(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素質材料を金属酸化物プリカーサーを含有するゾルで処理することを特徴とする炭素質材料及び金属酸化物を含有する熱源の製造方法。
【請求項２】
(a) ヒドロキシル化有機薬品及び金属酸化物プリカーサーを混合してゾルを形成し；
(b) 工程(a) からの混合物を加熱し；
(c) 炭素質材料をゾルで処理し；そして
(d) 工程(c) の生成物を加熱する
ことを含むことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
炭素質材料を、工程(c) 及び工程(d) 中で連続的に輸送することを特徴とする請求項２の方法。
【請求項４】
工程(c) の生成物を、約６０分間１５０℃〜３００℃で加熱することを特徴とする請求項２又は３の方法。
【請求項５】
ヒドロキシル化有機薬品が、エチレングリコール又はプロピレングリコールであることを特徴とする請求項２，３又は４の方法。
【請求項６】
金属酸化物プリカーサーが、金属しゅう酸塩、金属アセチルアセトネート、金属硫酸塩、金属硝酸塩、水和金属硝酸塩又は金属塩化物であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項の方法。
【請求項７】
金属酸化物プリカーサーが水和硝酸鉄であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項の方法。
【請求項８】
金属酸化物プリカーサーが、硝酸鉄であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項の方法。
【請求項９】
金属酸化物プリカーサーがしゅう酸鉄であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項の方法。
【請求項１０】
金属酸化物プリカーサーが鉄アセチルアセトネートであることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項の方法。
【請求項１１】
炭素質材料を、１分〜１０分間ゾルで処理することを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項の方法。
【請求項１２】
炭素質材料を、塗布、又は浸漬によりゾルで処理することを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項の方法。
【請求項１３】
炭素質材料を噴霧によりゾルで処理することを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項の方法。
【請求項１４】
炭素質材料が約３０ｃｍの長さ及び３．０ｍｍ〜８．０ｍｍの直径を有する炭素棒であることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項の方法。
【請求項１５】
ゾルで処理する前の炭素質材料と比べた生成物の重量増加が０．１％〜２０％であることを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項の方法。
【請求項１６】
ゾルで処理する前の炭素質材料と比べた生成物の重量増加が２％〜１５％であることを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項の方法。
【請求項１７】
ゾルで処理する前の炭素質材料と比べた生成物の重量増加が４％〜８％であることを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項の方法。
【請求項１８】
生成物の密度が０．５ｇ／ｃｍ３ 〜７ｇ／ｃｍ３ であることを特徴とする請求項１〜１７の何れか１項の方法。
【請求項１９】
生成物の密度が１ｇ／ｃｍ３ 〜４ｇ／ｃｍ３ であることを特徴とする請求項１〜１８の何れか１項の方法。
【請求項２０】
炭素質材料が燃焼添加剤を含むことを特徴とする請求項１〜１９の何れか１項の方法。
【請求項２１】
燃焼添加剤が、過塩素酸塩、塩素酸塩、硝酸塩又は過マンガン酸塩であることを特徴する請求項２０の方法。
【請求項２２】
