрозоль субстрата окружает несгораемая обертка, как описано выше. Предпочтительно несгораемая обертка не окружает переднюю часть сгораемого источника тепла. Предпочтительно несгораемая обертка не окружает заднюю часть образующего аэрозоль субстрата.
Длина задней части сгораемого источника тепла, которую окружает несгораемая обертка, составляет предпочтительно 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 несгораемая обертка, составляет предпочтительно от около 4 мм до около 15 мм и предпочтительнее от около 4 мм до около 8 мм.
Образующий аэрозоль субстрат имеет длину, составляющую 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 несгораемая обертка, 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 несгораемая обертка, составляет предпочтительно от около 3 мм до около 10 мм. Другими словами, образующий аэрозоль субстрат предпочтительно выступает на расстояние, составляющее от около 3 мм до около 10 мм, вниз по потоку относительно несгораемой обертки. Предпочтительнее образующий аэрозоль субстрат выступает по меньшей мере около на 4 мм вниз по потоку относительно несгораемой обертки.
Курительные изделия по изобретению могут содержать сгораемый источник тепла по изобретению и образующий аэрозоль субстрат, расположенный непосредственно после сгораемого источника тепла. Согласно таким вариантам выполнения, образующий аэрозоль субстрат может примыкать торцом к сгораемому источнику тепла.
В качестве альтернативы, курительные изделия по изобретению, могут содержать сгораемый источник тепла по изобретению и образующий аэрозоль субстрат, расположенный после сгораемого источника тепла, причем образующий аэрозоль субстрат находится на некотором расстоянии от сгораемого источника тепла.
Предпочтительно курительные изделия по изобретению содержат образующие аэрозоль субстраты, содержащие по меньшей мере одно образующее аэрозоль вещество и материал, способный высвобождать летучие соединения в ответ на нагревание.
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. Образующее аэрозоль вещество предпочтительно является устойчивым к термическому разложению при рабочей температуре 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 изделиях по изобретению представляют собой многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол, и наиболее предпочтительно глицерин.
Материал, способный высвобождать летучие соединения в ответ на нагревание, представляет собой предпочтительно смесь материалов на растительной основе и предпочтительнее гомогенизированную смесь материалов на растительной основе. Например, образующий аэрозоль субстрат может содержать один или более материалов, произведенных из растений, таких как, но не ограничиваясь этим: табак; чай, например, зеленый чай; перечная мята; лавр; эвкалипт; базилик; шалфей; вербена; эстрагон. Материал на растительной основе может содержать добавки, в том числе, но не ограничиваясь этим, увлажняющие вещества, ароматизирующие вещества, связующие вещества и их смеси. Материал на растительной основе представляет собой предпочтительно, в основном, табачный материал и наиболее предпочтительно гомогенизированный табачный материал.
Курительные изделия по изобретению могут содержать направляющий воздушный поток элемент, расположенный после образующего аэрозоль субстрата. Направляющий воздушный поток элемент определяет путь воздушного потока через курительное изделие. По меньшей мере, один воздушный впуск предпочтительно установлен между задним концом образующего аэрозоль субстрата и задним концом направляющего воздушный поток элемента. Направляющий воздушный поток элемент направляет воздух по меньшей мере из одного впуска в мундштучный конец курительного изделия.
Направляющий воздушный поток элемент может представлять собой сквозной практически воздухонепроницаемый полый элемент. Согласно таким вариантам выполнения, воздух, втягиваемый по меньшей мере через один воздушный впуск, сначала втягивается вверх по потоку вдоль внешней части сквозного практически воздухонепроницаемого полого элемента и затем вниз по потоку через внутреннюю часть относительно сквозного практически воздухонепроницаемого полого элемента.
Курительные изделия по изобретению предпочтительно содержат дополнительно расширительную камеру, расположенную после образующего аэрозоль субстрата и, в случае его присутствия, после направляющего воздушный поток элемента. Включение расширительной камеры предпочтительно обеспечивает дополнительное охлаждение производимого аэрозоля посредством передачи тепла от сгораемого источника тепла в образующий аэрозоль субстрат. Расширительная камера также предпочтительно позволяет регулировать общую длину курительных изделий по изобретению, определяя ее желательное значение, например, близкое к длине традиционных сигарет, посредством соответствующего выбора длины расширительной камеры. Предпочтительно расширительная камера представляет собой продолговатую полую трубку.
