УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА КУРИТЕЛЬНОГО ИЗДЕЛИЯ НЕСЖИГАЕМОГО ТИПА
CARBON-BEARING COMPOUND FOR FABRICATION OF NON-COMBUSTIBLE SMOKING PRODUCT HEATING ELEMENT

Настоящее изобретение относится к углеродсодержащей композиции для нагревательного элемента курительного изделия несжигаемого типа.
Табак является типичным материалом, издающим аромат, который вместе с дымом (аэрозолем), образующимся при горении листьев табака, воспринимается, принося удовольствие, вкусовыми или обонятельными органами человека.
В последние годы созданы вместо или дополнительно к табаку курительные изделия несжигаемого типа для вкушения аромата и вкуса табака и для вкушения аэрозоля без сжигания листьев табака. Эти курительные изделия несжигаемого типа содержат источник тепла в виде нагревательного элемента, расположенного на конце, и ароматовыделяющий элемент, в котором ароматовыделяющий элемент удерживают в соответствующем носителе. Нагревательный элемент физически отделен от ароматовыделяющего элемента, выделяющего аэрозоль, содержащий ароматизирующий компонент. В курительных изделиях данного типа нагревательный элемент поджигают, и теплом, выделяющимся при горении, нагревают ароматовыделяющий элемент без его сжигания для образования аэрозоля, содержащего ароматизирующий компонент. Курильщик вдыхает аэрозоль для вкушения аромата.
В качестве нагревательного элемента используют исключительно углеродсодержащую композицию. Предлагались различные решения для сокращения количества угарного газа, выделяющегося во время горения нагревательного элемента.
Например, в опубликованной заявке Японии 2-215373 раскрыт нагревательный элемент, содержащий карбид металла, углерод и связующее. В этом нагревательном элементе используют заданные диаметр частиц и удельную поверхность карбида металла для повышения скорости горения нагревательного элемента и для сокращения количества выделяемого им угарного газа.
В опубликованной заявке Японии 3-272675 раскрыт нагревательный элемент, содержащий нитрид металла, углерод и связующее. В этом источнике тепла из нитрида металла образуется оксид металла при горении, а оксид металла способствует переходу угарного газа в двуокись углерода и таким образом сокращают количество выделяющегося угарного газа. В патенте США №4881556 раскрыт углеродсодержащий топливный элемент, содержащий углерод и связующее. В этом топливном элементе плотность и форму топливного элемента изменяют так, чтобы повысить горючесть топливного элемента, таким образом сокращая количество выделяющегося угарного газа. Кроме того, в патенте США №5595577 раскрыта углеродсодержащая нагревательная композиция, содержащая оксид металла. У этой композиции образование угарного газа сокращено путем осаждения оксида металла на нагревательную композицию. Кроме того, в опубликованной заявке США 2004/0173229 А1 раскрыт горючий материал, содержащий ультратонкий металлический катализатор. В этом горючем материале на металлическом катализаторе угарный газ преобразуется в двуокись углерода и таким образом сокращается количество угарного газа.
В опубликованной заявке Японии 10-179112 раскрыта композиция нагревательного элемента, содержащая углерод, связующее, негорючий графит и калий. В этой композиции нагревательного элемента количество угарного газа сокращено путем регулирования количества калия.
Эти прототипы углеродсодержащих источников тепла все же являются недостаточными с точки зрения сокращения количества выделяющегося угарного газа. Кроме того, нагревательная композиция, в которой используют катализатор окисления угарного газа, обладает недостатками, связанными с обеспечением надежности курительного изделия. Кроме того, средство для сокращения количества угарного газа, захватываемого ртом, целесообразно снабжать фильтром, расположенным на курительном изделии и обладающим вентилирующим эффектом. Однако вентилирующее действие фильтра сильно меняет аромат и вкус изделия из-за разбавления их воздухом.
Целью настоящего изобретения является создание композиции нагревательного элемента курительного изделия несжигаемого типа, посредством которого можно дополнительно сократить количество угарного газа, образующегося при горении нагревательного элемента, без ухудшения стабильности горения из-за использования добавок, включающих катализатор для окисления угарного газа, и без изменения аромата и вкуса, вызываемых вентиляцией фильтра.
