КУРИТЕЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ
SMOKING ARTICLE

Настоящее изобретение относится к изолирующему материалу для использования в курительных изделиях, нагреваемых без горения (HNB - от англ. Heat-Not-Burn).
В HNB курительных изделиях аэрозоль создается за счет нагревания, а не горения, табака и (или) других курительных материалов. Поскольку не происходит горения табака, уменьшается количество побочного дыма и продуктов горения и пиролиза. Также практически исключаются запах, загрязнения и пепел, создаваемые обычными сигаретами. При этом никотин и аромат, ради которых курильщик вдыхает дым, сохраняются.
Примеры HNB сигарет раскрыты в международной публикации № WO 2007/108878. В известных HNB сигаретах этого типа сгораемый углеродосодержащий тепловыделяющий элемент находится на дистальном (т.е. не мундштучном) конце сигареты, и этот тепловыделяющий элемент выделяет тепло для испарения увлажнителей и ароматизаторов из примыкающей табачной секции. Пар, содержащий никотин и ароматизатор, может вдыхаться курильщиком, втягивающим его с мундштучного конца сигареты.
В процессе использования тепловыделяющий элемент может развивать очень высокие температуры, например до примерно 800°C. С тем чтобы снизить температуру наружной поверхности сигареты и предотвратить воспламенение примыкающей табачной секции, тепловыделяющий элемент может быть обернут изоляционным материалом из стекловолокна.
В некоторых HNB сигаретах, непосредственно в тепловыделяющий элемент может быть введен катализатор окиси углерода (CO) с тем, чтобы снизить выделение окиси углерода из сигареты в процессе курения. Однако количество катализатора, которое может быть введено в тепловыделяющий элемент, должно быть достаточно низким с тем, чтобы не ухудшать характеристики горения тепловыделяющего элемента. В результате, в такой конструкции преимущество от снижения выделения CO оказывается не столь значительным.
В соответствии с первой особенностью изобретения предложен изолирующий материал для использования в HNB курительном изделии, содержащий катализатор CO и аэрогель, но не содержащий стекловолокна.
В соответствии со второй особенностью изобретения предложен способ изготовления изолирующего материала в соответствии с первой особенностью.
В соответствии с третьей особенностью изобретения предложено HNB курительное изделие, содержащее изолирующий материал в соответствии с первой особенностью.
В соответствии с четвертой особенностью изобретения предложен способ снижения количества CO в аэрозоле, выделяемом HNB курительным изделием, использующий изолирующий материал в соответствии с первой особенностью.
Как будет подробно раскрыто в нижеследующем описании, предлагаемый безстекловолоконный изолирующий материал позволяет ввести в него большее количество катализатора и обеспечить одновременно как эффективное снижение количества CO в выделяемом аэрозоле, так и снижение температуры наружной поверхности курительного изделия по сравнению с обычно достижимой в известных HNB продуктах, и при этом материал сохраняет свою эффективность в течение всего процесса курения.
В настоящем описании термин "аэрозоль" может охватывать пары, газы, частицы и др. как видимые, так и невидимые, особенно компоненты, воспринимаемые пользователем "как дым", выделяемые под действием тепла от сгорающего тепловыделяющего элемента на вещества, содержащиеся в веществе, генерирующем аэрозоль, или где-либо еще в курительном изделии.
Далее приводится описание предпочтительных вариантов выполнения настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
на фиг. 1 представлен перспективный вид существующего HNB продукта; и
на фиг. 2 представлен вид поперечного сечения дистального (не мундштучного) конца курительного изделия в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения.
На фиг. 1 приведено изображение известного HNB продукта, например, сигареты 1, имеющей тепловыделяющий элемент 3, помещенный на дистальном конце 2 сигареты, и фильтрующую секцию или мундштук 4 на мундштучном конце сигареты. Тепловыделяющий элемент 3 окружен изолирующим материалом из стекловолокна (не показан). Между фильтрующей секцией, или мундштуком 4, и тепловыделяющим элементом 3 находится одна или более табачных секций 5, выполненных с возможностью вырабатывания аэрозоля для выдачи его потребителю. Аэрозоль далее проходит сквозь фильтрующую секцию или мундштук 4 в рот потребителя. Сигарета 1 завернута в подходящий материал обертки, например бумагу.