Кроме того, курительные изделия по изобретению могут дополнительно содержать, мундштук расположенный после образующего аэрозоль субстрата и, в случае их присутствия, после направляющего воздушный поток элемента и расширительной камеры. Мундштук может содержать, например, фильтр, изготовленный из ацетата целлюлозы, бумаги или другого подходящего известного фильтровального материала. Мундштук имеет предпочтительно низкую эффективность фильтрации и предпочтительнее очень низкую эффективность фильтрации. В качестве альтернативы или в качестве дополнения, мундштук может содержать один или более сегментов, в которых содержатся абсорбенты, адсорбенты, ароматизаторы и другие модификаторы аэрозоля и добавки, которые используются в фильтрах для традиционных сигарет, или их комбинации.
Если это желательно, может быть предусмотрена вентиляция в месте, расположенном после сгораемого источника тепла курительных изделий по изобретению. Например, если присутствует вентиляция, она может находиться в месте вдоль всего мундштука курительных изделий по изобретению.
Курительные изделия по изобретению можно изготавливать, используя известные способы и устройства.
Далее настоящее изобретение будет дополнительно описано со ссылкой на используемые исключительно в качестве примеров сопровождающие чертежи, в числе которых:
Фиг. 1 схематически представляет продольное сечение курительного изделия по изобретению; и
Фиг. 2 графически представляет температурный профиль сгораемого источника тепла по изобретению, изготовленный в соответствии с приведенным ниже примером 1, и температурный профиль сравнительного источника тепла уровня техники.
Курительное изделие 2, представленное на Фиг. 1, имеет общую длину 70 мм и диаметр 7,9 мм, и его составляют сгораемый источник тепла 4 по изобретению, образующий аэрозоль субстрат 6, продолговатая расширительная камера 8 и мундштук 10. Как представлено на Фиг. 1, сгораемый источник тепла 4, образующий аэрозоль субстрат 6, продолговатый расширительная камера 8 и мундштук 10 находятся в торцевом коаксиальном соединении, и они окружены внешней оберткой из сигаретной бумаги 12, имеющей низкую воздухопроницаемость.
Сгораемый источник тепла 4 имеет длину 11 мм и диаметр 7,8, и его плотность составляет около 0,84 г/см3. Сгораемый источник тепла 4 содержит центральный воздушный проток 16, который имеет круглое поперечное сечение и проходит в продольном направлении через сгораемый источник тепла 4. Практически воздухонепроницаемое термостойкое покрытие (не представленное на чертеже), у которого толщина составляет 80 мкм, нанесено на внутреннюю поверхность центрального воздушного протока 16, у которого диаметр составляет 2 мм.
Образующий аэрозоль субстрат 6, у которого длина составляет 10 мм, диаметр составляет 7,8 мм и плотность составляет около 0,8 г/см3, располагается непосредственно после сгораемого источника тепла 4. Образующий аэрозоль субстрат 6 представляет собой цилиндрический стержень гомогенизированного табачного материала 18, содержащий глицерин как образующее аэрозоль вещество и окруженный оберткой 20 фильтровального стержня 20. Гомогенизированный табачный материал 18 образуют ориентированные в продольном направлении волокна экструдированного табачного материала.
Несгораемая обертка 22 представляет собой трубку из алюминиевой фольги, имеющую толщину 20 мкм, длину 9 мм и диаметр 7,8 мм, которая окружает и находится в контакте с задней частью 4b сгораемого источника тепла 4, имеющей длину 4 мм и примыкающую торцом к передней части 6a образующего аэрозоль субстрата 6 длиной 5 мм. Как представлено на Фиг. 1, несгораемая обертка 22 не окружает переднюю часть сгораемого источника тепла 4 длиной 7 мм и заднюю часть образующего аэрозоль субстрата 6 длиной 5 мм.
Продолговатая расширительная камера 8, которая имеет длину 42 мм и диаметр 7,8 мм, располагается после образующего аэрозоль субстрата 6 и представляет собой цилиндрическую сквозную картонную трубку 24. Мундштук 10 курительного изделия 2, который имеет длину 7 мм и диаметр 7,8 мм, располагается после расширительной камеры 8 и содержит цилиндрический стержень, представляющий собой жгут из ацетата целлюлозы 26, имеющий очень низкую эффективность фильтрации, и окруженный оберткой 28 фильтровального стержня. Мундштук 10 может окружать ободковая бумага (не представленная на чертеже).