Вышеприведенная задача решается настоящим изобретением посредством углеродсодержащей композиции для нагревательного элемента курительного изделия несжигаемого типа, содержащей карбонат кальция в количестве 30-55 вес.%.
На чертежах:
Фиг.1 - продольное сечение варианта выполнения курительного изделия несжигаемого типа.
Фиг.2 - диаграммы температуры внутри углеродсодержащей нагревательной композиции во время ее горения для обеспечения процесса курения.
Далее приводится подробное описание настоящего изобретения.
Углеродсодержащая композиция для нагревательного элемента курительного изделия несжигаемого типа содержит согласно изобретению 30-55 вес.% карбоната кальция (в форме частиц). Если количество карбоната кальция меньше 30 вес.%, то невозможно эффективно сократить количество выделяющегося угарного газа. С другой стороны, если количество карбоната кальция превышает 55 вес.%, то количество затяжек при курении курительного изделия заметно сокращается, что практически неприемлемо.
Обычно углеродсодержащая нагревательная композиция по изобретению содержит помимо карбоната кальция и углерода связующее для связывания карбоната кальция углеродом. Количество связующего предпочтительно составляет 5-15 вес.%. Если количество связующего меньше 5 вес.%, то наблюдается тенденция к тому, что с помощью этого связующего не обеспечивается достаточная прочность скрепления. С другой стороны, если количество связующего превышает 15 вес.%, то сокращается количество углерода, содержащегося в композиции нагревательного элемента, в результате чего наблюдается тенденция к тому, что нагревательная композиция плохо горит.
В качестве связующего можно использовать, например, альгинатную соль, карбоксиметилцеллюлозу или ее соль, пектин или его соль, каррагенан или его соль и гуаровую камедь.
Как сказано выше, углеродсодержащая нагревательная композиция по изобретению содержит 30-55 вес.% карбоната кальция, а остальное составляет углерод, включая случай, когда нагревательная композиция содержит связующее. Источник углерода (в форме частиц) не особенно ограничен, и можно использовать любые известные виды углерода.
При использовании углеродсодержащей нагревательной композиции по изобретению можно сократить количество угарного газа, выделяющегося при горении нагревательного элемента, до 60% и менее в сравнении с обычным курительным изделием с углеродсодержащим источником тепла.
Механизм, благодаря которому при использовании углеродсодержащей нагревательной композиции по изобретению заметно сокращается количество выделяющегося угарного газа, пока еще не выяснен. Однако считается, что одна причина заключается в том, что температура горения углеродсодержащей нагревательной композиции по изобретению является относительно низкой. Это означает, что температура горения углеродсодержащей нагревательной композиции по изобретению не превышает 1000°C. Общеизвестно, что количество выделяющегося угарного газа увеличивается с увеличением температуры горения. Так как наиболее высокая температура, которая может быть достигнута при горении углеродсодержащей нагревательной композиции по изобретению, не превышает 1000°C, считается, что количество выделяющегося угарного газа заметно сокращается.
.
В этой связи, если используют карбонат кальция с диаметром частиц 0,08-0,15 мкм в качестве карбоната кальция в углеродсодержащей нагревательной композиции по изобретению, то количество выделяющегося угарного газа во время горения при курении может быть дополнительно сокращено в сравнении со случаем использования карбоната кальция с диаметром частиц, превышающим 18 мкмНапример, если количество карбоната кальция в углеродсодержащих нагревательных композициях одинаковое, то при использовании карбоната кальция с диаметром частиц в пределах 0,08-0,15 мкм может быть сокращено количество выделяющегося угарного газа до 50-80% количества угарного газа, выделяющегося при использовании карбоната кальция с диаметром частиц, превышающим 18 мкм.
Углеродсодержащая композиция по изобретению может быть сформована в виде нагревательного элемента по технологии формования, например экструзионного формования.
Нагревательный элемент, полученный из углеродсодержащей композиции по изобретению, можно использовать в различных курительных изделиях несжигаемого типа, в которых нагревательный элемент и материал, выделяющий аэрозоль, расположены так, что они физически отделены друг от друга.
Один пример курительного изделия несжигаемого типа, в котором используют нагревательный элемент, состоящий из углеродсодержащей нагревательной композиции по изобретению, описан ниже со ссылкой на Фиг.1.