炭素質材料の表面積が０．５ｍ２ ／ｇ〜２０００ｍ２ ／ｇであることを特徴とする請求項１〜２１の何れか１項の方法。
【請求項２３】
炭素質材料の表面積が１００ｍ２ ／ｇ〜８００ｍ２ ／ｇであることを特徴とする請求項１〜２２の何れか１項の方法。
【請求項２４】
金属酸化物の表面積が４．０ｍ２ ／ｇ〜２００ｍ２ ／ｇであることを特徴とする請求項１〜２３の何れか１項の方法。
【請求項２５】
金属酸化物の粒度が２０ｎｍ〜４０μｍであることを特徴とする請求項１〜２４の何れか１項の方法。
【請求項２６】
金属酸化物の粒度が８０ｎｍ〜５μｍであることを特徴とする請求項１〜２５の何れか１項の方法。
【請求項２７】
金属酸化物が、アルミニウム、クロム、コバルト、バナジウム、ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム、インジウム、白金、パラジウム、又は鉄の酸化物例えば酸化第二鉄であることを特徴とする請求項１〜２６の何れか１項の方法により作った炭素及び金属酸化物を含有する炭素質熱源。
【請求項２８】
請求項１〜２６の何れか１項の方法により作った炭素質熱源を含有することを特徴とする喫煙物品。
【請求項２９】
炭素質熱源が請求項２７によるものであることを特徴とする請求項２８の喫煙物品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明は改良された炭素質熱源、及び炭素質熱源の燃焼により生成する一酸化炭素の如きガス状副生成物の変換、及びかかる熱源を製造する方法に関する。本発明の方法及び熱源は特に米国特許第４９９１６０６号に記載されている喫煙物品の如き喫煙物品に使用するのに好適である。本発明の熱源は炭素質材料及び重量基準で少量の金属酸化物を含む。本発明の熱源は低い発火温度及び高燃焼温度を有する。燃焼したとき、熱源の金属酸化物成分は、一酸化炭素の実質的に全部を化学的に無害の物質に変換する。
【０００２】
本発明によれば、炭素又は結果的に炭素に変換されうる材料は付形品に予備成形される。予備成形炭素質材料は、続いて金属酸化物に変換されうる金属酸化物プリカーサーを含むゾルで処理する。これは予備成形炭素質材料への金属酸化物プリカーサーの付着を生ぜしめる。予備成形炭素質材料は更に処理して付着した金属酸化物プリカーサーを金属酸化物に変換され、かくして低発火温度、取扱いに対する耐久性、燃焼中の大発熱、及び燃焼中の一酸化炭素の低放出を有する熱源を簡単な方法で作ることができる。
【０００３】
喫煙物品のための熱源を提供することが先に計画された。これらの計画は、熱源を提供するが、本発明の利点の全てを有する熱源を作らなかった。
【０００４】
例えば Siegel の米国特許第２９０７６８６号には、燃焼中不透過性層を形成する濃厚砂糖溶液で被覆された木炭棒が記載されている。この層は喫煙中形成されたガスを含有し、形成された熱を集中させると考えられた。
【０００５】
Ellis 等の米国特許第３２５８０１５号及びEllis 等の米国特許第３３５６０９４号には、ニコチン源及びタバコ熱源を含有する喫煙具が記載されている。
【０００６】
Boyd等の米国特許第３９４３９４１号には、燃料及び燃料を含浸した少なくとも１種の揮発性物質からなるタバコ代替物が記載されている。燃料は少なくとも８０重量％の炭素を含有する炭素質材料から作られた可燃性、可撓性かつ自己凝集性の繊維から本質的になっている。炭素は、炭素、水素及び酸素のみを含有するセルロース基繊維の制御された熱分解の生成物である。
【０００７】
Bolt等の米国特許第４３４００７２号には、タバコ、タバコ代替物、タバコ代替物と炭素の混合物、他の可燃性材料例えば木材パルプ、ストロー、及び熱処理されたセルロース又はカルボキシメチルセルロースナトリウム（ＳＣＭＣ）及び炭素混合物から押出され又は成形された環状燃料棒が記載されている。
【０００８】
Shelar等の米国特許第４７０８１５１号には、炭素質燃料源を有する置換できるカートリッジを有するパイプが記載されている。燃料源は少なくとも６０〜７０％の炭素、最も好ましくは８０％以上の炭素を含有し、木材、木綿、レーヨン、タバコ、ココナッツ、紙等の如きセルロース材料の熱分解又は炭素化によって作られる。
【０００９】
