Способ изготовления табачных продуктов
Способ изготовления трехмерного табачного объекта включает в себя этапы, на которых: обеспечивают табачную пыль, содержащую табачные частицы, имеющие средний размер частиц от примерно 100 до примерно 400 микрометров; приготавливают водную суспензию, содержащую указанную табачную пыль; подают суспензию на печатающую головку аддитивной производственной системы и выдают суспензию посредством печатающей головки с образованием последовательных слоев табачного объекта. 13 з.п. ф-лы, 1 ил.
Настоящее изобретение относится к способу изготовления трехмерного табачного объекта для включения в курительное изделие. В частности, табачные объекты, получаемые этим способом, могут находить применение в качестве компонента табачного резаного наполнителя, а также в качестве альтернативы обычному восстановленному табаку.
Во время нормальных операций обработки табака, таких как очистка от черешков, выдержка, смешивание, резка, сушка, охлаждение и просеивание табачного материала, образуются табачная пыль и табачные частицы. Известны способы восстановления табачной пыли и табачных частиц, которые в противном случае отправлялись бы в отходы, так что обеспечивается возможность восстановления их полезного табачного содержимого. Например, известна переработка табачной пыли и табачных частиц в процессе литья листов для производства восстановленных табачных листов. Восстановленные табачные листы, полученные с помощью одного такого процесса, могут подвергаться резке для получения табачного наполнительного материала, пригодного для сигарет и других курительных изделий.
Эти способы обычно требуют специального оборудования, зачастую находящегося в других местах и работающего независимо от мощностей по производству сигарет. Кроме того, эти процессы обычно потребляют значительное количество энергии. Например, эти процессы требуют крупногабаритных сушилок для испарения воды, содержащейся в суспензии, из которой отливают восстановленный табачный лист.
По этим причинам известные способы не всегда могут быть оптимизированы с точки зрения общих производственных затрат, эффективности процесса или логистики. Кроме того, эти способы обычно ограничены с точки зрения размеров и формы восстановленных табачных частиц, которые могут быть получены. В целом, было бы желательно улучшить наполняющую способность продукта, восстановленного из табачной пыли.
Следовательно, было бы желательно создать такой способ изготовления табачного объекта для включения в курительное изделие, чтобы с помощью этого способа обеспечивалась бы возможность простого включения табачной пыли и частиц, восстановленных во время нормальной обработки табака, в процесс изготовления сигарет. Кроме того, было бы желательно создать такой способ изготовления табачного объекта для включения в курительное изделие, который имел бы улучшенную гибкость с точки зрения формы и размеров объекта, получаемого этим способом. В то же самое время, было бы желательно создать такой способ изготовления табачного объекта из восстановленной табачной пыли и частиц для включения в курительное изделие, который обеспечивал бы возможность его осуществления с улучшенной энергетической эффективностью. Наконец, было бы желательно создать такой табачный резаный наполнитель, который имел бы улучшенную наполняющую способность.
Согласно настоящему изобретению, предложен способ изготовления трехмерного табачного объекта, включающий в себя этапы, на которых: обеспечивают табачную пыль, содержащую табачные частицы со средним размером частиц от примерно 100 микрометров до примерно 400 микрометров; приготавливают водную суспензию, содержащую указанную табачную пыль; подают суспензию на печатающую головку аддитивной производственной системы и выдают суспензию посредством печатающей головки с образованием последовательных слоев табачного объекта.
В настоящем описании термин «аддитивная производственная система» используется для указания на любую из множества частей оборудования, которая может использоваться для последовательного нанесения материала с послойным образованием трехмерного объекта под управлением от компьютера. Данное выражение обычно используется, в частности, для указания на трехмерную печать, в дальнейшем именуемую 3D-печатью, которая представляет собой процесс, посредством которого наносят последовательность слоев материала в значительной степени аналогично тому, как струйный принтер наносит краску, и в результате многократных прохождений печатной головки будет образован объект. Однако следует иметь в виду, что доступен широкий выбор модифицированных аддитивных производственных процессов, в том числе процессов, основанных на экструзии и спекании, и выражение «аддитивная производственная система» должно также пониматься как включающее в себя такие альтернативные технологии.