Курительное изделие несжигаемого типа 10, показанное на Фиг.1, содержит секцию 11, выделяющую аэрозоль при нагреве, причем аэрозоль содержит ароматизирующий компонент. В примере, представленном на Фиг.1, выделяющая аэрозоль секция 11 состоит из первой выделяющей аэрозоль части 111 и второй выделяющей аэрозоль части 112. Первая выделяющая аэрозоль часть 111 содержит полый цилиндр, изготовленный из термостойкого материала, например алюминия или нержавеющей стали, заполненный, например, скрошенными листьями табака или табачной крошкой. Вторая выделяющая аэрозоль часть 112 содержит подобный же полый цилиндр, заполненный, например, табачной крошкой. Первая выделяющая аэрозоль часть 111 и вторая выделяющая аэрозоль часть 112 контактируют друг с другом и расположены в продольном направлении курительного изделия 10.
Углеродсодержащий нагревательный элемент 12, выполненный из композиции по изобретению, расположен около переднего конца выделяющей аэрозоль секции 11 (около переднего конца первой выделяющей аэрозоль части 111) таким образом, чтобы он был физически отделен от выделяющей аэрозоль секции 11. В источнике тепла 12 в осевом направлении выполнено сквозное отверстие 121 для забора внешнего воздуха. В общем, внешняя круговая поверхность нагревательного элемента 12 окружена теплостойким элементом 13, состоящим, например, из стекловолокна. Кроме того, может быть установлен обычный фильтр 14 около заднего конца выделяющей аэрозоль секции 11 (около заднего конца второй выделяющей аэрозоль части 112). Кроме того, вся внешняя круговая поверхность аэрозольной генерирующей секции 11, фильтр 14 и часть круговой поверхности нагревательного элемента 12, окруженные теплостойким элементом 13, завернуты в оберточный материал 15, изготовленный из теплоизоляционного материала с образованием единого объекта. Такое курительное изделие несжигаемого типа 10 может иметь внешний вид обычной сигареты.
Настоящее изобретение ниже описано на Примерах, но оно не ограничено этими Примерами.
Примеры 1-4 и Сравнительный Пример 1
Углеродсодержащие источники тепла были сформованы из композиций, содержавших карбонат кальция (12-55 вес.%), связующее (10 вес.%) и углерод (остальные 78-35 вес.%), как показано в Таблице 1. Курительные изделия конструкции, представленной на Фиг.1, были изготовлены с использованием углеродсодержащих источников тепла. Курительные изделия подвергали испытаниям, имитирующим курение, на автоматической курительной машине при стандартных условиях курения (стандартная методика измерения TIOJ, 4-е издание, приложение 1) и определяли суммарное количество твердых частиц (СКТЧ) и количество выделявшегося угарного газа. Результаты испытаний представлены в Таблице 1.
Таблица 1Содержание карбоната кальция, количество выделявшегося угарного газа и наиболее высокая температура горения
Содержание карбоната кальция, вес.%
Суммарное количество твердых частиц (СКТЧ), мг/курительн. изделие
Количество выделявшегося угарного газа, мг/курительн. изделие
Наивысшая температура горения, °С
Сравнительный пример 1
12
0,72
10,3
1074,5
Пример 1
30
0,68
4,4
968,4
Пример 2
40
0,43
3,3
913,0
Пример 3
50
0,31
1,3
838,6
Пример 4
55
0,24
0,8
-
Как показано в Таблице 1, при использовании курительного изделия, изготовленного с использованием нагревательного элемента из углеродсодержащей композиции, содержащей не менее 30 вес.% карбоната кальция, возможно заметное сокращение количества выделяющегося угарного газа в сравнении с курительным изделием, изготовленным с использованием углеродсодержащей нагревательной композиции, содержащей менее 30 вес.% карбоната кальция. Кроме того, при использовании курительного изделия, изготовленного с применением углеродсодержащей нагревательной композиции, содержащей не менее 30 вес.% карбоната кальция, наблюдается тенденция к сокращению СКТЧ в сравнении с курительным изделием, изготовленным с использованием углеродсодержащей нагревательной композиции, содержащей менее 30 вес.% карбоната кальция.