В процессе использования курильщик зажигает сгораемый источник тепла 4 и затем втягивает воздух через центральный воздушный проток 16 вниз по потоку по направлению к мундштуку 10. Передняя часть 6a образующего аэрозоль субстрата 6 нагревается, главным образом, за счет передачи тепла через примыкающую торцом негорящую заднюю часть 4b сгораемого источника тепла 4 и несгораемую обертку 22. Втягиваемый воздух нагревается по мере того, как он проходит через центральный воздушный проток 16, а затем нагревает образующий аэрозоль субстрат 6 посредством конвекции. При нагревании образующего аэрозоль субстрата 6 высвобождаются летучие и полулетучие соединения, включающие образующее аэрозоль вещество из табачного материала 18, которые увлекает нагреваемый втягиваемый воздух по мере того, как он проходит через образующий аэрозоль субстрат. Нагретый воздух и увлеченные им соединения проходят вниз по потоку через расширительную камеру 8, охлаждаются и конденсируются, образуя аэрозоль, который проходит через мундштук в рот курильщика около при температуре окружающей среды.
Для изготовления курительного изделия 2 прямоугольный кусок несгораемой обертки 22 приклеивается к сигаретной бумаге 12. Сгораемый источник тепла 4, стержень образующего аэрозоль субстрата 6 и расширительная камера 8 надлежащим образом ориентируются и располагаются на сигаретной бумаге 12 с прикрепленной несгораемой оберткой 22. Сигаретная бумага 12 с прикрепленной несгораемой оберткой 22 окружает и заднюю частью 4b сгораемого источника тепла 4, образующий аэрозоль субстрат 6 и расширительную камеру 8 и приклеивается. Мундштук 10 прикрепляется к открытому концу расширительной камеры с использованием известной технологии изготовления фильтра.
Сгораемые источники тепла по изобретению можно изготавливать в соответствии с приведенными ниже примерами 1 или 2. Пример 1 описывает процесс прессования для изготовления сгораемого источника тепла, и пример 2 описывает процесс экструзии
ПРИМЕР 1. ПРЕССОВАНИЕ
Сгораемые источники тепла по изобретению изготавливали, смешивая компоненты, представленные ниже в таблице 1, и получая зернистую смесь.
В цилиндрическую пресс-форму с помощью воронки помещали 800 мг смеси, смесь прессовали внутри формы, используя ручной пресс, и получали цилиндрический источник тепла, имеющий длину 13 мм. Прессованный источник тепла извлекали из формы, а затем сушили около при 100°C в течение около одного часа и выдерживали около при 22°C и относительной влажности 30% в течение около 12 часов. Плотность источника тепла составляла от около 0,80 г/см3 до около 0,85 г/см3.
Температуру сгораемого источника тепла 4, изготовленного согласно примеру 1, в процессе поджигания и горения сгораемого источника тепла 4 измеряли, используя термопару, вставленную в середину сгораемого источника тепла. Результаты представлены на Фиг. 2. Чтобы получить профиль, представленный на Фиг. 2, передний конец сгораемого источника тепла зажигали, используя желтое пламя традиционной зажигалки.
Для целей сравнения температуру содержащего только органический связующий материал источника тепла уровня техники измеряли в аналогичных условиях эксперимента. Источник тепла уровня техники изготавливали в соответствии с примером 1, но вместо трех компонентов связующего материала использовали 15 г карбоксиметилцеллюлозы. Плотность источника тепла уровня техники составляла около 0,84 г/см3. Эти результаты также представлены на Фиг. 2.
Как можно видеть на Фиг. 2, сгораемый источник тепла 4 по изобретению, содержащий связующий материал, который представлял собой комбинацию органических и неорганических связующих материалов, обеспечивал более высокую температуру горения и большую продолжительность горения, чем источник тепла уровня техники, содержащий только органический связующий материал. Эти результаты демонстрируют улучшение свойств горения, обеспечиваемое посредством использования улучшенного связующего материала, представляющего собой специфическую комбинацию трех компонентов связующего материала, как описано выше. В частности, эти результаты демонстрируют, что использование улучшенного связующего материала, представляющего собой специфическую комбинацию трех компонентов связующего материала, неожиданно приводило к сгораемому источнику тепла 4 по изобретению, который обеспечивает большую продолжительность горения, чем источник тепла уровня техники, даже несмотря на то, что сгораемый источник тепла 4 по изобретению содержит меньше сгораемого органического материала, чем источник тепла уровня техники.