Banerjee等の米国特許第４７１４０８２号には、０．５ｇ／ｃｃより大なる密度を有する可燃性燃料要素が記載されている。燃料要素は粉砕された又は再構成されたタバコ及び／又はタバコ代替物からなり、好ましくは２０〜４０重量％の炭素を含有する。
【００１０】
Hearn 等の公開されたヨーロッパ特許出願第０１１７３５５号には、熱分解したタバコ又は他の炭素質材料例えばピーナッツ殻、コーヒー豆殻、紙、カードボード、竹又はオークの葉から形成した炭素熱源が記載されている。
【００１１】
Farrier 等の公開されたヨーロッパ特許出願第０２３６９９２号には、炭素燃料要素及び炭素燃料要素の製造法が記載されている。炭素燃料要素は炭素粉末、結合剤及び他の追加成分を含有し、炭素６０〜７０重量％からなる。
【００１２】
White 等の公開されたヨーロッパ特許出願第０２４５７３２号には、密度の変化した炭素材料を含有する急速燃焼セグメントと低速燃焼セグメントを利用した二重燃焼速度炭素質燃料要素が記載されている。
【００１３】
これらの熱源は、それらが満足できないフレーバー床への熱伝達を提供し、満足できぬ喫煙物品、即ち従来のシガレットの吹かしの数、フレーバー、感覚に擬することに失敗したものを生ぜしめる欠点がある。
【００１４】
米国特許第５０７６２９６号は、フレーバー床への熱伝達を最大にし、これによって喫煙者による吸入のためフレーバー床からフレーバーを含んだエアロゾルを放出し、しかも生成する一酸化炭素の量を最少にした木炭から形成した炭素質熱源を提供することによってこの問題を解した。
【００１５】
しかしながら従来の全ての炭素質熱源は、発火したとき或る量の一酸化炭素ガスを放出する。更にこれらの熱源中に含有された炭素は、比較的高い発火温度を有し、従来の炭素質熱源の発火を、通常のシガレットのための正常な点火条件下で困難にしている。
【００１６】
喫煙物品のための非可燃性熱源を作る計画がなされた、この場合熱は電気的に発生せしめられる（例えばBurruss の米国特許第４３０３０８３号、Burrusの米国特許第４１４１３６９号、Gilbert の米国特許第３２００８１９号、McCormick の米国特許第２１０４２６６号及びWyss等の米国特許第１７７１３６６号参照）。これらの道具は実施不可能で、産業的に成功しているのはない。
【００１７】
制御された形で燃焼し、これによって熱探究ミサイルのデコイ（decoy ）として使用可能にする金属アルミナイドを含有する発火材料を作る計画がなされた（例えばBaldi の米国特許第４７９９９７９号参照）。しかしながらこれらの装置は、喫煙物品における熱源として使用するためには、急速すぎる燃焼と強力すぎる熱を生ぜしめる。
【００１８】
可燃性で、非炭素質熱源を作る計画がなされた。
【００１９】
米国特許第５０４０５５２号は、従来の炭素熱源よりも１０倍少ない一酸化炭素を生成する金属炭化物熱源を目的にしている。
【００２０】
米国特許第５１８８１３０号は、燃焼したとき一酸化炭素又は酸化窒素を実質的に生成しない金属窒化物熱源に関する。
【００２１】
１９９０年７月２０日出願の米国特許出願第０７／５５６７３２号は、これも燃焼したとき実質的に一酸化炭素又は酸化窒素を生成しない炭素及び金属炭化物を含有する熱源を目的としている。
【００２２】
１９９１年１月９日出願の米国特許出願第０７／６３９２４１号は、これも燃焼したとき実質的に一酸化炭素を生じない金属炭化物熱源を目的としている。
【００２３】
米国特許第４１４６９３４号は、段階的にされた発火法を受ける金属炭化物、金属窒化物及び金属の混合物を含む熱源を目的としている。
【００２４】
１９９１年７月１９日出願の米国特許出願第０７／７３２６１９号は、燃焼したとき一酸化炭素を実質的に生成しない金属種を含有する炭素質熱源を目的としている。
【００２５】
ガス状燃焼生成物から一酸化炭素を除くことが尚計画されている。
【００２６】
Daleの米国特許第４３１７４６０号には、固体支持体上に吸着された酸化触媒が記載されている。触媒は喫煙物品又はフィルターチップの何れの中にも入れることができる。
【００２７】
Journal  of  Catalysis１０１巻、３０１〜３１３頁（１９８６年）にはLeary 等が内燃機関によって生成される一酸化炭素の酸化のための触媒を述べている。しかしながらこれらの触媒は高価な金属から誘導される。