В отличие от известных способов восстановления образующейся табачной пыли и частиц, восстанавливаемых в процессе нормальной обработки табака, в способе согласно настоящему изобретению тонкодисперсные табачные частицы со средним размером частиц от примерно 100 микрометров до примерно 400 микрометров смешивают с водной средой с образованием табачной суспензии. Эту суспензию подают на печатающую головку 3D-принтера и выдают через сопло с образованием последовательных слоев объекта.
Таким образом, табачную пыль и частицы, восстановленные в процессе нормальной обработки табака, подвергают простой и дешевой обработке, которая может быть с удобством осуществлена на тех же самых мощностях по производству сигарет экономически эффективным образом. Это предпочтительно с логистической точки зрения.
Кроме того, благодаря выбору геометрических параметров табачного объекта, образуемого данным способом, и благодаря выдачи суспензии, содержащей частицы табачной пыли, имеющие определенные размеры, через сопло, имеющее заданный размер, обеспечивается возможность варьирования свойств печатаемого объекта в зависимости от различных потенциальных сфер применения. В частности, в случае применения в качестве компонента табачного резаного наполнителя, обеспечивается возможность значительного повышения наполняющей способности по сравнению с обычными продуктами, образуемыми из восстановленной табачной пыли.
Следует иметь в виду, что способы согласно настоящему изобретению являются очень гибкими, поскольку путем регулирования среднего размера табачных частиц и рабочих параметров, например таких, как размер соплового отверстия, обеспечивается возможность оптимизации качества операции нанесения и возможность точного регулирования и варьирования характеристик продукта, получаемого данным способом, в зависимости от различных сфер дальнейшего применения.
В способах согласно настоящему изобретению тонкодисперсные табачные частицы со средним размером частиц от примерно 100 микрометров до примерно 400 микрометров смешивают с водной средой с образованием табачной суспензии.
Предпочтительно, табачная суспензия дополнительно содержит увлажнитель, агент для консервации табака и связующее.
Предпочтительно, табачные частицы содержат по меньшей мере один сорт табака из следующего: Flue-Cured, Turkish, Maryland, Burley, Virginia или Oriental. Табачные частицы могут быть образованы из табачных стеблей и табачных листьев.
Предпочтительно, увлажнитель представляет собой глицерин или пропиленгликоль, или любую их комбинацию.
Предпочтительно, агент для консервации табака представляет собой по меньшей мере одно из следующего: пропионаты, карбонаты, бензоаты или сорбат калия.
Связующее предпочтительно представляет собой пектин, гуаровую камедь, фруктовый пектин, цитрусовый пектин, табачный пектин, гидроксиэтиловую гуаровую камедь, гидроксипропиловую гуаровую камедь, камедь бобов рожкового дерева, гидроксипопиловую камедь бобов рожкового дерева, альгинат, крахмал, модифицированный крахмал, дериватизированный крахмал, метилцеллюлозу, этилцеллюлозу, этилгидроксиметилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу, тамариндовую камедь, декстран, пуллалон, конжаковую муку или ксантановую камедь.
Предпочтительно, табачная пыль содержит табачные частицы, имеющие средний размер частиц по меньшей мере примерно 120 микрометров. В дополнение или в качестве альтернативы, табачная пыль содержит табачные частицы, имеющие средний размер частиц менее чем примерно 180 микрометров. Это соответствует размеру частиц табачной пыли, обычно образующихся при обработке табака для изготовления сигарет и других табачных продуктов на основе резаных табачных листьев и стеблей. Кроме того, этот размер табачных частиц является предпочтительным вследствие его влияния на вязкость суспензии таким образом, что обеспечивается возможность повышения общего содержания твердых частиц в суспензии без существенного изменения требуемой вязкости суспензии. В дополнение, благодаря выбору меньшего размера частиц, обеспечивается возможность уменьшения потребности в связующем. Использование меньшего количества связующего приводит к увеличению количества табака в табачных объектах, получаемых способом согласно настоящему изобретению. Это обеспечивает преимущество, состоящее в возможности сохранения ароматических и вкусовых характеристик табачного объекта ближе к тем, которые имеют место в табаке из цельных листьев.