В процессе поджигания образцов сгораемых источников тепла 4, изготовленных согласно примеру 1, ни в одном источнике тепла не наблюдались видимые искры или пламя. С другой стороны, в процессе зажигания соответствующих образцов содержащих только органический связующий материал источников тепла уровня техники, искры или пламя наблюдались в процессе зажигания по меньшей мере двух третей образцов источников тепла. Это представляет собой количественный показатель улучшенной целостности сгораемых источников тепла по изобретению, содержащих три компонента связующего материала, по сравнению с источниками тепла уровня техники, содержащими только органический связующий материал.
Чтобы более количественно продемонстрировать улучшенную целостность сгораемого источника тепла, изготовленного согласно примеру 1, «осыпание» исследовали для 20 образцов нагреваемых курительных изделий, содержащих один из сгораемых источников тепла, изготовленных согласно примеру 1. Соответствующее исследование осыпания осуществляли для 20 образцов нагреваемых курительных изделий, имеющих такую же конструкцию, но включающих содержащий только органический связующий материал источник тепла уровня техники.
В каждом случае сгораемые источники тепла сначала выдерживали в течение 12 часов при 22°C и относительной влажности 50%. Каждый источник тепла затем вставляли в нагреваемое курительное изделие, причем для целей сравнения использовали одинаковую конструкцию нагреваемого курительного изделия для всех образцов. В случае каждого исследуемого курительного изделия это курительное изделие устанавливали на стержне-держателе на металлический блок. Установленное курительное изделие присоединяли к вакуумной системе, которая имитировала затяжки путем втягивания воздуха через курительное изделие, причем данная вакуумная система включала вакуумный насос, способный в процессе втягивания создавать остаточное давление 177,8 мм рт. ст. (23,7 кПа) при скорости потока 2 л/мин.
Сгораемый источник тепла зажигали, используя желтое пламя зажигалки. Каждое зажженное курительное изделие затем подвергали четырем циклам падения, причем каждый цикл состоял из двадцати падений, а металлический блок, на который было установлено курительное изделие, падал с высоты 3,81 см. Циклы падения осуществляли немедленно после зажигания, через 3 минуты после зажигания, через 6 минут после зажигания и через 9 минут после зажигания. После каждого цикла курительное изделие подвергалось двухсекундной затяжке.
Для каждого цикла падения наблюдали число осыпаний, причем «осыпание» рассматривалось как отделение от курительного изделия по меньшей мере одной шестой части длины сгораемого источника тепла. Для 20 образцов сигарет в каждом цикле вычисляли процентную долю осыпания, разделяя число осыпаний в течение данного цикла на полное число курительных изделий, которое составляло 20, а затем умножая результат деления на 100.
В процессе проведенного исследования 20 образцов, содержащих сгораемые источники тепла курительных изделий, изготовленных согласно примеру 1 настоящего изобретения, наблюдали нулевую (0%) долю осыпания для всех циклов падения. В процессе всего экспериментального исследования никакое осыпание не наблюдалось.
В процессе проведенного сравнительного исследования 20 образцов курительных изделий, включающих содержащие только органический связующий материал источники тепла уровня техники, степень осыпания, составляющая по меньшей мере 20%, наблюдалась после первого цикла падения, проводимого немедленно после зажигания, причем процентная доля осыпания, составляющая по меньшей мере 40%, наблюдалась после второго цикла падения, проводимого через 3 минуты после зажигания. Никакое последующее осыпание, как правило, не наблюдалось в течение циклов падения, проводимых через 6 и 9 минут после зажигания. Эти результаты демонстрируют, что целостность источников тепла уровня техники в процессе горения составляет менее чем целостность сгораемых источников тепла по изобретению. Согласно наблюдениям, источники тепла уровня техники становятся более склонными к растрескиванию и разрушению в процессе горения, чем сгораемый источник тепла по изобретению, содержащий улучшенный связующий материал.
ПРИМЕР 2. ЭКСТРУЗИЯ
Согласно приведенному ниже описанию, изготавливали сгораемые источники тепла по изобретению, имеющие свойства, аналогичные свойствам, которые проявляли сгораемые источники тепла, изготовленные в соответствии с примером 1.