【００２８】
Journal  of  Catalysis１１５巻、３０１〜３０９頁（１９８９年）にはHaruta等が、一酸化炭素の低温変換のための酸化触媒の製造を述べている。
【００２９】
Journal  of  Catalysis１１０巻、２９８〜３０９頁（１９８８年）にはWalker等が、一酸化炭素及びプロパンの同時酸化のための酸化鉄基触媒を述べている。
【００３０】
Schlatter 等の公開ＰＣＴ特許出願９０／０４９３０には、表面上に、一酸化炭素放出を減ずる金属触媒を被覆した炭素質燃料要素を記載している。
【００３１】
これらの計画は本発明の利点の全てを有する組成物を作っていない。
【００３２】
燃焼したとき一酸化炭素を実質的に遊離しない熱源を提供することが望ましい。
【００３３】
又通常のシガレットに対し代表的な条件の下で容易に点火することができる低い発火温度を有し、一方で同時にフレーバー床からフレーバーを放出するのに充分な熱を提供する熱源を提供することも望まれている。
【００３４】
又簡単な製造方法で作られる耐久性ある熱源を提供することも望まれている。
【００３５】
発明の概要
本発明の目的は、燃焼したとき一酸化炭素を実質的に遊離しない熱源を提供することにある。
【００３６】
本発明の目的は又、通常のシガレットにとって代表的な条件で点火を可能にする低発火温度を有し、同時にフレーバー床からフレーバーを放出するのに充分な熱を与える熱源を提供することにある。
【００３７】
本発明の別の目的は簡単にされた製造技術で作ることができる耐久性ある熱源を提供することにある。
【００３８】
本発明によれば、少量の金属酸化物を含有する耐久性ある炭素質熱源を提供し、これは炭素質材料内に金属酸化物を付着させるためゾルを用いることにより作ることができる。
【００３９】
図面の概説
本発明の前述した目的及び他の目的及び利点は、添付図面との関連における以下の説明から明らかになるであろう。各図面において同じ部分は同じ参照符号を用いた。
【００４０】
図１は本発明の熱源の一例の端面図である。
【００４１】
図２は本発明の熱源を使用できる喫煙物品の長手方向断面図である。
【００４２】
図３は、酸化鉄ゾル中での中間物炭素棒の浸漬時間の関数としての炭素質熱源の重量増加％を示す。
【００４３】
図４は酸化鉄ゾル中での中間物炭素棒の浸漬時間の関数としてのＣＯ／ＣＯ２放出ガスの比を示す。
【００４４】
発明の詳述
熱源は燃焼したとき実質的に一酸化炭素を生成すべきでない。燃焼即ち熱及び火を作るため吸入中熱源と酸素の相互作用は無炎かつ無煙燃焼であるべきである。
【００４５】
熱源は適切な熱伝導率を有すべきである。もしも多過ぎる熱が、熱源の燃焼帯域から、他の部分へ導き去られると、その点で燃焼は、温度が熱源の消火温度以下に下ったときに止まり、点火を困難にし、かつ点火後も早すぎる自己消火を受ける熱源を生ぜしめる。かかる早すぎる自己消火は又本質的に１００％の燃焼を受ける熱源を有することによって防止される。
【００４６】
喫煙物品に使用するとき、満足できる喫煙物品のために熱源は多くの追加の要件に合致すべきである。それは喫煙物品の内側に嵌合するのに充分な小ささであるべきであり、更に喫煙者にフレーバーを与えるためフレーバー床から充分なフレーバーを放出するのに充分な程ガス流が加熱されることを確実にするに充分な燃焼熱さでなければならない。従来のシガレットのための正常な条件の下で容易に点火できるよう充分に低い点火温度を有する熱源を有することにより、喫煙物品の容易な点火が達成される。
【００４７】
熱源は次の方法で製造できる。中間物炭素棒を作るため炭素質材料を使用し、これを次いで本発明の完成熱源を作るために使用する。炭素は、高炭素収量を有する各種の炭素質材料、例えば木材、木の皮、ピーナッツ殻、ココナッツ殻、タバコ、米殻、又は任意のセルロースもしくはセルロース誘導材料から誘導できる。これらの炭素生成プリカーサーは、米国特許第３１５２９８５号に記載されている如き、木の皮のフライアッシュ法又は木炭を作るため使用される方法と同様の半酸化法を用いて炭化する。好ましくは中間物炭素棒を作るため、軟木木炭を使用する。軟木木炭は、堅木木炭と同じような密度ではなく、これによって燃焼を容易にする軟木木炭を作る。