2
Как было описано выше, возможно нанести катализатор CO непосредственно на тепловыделяющий элемент HNB сигарет для снижения выделения CO из сигареты в процессе курения. Например, в тепловыделяющий элемент 3 могут быть введены металлы, галоидные соединения и (или) оксиды металлов, которые служат катализаторами преобразования CO в двуокись углерода (CO). Однако количество катализатора, который может быть добавлен в тепловыделяющий элемент, должно быть достаточно невелико, чтобы сохранились характеристики горения тепловыделяющего элемента. Этим ограничивается влияние катализатора на снижение содержания CO в вырабатываемом паре.
Автором настоящего изобретения предложен механизм введения большего количества катализатора CO в HNB устройство.
На фиг. 2 представлен вид поперечного сечения дистального конца частного примера HNB курительного изделия 6, в соответствии с одной особенностью настоящего изобретения. HNB курительным изделием 6 может быть сигарета, сигара или сигарилла, физические размеры которой близки размерам обычных сигарет.
Как показано на фиг. 2, тепловыделяющий элемент 7 состоит из стержня горючего углеродосодержащего материала, например углерода, служащего высокотемпературным источником тепла для вырабатывания аэрозоля. Стержень имеет несколько неглубоких продольных пазов 8 и тонкий центральный осевой канал 9. Эти элементы способствуют нагреванию воздуха, проходящего по горячей поверхности стержня, когда курильщик делает затяжку сигаретой в процессе курения.
Тепловыделяющий элемент 7 окружен изолирующим материалом 10, содержащим частицы катализатора 11 CO. Изолирующий материал 10 может иметь одинаковую протяженность с тепловыделяющим элементом 7 (т.е. концы топливного элемента 7 могут располагаться заподлицо с концами изолирующего 10 материала 10). В альтернативном варианте изолирующий материал 10 может быть короче тепловыделяющего элемента 7 либо он может быть длиннее тепловыделяющего элемента 7. Тепловыделяющий элемент 7 может иметь диаметр примерно 2 мм и длину примерно 12 мм. Предпочтительно, толщина изолирующего материала 10 может составлять по меньшей мере примерно 0,5 мм, желательно, по меньшей мере 1 мм, и наиболее желательно, от 1,5 до 2 мм. Изолирующий материал 10 сформирован из аэрогеля и не формируется из стекловолокна или нитей. Изолирующий материал 10 предназначен для затруднения выхода тепла от тепловыделяющего элемента 7 наружу, а также прохождения тепла от тепловыделяющего элемента 7 к примыкающей табачной секции (не показана). Изолирующий материал также фиксирует положение тепловыделяющего элемента 7.
2
Может быть использован любой катализатор, способствующий окислению CO до CO. К подходящим катализаторам относятся металлы, соли металлов, оксиды металлов или их комбинации. В частности, металлом может быть алюминий, медь, железо, никель, цинк, цирконий, переходной металл, лантаноид или актиноид. Металлом может быть драгоценный металл, например рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина, серебро или золото. Примерами солей металлов могут служить цитраты, нитраты, сульфаты, цианаты, гидриды, амиды, тиолаты, карбонаты, галогениды и др. Предпочтительными оксидами металла являются оксид железа, оксид меди, оксид цинка и оксид церия, причем наиболее предпочтителен последний. Предпочтительными галогенидами металла являются хлорид платины и хлорид палладия. Могут быть использованы смеси этих катализаторов.
Катализатор может быть помещен на подложку или носитель, выполненные, например, из графита, активированного угля, оксида меди, алюминия или титана. Носитель может быть равномерно покрыт катализатором в количестве примерно от 0,1% до 10% от полного сухого веса покрытой подложки или носителя.