Такие же компоненты, которые представлены в таблице 1, сначала перемешивали, используя высокосдвиговое смесительное устройство, чтобы изготовить зернистую смесь. После этого, используя плунжерный экструдер, эту зернистую смесь экструдировали при скорости 60 см3/мин через головку, имеющую центральное отверстие с круглым поперечным сечением диаметра 8,7 мм, и изготавливали цилиндрические стержни, у которых длина составляла от около 20 см до около 22 см, и диаметр составлял от около 9,1 мм до около 9,2 мм.
Цилиндрические стержни сушили около при 22°C и относительной влажности 45% в течение около 24 часов. После сушки цилиндрические стержни разрезали, получая индивидуальные сгораемые источники тепла, у которых длина составляла около 13 мм, и диаметр составлял около 7,8 мм. Индивидуальные сгораемые источники тепла затем сушили около при 100°C в течение около одного часа и выдерживали при 22°C и относительной влажности 30% в течение около 12 часов. Масса высушенных индивидуальных источников тепла составляла около 800 мг.
1. Сгораемый источник тепла для курительного изделия, причем данный сгораемый источник тепла содержит уголь и связующий материал, содержащий по меньшей мере один органический полимерный связующий материал, по меньшей мере одну сгораемую карбоксилатную соль и по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал, причем по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал содержит слоистый силикатный материал.
2. Сгораемый источник тепла по п. 1, в котором указанная по меньшей мере одна сгораемая карбоксилатная соль включает одно или более из следующих веществ: цитратная соль по меньшей мере одного щелочного металла; ацетатная соль по меньшей мере одного щелочного металла; и по меньшей мере сукцинатная соль по меньшей мере одного щелочного металла.
3. Сгораемый источник тепла по п. 1, в котором указанная по меньшей мере одна сгораемая карбоксилатная соль включает цитратную соль по меньшей мере одного щелочного металла.
4. Сгораемый источник тепла по любому из пп. 1-3, в котором указанный по меньшей мере один органический полимерный связующий материал содержит целлюлозный материал.
5. Сгораемый источник тепла по любому из пп. 1-3, в котором указанный по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал содержит одну или более глин.
6. Сгораемый источник тепла по любому из пп. 1-3, в котором связующий материал содержит от 25 до 80 вес.% органического полимерного связующего материала.
7. Сгораемый источник тепла по любому из пп. 1-3, в котором связующий материал содержит от 5 до 50 вес.% сгораемой карбоксилатной соли.
8. Сгораемый источник тепла по любому из пп. 1-3, в котором связующий материал содержит от 10 до 35 вес.% несгораемого неорганического связующего материала.
9. Сгораемый источник тепла по любому из пп. 1-3, содержащий от 2 до 10 вес.% связующего материала.
10. Сгораемый источник тепла по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащий по меньшей мере один зажигательный агент.
11. Сгораемый источник тепла по п. 10, в котором по меньшей мере один зажигательный агент содержит по меньшей мере один пероксид или надпероксид.
12. Сгораемый источник тепла по любому из пп. 1-3, в котором сгораемый источник тепла представляет собой прессованный источник тепла, изготовленный в процессе прессования.
13. Курительное изделие, содержащее сгораемый источник тепла по любому из пп. 1-12 и образующий аэрозоль субстрат, расположенный после сгораемого источника тепла.
14. Курительное изделие по п. 13, в котором по меньшей мере заднюю часть сгораемого источника тепла и по меньшей мере переднюю часть образующего аэрозоль субстрата окружает несгораемая обертка.
15. Применение связующего материала, улучшающего целостность углесодержащего сгораемого источника тепла для курительного изделия, причем данный связующий материал содержит по меньшей мере один органический полимерный связующий материал, по меньшей мере одну сгораемую карбоксилатную соль и по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал, причем указанный по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал содержит слоистый силикатный материал.
16. Способ изготовления сгораемого источника тепла, имеющего улучшенную целостность, включающий стадии:
объединения одного или более углесодержащих материалов со связующим материалом, причем связующий материал включает по меньшей мере один органический полимерный связующий материал, по меньшей мере одну сгораемую карбоксилатную соль и по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал, причем указанный по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал содержит слоистый силикатный материал;
предварительного формования смеси одного или более углесодержащих материалов и связующих в продолговатый стержень; и
сушки продолговатого стержня.