Предпочтительно, в суспензии общее содержание твердых веществ, отличных от воды, составляет по меньшей мере примерно 15 процентов, предпочтительно 20 процентов. Более предпочтительно, в суспензии общее содержание твердых веществ, отличных от воды, составляет по меньшей мере примерно 25 процентов. В дополнение или в качестве альтернативы, в суспензии общее содержание твердых веществ составляет менее чем примерно 40 процентов. Более предпочтительно, в суспензии общее содержание твердых веществ составляет менее чем примерно 30 процентов. В пределах этого предпочтительного диапазона, примерно от 20 до 80 процентов, предпочтительно от 40 до 60 процентов от общего содержания твердых веществ предпочтительно представляют собой табак. Образование суспензии может осуществляться групповым способом или непрерывным способом.
В способах согласно настоящему изобретению, водную суспензию, содержащую табачную пыль, подают на печатающую головку аддитивной производственной системы и выдают посредством печатающей головки с образованием последовательных слоев табачного объекта. Например, суспензию подают на печатающую головку 3D-принтера и выдают через сопло с образованием последовательных слоев табачного объекта.
Способ согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность получения широкого спектра трехмерных форм, в том числе прямоугольной, трапецеидальной, синусоидальной, кольцевой, Y-образной, X-образной и V-образной.
Предпочтительно, суспензию выдают с помощью печатающей головки через сопловое отверстие, имеющее диаметр по меньшей мере примерно 140 микрометров. Таким образом обеспечивают преимущество, состоящее в том, что такой тип соплового отверстия обеспечивает возможность простого прохождения через него табачных частиц, имеющих вышеописанный средний размер, без закупорки. В дополнение или в качестве альтернативы, суспензию предпочтительно выдают посредством печатающей головки через сопловое отверстие, имеющее диаметр менее чем примерно 220 микрометров. Таким образом обеспечивается возможность образования целостного трехмерного объекта.
Предпочтительно, этап выдачи суспензии с образованием слоев табачного объекта включает в себя перемещение печатающей головки с пошаговым приращением, составляющим по меньшей мере примерно 140 микрон. В дополнение или в качестве альтернативы, этап выдачи суспензии с образованием слоев табачного объекта включает в себя перемещение печатающей головки с пошаговым приращением, составляющим менее чем примерно 220 микрон.
Предпочтительно, способ дополнительно включает в себя этап, на котором нагревают печатающую головку до температуры по меньшей мере примерно 80 градусов по Цельсию. Более предпочтительно, способ включает в себя этап, на котором нагревают печатающую головку до температуры по меньшей мере примерно 140 градусов по Цельсию. Таким образом обеспечивают преимущество, поскольку было обнаружено, что при этих температурах восстановленные сахара, содержащиеся в табачном материале, активируются и действуют как связующие. Таким образом, не требуется подача добавок перед осуществлением аддитивных этапов изготовления, что делает процесс особенно простым и экономически эффективным. Дополнительно, поскольку не используются нетабачные добавки, натуральные ароматические свойства табачного материала никоим образом не повергаются влиянию и не изменяются.
В некоторых вариантах осуществления водная суспензия содержит первый тип табачной пыли, и способ дополнительно включает в себя этап, на котором приготавливают дополнительную водную суспензию, содержащую второй тип табачной пыли; и этап, на котором подают дополнительную суспензию на печатающую головку, так что на этапе выдачи происходит смешивание первого и второго типов табака. Таким образом обеспечивают преимущество, состоящее в возможности более простого и точного варьирования свойств конечного продукта. В частности, благодаря трехмерной структуре табачного объекта, получаемого данным способом, обеспечивается возможность получения наполнительного материала с повышенной наполняющей способностью при сохранении общих характеристик в виде профилей скорости горения и доставки дыма. На практике, путем регулирования количественного соотношения первого и второго типов табачной пыли обеспечивается возможность регулирования ароматических свойств и доставки дыма в табачном объекте и, следовательно, в наполнительном материале, содержащем трехмерный табачный объект.
Предпочтительно, способ дополнительно включает в себя этап, на котором выполняют отверждение полученных слоев табачного объекта. Подходящие источники тепла для отверждения включают в себя горячий воздух, инфракрасное излучение, лазерное излучение и струю плазмы.