【００４８】
炭素は活性化してもよく、不活性化してもよい。一般に炭素の活性化は炭素の有効表面積を増大する。増大した有効表面積は重要である。何故なら、これは燃焼点で存在すべき酸素を更に多くすることを可能にし、従って発火及び燃焼を容易にし、最少の残渣を与えるからである。高表面積を有する炭素が望ましい。何故なら、それはより熱い燃焼熱源を生ぜしめるからである。しかしながら極度に高い表面積材料、即ち１５００ｍ２ ／ｇより上の表面積は、炭素質熱源に不利益である。これは、炭素材料が大きすぎる有孔度を有し、かかる炭素から作った熱源は構造的に弱く、続く製造中の取り扱いに要求される耐久性を有しないためである。炭素粒子の表面積は約２００ｍ２ ／ｇ〜約８００ｍ２ ／ｇの範囲にあるべきである。これは、熱源の孔中へのゾルの適切な浸入を可能にし、同時に熱源に充分な構造的安定性を提供する。
【００４９】
炭素粒子の大きさも最終熱源の性質を決定するのに重要である。粒子が小さければ小さい程大きな表面積を与える。これらの炭素粒子の大きさは約３００ミクロンまでであることができる。好ましくはこれらの炭素粒子は、サブミクロン及び約４０ミクロンの平均粒度を有する。
【００５０】
粒子は所望の大きさで作ることもできる。又はそれらは大きな大きさで作り、所望の大きさに粉砕することもできる。種々の形成の微粉砕機又は他の粉砕機を使用して所望の大きさに炭素を粉砕できる。好ましくはジェットミルを使用する。
【００５１】
炭素を所望粒度に粉砕した後、それを結合剤と混合する。炭素粒子を結合するため使用する結合剤は、比較的純粋な原材料を用いた２成分結合剤系であるのが好ましい。好ましい結合剤は小麦、大麦、とうもろこし、オート麦、米、こうりゃん、マイヨ（Mayo）、又は大豆の微粉の如き微粉末である。前述したものの中高蛋白質（１２〜１６％）又は高グルテン（１２〜１６％）の微粉末が好ましい。更に好ましいのは高蛋白質小麦粉である。粉末中の高蛋白質レベルは、高蛋白質レベルが粉の結合性を増大し、かくして最終の炭素熱源の物理的強度を増大するから好ましい。別の好ましい結合剤にはモノサッカライド又はジサッカライド糖があり、好ましくはシュクロース（テーブルシュガー）がある。シュクロースの使用は必要な粉末の量を減少する。又混合物の押出しも助ける。これらの結合剤は炭化したとき比較的反応性の炭素材料を形成する。又１種の粉末の結合剤又は他の良く知られた結合剤、例えばナトリウムカルボキシメチルセルロース（ＳＣＭＣ）を用いて炭素熱源を作ることもできる。ＳＣＭＣは他の添加剤、例えば、塩化ナトリウム、バーミキュル石、ベントナイト又は炭酸カルシウムと組合せて使用できる。使用できる他の結合剤には、ガム例えばグアーガム、他のセルロース誘導体（即ちメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース及びヒドロキシプロピルセルロース）、澱粉、アルギネート、及びポリビニルアルコールを含む。
【００５２】
種々の濃度の結合剤を使用できるが、熱源の熱伝導率を低下し及び燃焼特性を改良するため結合剤濃度を最少にすることが好ましい。使用する結合剤は加熱したとき炭化され、炭素粒子を結合するのに充分な炭素スケルトンを後に残す。炭化法は、熱源の燃焼中非炭化結合剤から望ましからぬ複雑な生成物が形成される可能性を最少にする。小さい炭素粒子の使用は少ない結合剤材料の使用を可能にする。
【００５３】
或る種の燃焼添加剤を、発火温度を下げるため又はさもなくとも熱源の燃焼を助けるために使用することもできる。このことは、低温での又は酸素の低濃度での又は両方により熱源の燃焼を促進する形をとる。かかる燃焼添加剤には代表的には酸化剤例えば過塩素酸塩、塩素酸塩、硝酸塩、過マンガン酸塩、又は燃料要素よりも急速に燃焼する物質を含む。燃焼添加剤は熱源中に、熱源の約０．０５〜１０重量％、好ましくは約０．２〜４重量％の量で存在させることができる。
【００５４】
粉砕した炭素は結合剤、水及び所望により１種以上の燃焼添加剤と混合する。好ましい例においては、約４％〜約４５％の高蛋白質小麦粉；約１％〜約１４％の糖；約２０％〜約９５％の炭素；及び約８％までのクエン酸カリウムを使用する。更に好ましくは約７％〜約３０％の高蛋白質小麦粉；約３％〜約２０％の糖；約５０％〜約８５％の炭素；及び約２．７％〜約５％のクエン酸カリウムを使用する。水は、混合物から押出しできるペーストを形成するのに充分な量で加える。