Кроме того, определяли наиболее высокую температуру горения внутри нагревательного элемента при имитации курения изделий каждого из Примеров 1-3 и Сравнительного Примера 1 на автоматической курительной машине при стандартных условиях курения (стандартная методика измерения TIOJ, 4-е издание, приложение 1). Результаты также представлены в Таблице 1.
На Фиг.2 представлены диаграммы температуры внутри углеродсодержащей нагревательной композиции во время горения при курении. На Фиг.2 показаны результаты испытаний: кривая а относится к Сравнительному примеру 1, кривая b - к Примеру 1, кривая c - к Примеру 2 и кривая d - к Примеру 3. Эти кривые отклонены друг от друга на Фиг.2, что четко показывает изменения температуры при испытаниях каждого образца. Острые пики каждой кривой на Фиг.2 указывают на затяжки.
Во время горения при курении курительного изделия, в котором используют углеродсодержащий нагревательный элемент, температура становится наиболее высокой в окрестностях третьей - пятой затяжек. В случае использования углеродсодержащей нагревательной композиции, содержащей не менее 30 вес.% карбоната кальция, наиболее высокая температура не превышает 1000°C. Из данных, приведенных в Таблице 1, очевидно, что количество выделяющегося угарного газа заметно сокращается в случае, когда температура горения не превышает 1000°C.
Примеры 5-10
Нагревательный элемент готовили, изменив диаметр частиц карбоната кальция, как это показано в Таблице 2, при фиксированном соотношении компонентов, т.е. при фиксированном содержании карбоната кальция на уровне 30 вес.%, связующего - 10 вес.% и углерода - 50 вес.%. Курительные изделия конструкции, представленной на Фиг.1, были изготовлены с использованием полученных в результате углеродсодержащих источников тепла. Курительные изделия подвергали испытаниям, имитирующим курение, на автоматической курительной машине при стандартных условиях курения (стандартная методика измерения TIOJ, 4-е издание, приложение 1), и определяли количество выделявшегося угарного газа. Результаты испытаний представлены в Таблице 2.
Таблица 2Диаметр частиц карбоната кальция (содержание карбоната кальция 40 вес.%) и количество выделявшегося угарного газа
Диаметр частицы, мкм
Количество выделявшегося угарного газа, мг
Доля выделявшегося угарного газа, %
Пример 5
24,0
4,0
100
Пример 6
18,0
4,0
100
Пример 7
10,5
3,9
97,5
Пример 8
3,2
3,3
82,5
Пример 9
0,15
2,8
70,0
Пример 10
0,08
2,3
57,5
.
Тогда как количество выделявшегося угарного газа при использовании курительного изделия, изготовленного с применением углеродсодержащей нагревательной композиции, содержавшего карбонат кальция с диаметром частиц не менее 18 мкм, было принято за 100%, при использовании курительного изделия, изготовленного с применением углеродсодержащей нагревательной композиции, содержавшей карбонат кальция с диаметром частиц в пределах 0,15-0,08 мкм, оказалось возможным сократить количество выделявшегося угарного газа до 70,0-57,5%Другими словами, при том же содержании карбоната кальция в углеродсодержащем источнике тепла, при использовании карбоната кальция с диаметром частиц в пределах 0,15-0,08 мкм обеспечивается возможность дополнительного сокращения количества выделяющегося угарного газа.
Как сказано выше, по изобретению можно создать композицию углеродсодержащей нагревательной композиции, при использовании которой можно сократить количество выделяющегося угарного газа, в то же время исключая проблему, связанную с надежностью курительного изделия, вызванную использованием добавки, например катализатора для окисления угарного газа, а также исключая проблему, связанную с тем, что аромат и вкус курительного изделия изменяются в результате заметного изменения конструкции курительного изделия, например применения вентиляции фильтра, путем принятия простой меры, заключающейся в том, что количество карбоната кальция в композиции нагревательного элемента для курительного изделия несжигаемого типа должно быть в пределах от 30 вес.% до 55 вес.%.
Дополнительные преимущества и возможности модификации должны быть вполне понятны специалистам в данной области. Таким образом, изобретение в его более широких пределах не ограничено конкретными деталями и представленными репрезентативными вариантами исполнения, описанными в данном документе. В соответствии с этим могут быть осуществлены различные модификации без отступления от сущности или объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения, включая его эквиваленты.