В некоторых вариантах осуществления табачный объект, полученный указанным способом, представляет собой частицы табачного наполнителя для использования в курительных изделиях. Частицы табачного наполнителя, полученные способом согласно настоящему изобретению, могут быть включены в разнообразные курительные изделия. В некоторых вариантах осуществления частицы табачного наполнителя, полученные способами согласно настоящему изобретению, могут использоваться в табачном стержне сжигаемого курительного изделия, такого как сигарета с фильтром, сигарилла или сигара. В качестве альтернативны, частицы табачного наполнителя могут использоваться для обеспечения табачного образующего аэрозоль субстрата в курительном изделии, действующем на основе дистилляции, или в курительной системе с электрическим нагревом. В качестве альтернативы, частицы табачного наполнителя могут использоваться в качестве продукта для самокрутки или вручную набиваемой табаком гильзы, или в качестве рассыпного табачного продукта для использования в трубке.
Настоящее изобретение будет далее описано лишь на примере, со ссылками на графические материалы на сопроводительной фигуре 1, на которой показан схематичный перспективный вид табачного объекта, полученного способом согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Пример 1
Была приготовлена суспензия путем смешивания тонкодисперсных табачных частиц, имеющих средний размер частиц примерно 140 микрометров, с водой, глицерином и пектином. Общее содержание твердых веществ в суспензии составило примерно 22 процента (78 процентов суспензии состоит из воды). Из указанных твердых веществ примерно 41 процент составили табачные частицы.
Суспензию подавали на печатающую головку 3D-принтера, имеющую сопловое отверстие диметром примерно 160 микрон. Печатающую головку нагрели до температуры примерно 110 градусов по Цельсию. Осуществили выдачу суспензию из печатающей головки с образованием последовательных слоев трехмерных частиц наполнителя для использования в курительных изделиях.
Одна такая трехмерная частица 10 показана на фиг. 1. Частица 10 наполнителя имеет по существу цилиндрическую трубчатую структуру. С целью образования частицы 10 наполнителя, суспензию выдавали последовательными слоями, при этом суспензию наносили на каждый слой по существу в кольцевой форме. В завершение, образованные слои табачного объекта были отверждали горячим воздуха.
1. Способ изготовления трехмерного табачного объекта, включающий в себя этапы, на которых:
обеспечивают табачную пыль, содержащую табачные частицы, средний размер которых составляет от примерно 100 до примерно 400 микрометров;
приготавливают водную суспензию, содержащую табачную пыль;
подают суспензию на печатающую головку аддитивной производственной системы и
выдают суспензию посредством печатающей головки с образованием последовательных слоев табачного объекта.
2. Способ по п. 1, согласно которому табачная пыль содержит табачные частицы, средний диаметр которых составляет по меньшей мере примерно 120 микрометров.
3. Способ по п. 1 или 2, согласно которому табачная пыль содержит табачные частицы, средний размер которых составляет менее чем примерно 180 микрометров.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, согласно которому общее содержание твердых веществ в суспензии составляет по меньшей мере примерно 15 процентов.
5. Способ по п. 4, согласно которому по меньшей мере 40 процентов от общего содержания твердых веществ в суспензии составляет табак.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, согласно которому суспензию выдают посредством печатающей головки через сопловое отверстие, имеющее диаметр по меньшей мере примерно 140 микрометров.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов, согласно которому суспензию выдают посредством печатающей головки через сопловое отверстие, имеющее диаметр менее чем 220 микрометров.
8. Способ по любому из предыдущих пунктов, согласно которому этап выдачи суспензии с образованием слоев табачного объекта включает в себя перемещение печатающей головки с пошаговым приращением, составляющим по меньшей мере примерно 140 микрометров.
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, согласно которому этап выдачи суспензии с образованием слоев табачного объекта включает в себя перемещение печатающей головки с пошаговым приращением, составляющим менее чем примерно 220 микрометров.
10. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающий в себя этап, на котором нагревают печатающую головку до температуры по меньшей мере примерно 80 градусов по Цельсию.
11. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающий в себя этап, на котором нагревают печатающую головку до температуры по меньшей мере примерно 140 градусов по Цельсию.
12. Способ по любому из предыдущих пунктов, согласно которому водная суспензия содержит первый тип табачной пыли, и способ дополнительно включает в себя этап, на котором приготавливают дополнительную водную суспензию, содержащую второй тип табачной пыли, и подают дополнительную водную суспензию на печатающую головку, так что на этапе выдачи суспензии смешивают первый и второй типы табака.
13. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающий этап, на котором выполняют отверждение полученных слоев табачного объекта.
14. Способ по любому из пп. 1-13, согласно которому табачный объект представляет собой частицу табачного наполнителя для использования в курительных изделиях.