【００５５】
混合時間は日常の実験によって決まることができる。混合は各成分の完全分布を確実にすべきである。好ましくは、バッチ式で大容量を混合すべきときには、混合は約１５分〜約１時間であるべきである。連続式に少容量を混合すべきときには、混合は僅か数秒を必要とするにすぎない。
【００５６】
混合物は次に所望の形に形成できる。混合物を形成する任意の方法を使用できる。好ましい方法にはスリップキャスティング、射出成形、ダイ圧縮を含み、最も好ましくは押出しである。
【００５７】
中間物炭素造形品を製造する方法は、一部混合物に加える結合剤の量を決定する。例えばダイ圧縮、射出成形及びスリップキャスティングの如き圧力に依存する製造法は、押出しの如き方法よりも結合剤の少ない量を必要とする。
【００５８】
特定の用途が特定の形を要求することがあることは当業者には判るであろう。熱源を喫煙物品に使用すべきときには、熱源からフレーバー床への熱の伝達を最大にするため、一つ以上の長手方向の空気流通路を熱源中に形成するとよい。長手方向空気流通路は、熱源を通って流れる空気への熱伝達を助けるため大きな幾何学的表面積を有すべきである。長手方向空気流通路の形及び数は、熱源の内部幾何学的表面積が外部幾何学的表面積に等しいか又はそれより大であるように選択すべきである。好ましくは図１に示した如き長手方向空気流通路を使用するとき、多頂点星形で、各長手方向空気流通路２２を形成することによってフレーバー床への熱伝達の最高化が達成される。更に好ましくは、図２に示す如く、各多頂点星は、星の最も内側の縁によって規定される小さい内側円周及び長く狭い頂点を有すべきである。これらの星形長手方向空気流通路は、大きな燃焼面積を提供し、より大容積の炭素が燃焼中に含まれ、従ってより熱い熱源を生ぜしめる。
【００５９】
好ましい例において、混合物は生（green ）棒と称される細長くされた棒に形成する。生棒の長さは、静的燃焼時間の量及び喫煙者の吸入数を決定する。熱源の好ましい長さは、通常のシガレットの場合と同じ喫煙者の吸入数及び同じ静的燃焼時間を提供するようにする。従って、好ましくは生棒は長さ約３０ｃｍである。熱源のための直径は約３．０ｍｍ〜約８．０ｍｍ、好ましくは約４．０ｍｍ〜約５．０ｍｍの範囲であるとよい。約４．０ｍｍの最終直径が、通常のシガレットの直径より、喫煙物品の直径を大きくすることなく熱源の周囲の環状空気間隙を可能にする。従って生棒の直径は約４．０ｍｍであるのが好ましい。
【００６０】
形成後、生棒は約２％〜約１１％、好ましくは約４％〜約６％の水分含有率に乾燥する。乾燥した生棒は、次いで結合剤を炭化し、生棒から揮発性物質を追い出すに十分な温度で不活性雰囲気中で焼く。代表的には、生棒は約２６０℃〜約１６５０℃、好ましくは約７６０℃〜約９８０℃の温度で焼く。焼成温度は生棒中に含有された溶媒を揮発させるのに充分な高さでなければならない。この焼成工程で形成する生成物は中間物炭素棒と称する。
【００６１】
一度生棒が所望の形及び大きさを有する中間物炭素棒に変えられたら、それらはゾルで処理する。
【００６２】
ゾルは金属酸化物プリカーサーを含む。好適な金属酸化物プリカーサーは一酸化炭素と反応する金属酸化物に変換できるものである。一酸化炭素と反応する金属酸化物は、アルミニウム、クロム、コバルト、バナジン、ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム、インジウム、白金及びパラジウムの酸化物である。更に好ましくは金属酸化物は酸化鉄であり、最も好ましくは酸化第二鉄である。従って好ましい例において、金属酸化物プリカーサーには、金属硫酸塩、金属硝酸塩、金属しゅう酸塩、鉄アセチルアセトネート、水和金属硝酸塩及び金属塩化物を含み、最も好ましくは硝酸鉄及び水和硝酸鉄である。
【００６３】
ゾルはヒドロキシル化有機薬品も含む。好ましくはヒドロキシル化有機薬品にはジオール又はトリオールがあり、更に好ましくはエチレングリコール又はプロピレングリコールである。金属酸化物プリカーサーはヒドロキシル化有機薬品に加える。この場合約６０℃〜１５０℃に加熱したとき、それは反応して鉄及び有機種を含有する重合体又はオリゴマー種を形成する。ゾル粘度は炭素質材料をそれが容易に浸透できない程高くてはならない。更にゾルは中間物炭素棒によるゾルの吸収を助けるため良好な湿潤特性を有するのが望ましい。
【００６４】
本発明の好ましい例において、ゾルは下記の方法で製造する。金属酸化物プリカーサーを、金属酸化物プリカーサー濃度が１０重量％になるようエチレングリコール中に溶解する。この溶液を、溶液がその粘度を増大するまで、乾燥雰囲気下に約６０℃〜１５０℃の高温で攪拌する。この加熱時間は、ゾルが加熱される温度によって変化する。例えば８０℃で加熱されたゾルは、約１０時間後にその粘度の実質的な増大を達成する。
【００６５】
次に中間物炭素棒をゾルで処理する。ゾルが中間物炭素棒を浸透するよう中間物炭素棒を処理する任意の方法を用いうる。好ましくは中間物炭素棒はゾルで塗布又は浸漬する。更に好ましくは高速製造を容易にするため、炭素棒がコンベヤーベルト上で移動するとき中間炭素棒をゾルで噴霧する。ゾルの噴霧は幾つかの異なる種類のノズルの何れか一つで達成できる。ガスで助けられたゾルの高圧噴霧はゾルの多孔質中間物炭素棒中へゾルの浸透を助長するであろう。ゾルの高圧噴霧は、製造速度の増大を可能にし、同時に常圧噴霧よりもゾルを中間物炭素棒中へより深く浸透するのを可能にする。噴霧は、約０．０５μ〜２００μ、好ましくは約０．０５μ〜４０μの大きさの範囲でゾルの非常に微細な滴を作るノズルを用いて行うべきである。
【００６６】
ゾルでの中間物炭素棒の処理時間が大となればなる程、中間物炭素棒中へ浸透するゾルの量（従って金属酸化物プリカーサーの量）が大となる。中間物炭素棒の処理時間が増大すると、最終熱源の触媒変換特性を改良する。しかし熱源の発火特性及び物理強度を低下する。従って最終熱源の所望の触媒特性とその発火及び物理特性の間のバランスに突き当らなければならない。このバランスは日常の実験によって見出すことができる。
【００６７】
例えば中間物炭素棒のために、炭素棒の約０．５重量％〜６重量％のゾルを噴霧することで所望の特性を達成することが見出された。中間物炭素棒にゾルを適用するため浸漬法を用いるときには、５分〜１０分の浸漬時間が、所望の特性を達成することを見出した。浸漬処理を用いるとき、１５分より長い浸漬時間は粉末状である炭素棒を生ぜしめるであろう。
【００６８】
一度中間物炭素棒をゾルで処理したなら、それは焼いて最終炭素熱源を作る。好ましくは処理した中間物炭素棒は、ランプ（ramp）加熱サイクルで約９０分間約１００℃〜約４００℃の温度で焼成する。初めは、処理した中間物炭素棒から全ての流体を実質的に除くため、約０．５℃／分〜１０℃／分の速度での遅い加熱を必要とする。液体の蒸発後、ゾルの残存成分は分解を受けて金属酸化物を形成する。金属硝酸塩を用いたとき、金属硝酸塩は金属酸化物に分解できなければならない。さもないと熱源の燃焼中分解したとき金属硝酸塩は、熱源を喫煙物品に使用したとき望ましからぬ副生成物である酸化窒素を発生する。ゾルの酸化物への分解百分率は熱重量分析（ＴＧＡ）で測定できる。
【００６９】
形成する生成物は炭素熱源である。ゾル処理した中間物炭素棒の加熱は付着した金属酸化物プリカーサーを金属酸化物又は混合金属酸化物に変換するばかりでなく、処理した中間物炭素棒を乾燥する。更に酸化鉄プリカーサーをゾル中で使用したとき、この低温処理は、高度に活性な状態で酸化鉄（Ｆｅ３ Ｏ３ ）の形成を可能にする。
【００７０】
熱源内に付着した金属酸化物の量は、５％〜６％以下で熱源の燃焼時に発生する一酸化炭素の量に対して逆に関係することが判った。中間物炭素棒の重量を越えて最終熱源の重量での検知しうる増大があるべきである。この重量増大は金属酸化物の添加によって生ずる。発火特性を最良にし、一酸化炭素発生の減少についての有利な効果を最大にするため、この重量増加は約０．１％〜約２０％であるべきである。好ましくは熱源は、約４％〜約６％の金属酸化物により重量増大を受ける。
【００７１】
熱源の好ましい密度は、燃焼点での炭素、金属酸化物及び有効酸素の量を最適なものにする。理論的には密度は、グラファイトの形での純粋炭素に実質的に類似した２．２５ｇ／ｃｃという大きさであることができる。しかしながら密度が大きすぎるようになると、熱源の低空隙容積は、燃焼時点での利用しうる酸素が少なくなり、点火及び燃焼維持を難しくする。しかしこの問題は熱源に燃焼添加剤を加えることによって解決できる。使用できる燃焼添加剤は前述したものが挙げられ、硝酸カリウム、塩素酸カリウム、過塩素酸カリウム、硝酸アンモニウム及び過塩素酸アンモニウムを含み、点火温度を触媒するのに非常に少量で非常に有効である。燃焼添加剤は結合剤と同時に加える。燃焼添加剤を熱源に加えるならば、密な熱源、即ち２．２５ｇ／ｃｃに近い密度を有する小さい空隙容積を有する熱源を使用することができる。好ましくは熱源の密度は約０．４ｇ／ｃｃ〜２．２５ｇ／ｃｃであり、最も好ましくは約０．５ｇ／ｃｃ〜１．５ｇ／ｃｃである。
【００７２】
棒をゾルに１回以上曝すことができること、及び棒をゾルに曝す回数は、熱源中に付着し、最終的に見出される金属酸化物の量に効果を有することは当業者には判るであろう。例えば２分未満の１回浸漬は一般に約５％未満の重量増大を生ぜしめる。より大なる量の金属酸化物は、棒をゾルに曝す回数、曝露時間又はその両方を増大することによって付着させることができる。
【００７３】
実施例  １：酸化鉄ゾルの製造
酸化鉄ゾルは水和硝酸鉄〔Ｆｅ（ＮＯ３ ）３ ・９Ｈ２ Ｏ〕をエチレングリコールに溶解することによって作った。エチレングリコール中の硝酸鉄の濃度は１０重量％であった。次に溶液を窒素流の下で８０℃で攪拌した。８０℃で１０時間後、溶液はその流動性を失い、実質的にその粘度を増大した。ゾルを３時間２００℃で空気中で乾燥したとき、それは暗褐色粉末を形成した。ゾル及び形成した暗褐色粉末の特性化を、ＴＧＡ及びＸ線粉末回折を用いて行った。この結果、２２０℃で全てのエチレングリコールが蒸発し、ゾル中に存在する重合体又はオリゴマー種が分解したことを示した。赤外分光分析及びＸ線粉末回折は、得られた粉末が結晶質Ｆｅ２ Ｏ３ であることを示した。ゾルのＴＧＡは鉄金属の濃度の計算を可能にし、作られたゾルが鉄金属２．０重量％を含有することを示した。
【００７４】
実施例  ２：ゾルを用いる炭素ペレットの処理
実施例１の酸化鉄ゾル中に２分間中間物炭素棒を浸漬し、次いで２時間空気中で１５０℃で乾燥して中間物炭素棒内に酸化鉄を付着させた。付着した酸化鉄から、最終炭素熱源の５％の重量増加が生じた。
【００７５】
実施例  ３
中間物炭素棒の酸化鉄ゾル中での浸漬時間を変化させて実施例２と同じ方法を行った。浸漬時間に対する最終炭素熱源の形成された重量増加を図３に示す。
【００７６】
実施例  ４：ＣＯ／ＣＯ２ 放出ガス比
くん煙（smoldering）試験を（改変酸素指数法を用い）、２０％酸素／８０％窒素雰囲気中で行った。浸漬時間に対するＣＯ／ＣＯ２ 放出ガスの比の変動（ＦＴＩＲ分光分析法で測定）を図４に示す。ＣＯ／ＣＯ２ 比は、対照炭素ペレット（酸化鉄を充填しなかった）に対するよりも、酸化鉄充填炭素ペレットに対する方が非常に低い。２分の浸漬時間が、ＣＯ／ＣＯ２ 比（１％）について最小の観察を生じた。
【００７７】
実施例  ５：熱放出
示差走査熱量計（ＤＳＣ）を使用して、空気中でペレットのくん煙中に放出された熱を測定した。結果を下表１に示す。
【００７８】
0003655649.tif 000002
【００７９】
従って本発明は、燃焼したとき非常に少ない一酸化炭素を形成する熱源を作るため、金属酸化物プリカーサーを含有するゾルと炭素質材料を接触させる方法を提供することが判る。当業者は、例示のために示し、限定するものでない望ましい例以外に本発明を実施できることは認めるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱源の一例の端面図である。
【図２】本発明の熱源を使用できる喫煙物品の長手方向断面図である。
【図３】酸化鉄ゾル中での中間物炭素棒の浸漬時間の関数としての炭素質熱源の重量増加％を示す。
【図４】酸化鉄ゾル中での中間物炭素棒の浸漬時間の関数としてのＣＯ／ＣＯ２ 放出ガスの比を示す。
【符号の説明】
２２  多頂点星形の長手方向空気流通路
【図１】
0003655649.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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