Катализатор может быть в виде крупных частиц, мелких частиц или мельчайших частиц. Грубыми частицами являются частицы диаметром примерно от 2,5 до 200 мкм. Мелкими частицами являются частицы диаметром примерно от 100 нм до 2,5 мкм. Мельчайшими частицами являются частицы диаметром менее примерно 100 мкм. Обычно средний диаметр частиц находится в интервале примерно от 1 нм до 100 мкм, например примерно от 10 нм до 10 мкм. Катализатор в форме частиц имеется на рынке.
Одна особенность настоящего изобретения относится к добавлению катализатора CO к изолирующему материалу при его изготовлении. Изготовление изолирующих материалов, состоящих из золь-гелей, аэрогелей или пенокерамик хорошо известно. Катализатор может быть добавлен в изолирующий материал в виде сухого порошка, или в растворе или коллоидной форме, путем прямого смешивания со смесью изолирующего материала. Катализатор может быть добавлен в начале и (или) во время процесса смешивания. В другом варианте выполнения, катализатор может быть соэкструдирован с изолирующим материалом. В альтернативном варианте изолирующий материал может быть изготовлен до введения катализатора.
Например, катализатор в подходящей форме может быть нанесен на предварительно отформованный изолирующий материал посредством нанесения покрытия, распыления или погружения. Катализатор может быть нанесен на изолирующий материал непосредственно перед введением этого материала в HNB продукт. Распределение катализатора внутри изолирующего материала может быть беспорядочным или в целом однородным.
Катализатор может быть добавлен в изолирующий материал в любом необходимом количестве, что, в частности, расширяет возможности для получения и регулирования желаемых свойств курительного изделия.
Например, содержание катализатора может составлять примерно от 0,1 мг до 500 мг в HNB продукте, предложенном в настоящем изобретении. Обычно, по меньшей мере 1 мг, а зачастую по меньшей мере 5 мг катализатора может находиться в HNB продукте, предложенном в настоящем изобретении. Катализатор в HNB продукте, предложенном в настоящем изобретении, может находиться в количестве примерно от 5 мг до 20 мг. Количество катализатора в HNB продукте, может, однако, превышать примерно 20, 50, 100, 200, 300 мг или даже 400 мг. В полученной смеси изолирующего материала и катализатора катализатор может составлять до 75 масс. % получившейся смеси, может, например, составлять до 60, 50, 40, 30, 20 или 10 масс. % получившейся смеси. Минимально смесь может содержать по меньшей мере 10, 20, 30, 40, 50 или 60 масс. % катализатора.
Катализатор желательно добавлять в изолирующий материал в активной форме, иначе говоря, желательно не добавлять его в виде неактивного прекурсора. При этом активизация катализатора, предпочтительно, не зависит от тепла, выделяемого тепловыделяющим элементом в HNB продукте в процессе использования.
Изолирующий материал может быть многослойным. Катализатор CO может быть добавлен одним, двумя, тремя или более слоями. Например, самый внутренний слой может содержать катализатор CO, а остальные слои могут не содержать. Или каждый слой может содержать отличающийся от других катализатор CO.
После формирования изолирующего материала, необходимое количество этого материала, содержащего катализатор, может быть обернуто вокруг тепловыделяющего элемента, имеющего подходящий размер. Либо изолирующий материал и тепловыделяющий элемент могут быть сформированы соэкструзией в непрерывном экструзионном процессе, после чего экструдированный стержень может быть разделен на короткие сегменты требуемого размера. Соответствующие процессы должны быть известны специалистам.
Затем изолированный тепловыделяющий элемент может быть размещен рядом со стержнем табачного материала (сигаретной палочкой). Может быть использован любой табачный материал. Сигаретная палочка может содержать одну или более секций разного табака. Например, первая секция может содержать скрошенный восстановленный табак, содержащий подходящее вещество, способствующее образованию аэрозоля (например, глицерин, триэтиленгликоль, пропиленгликоль или другой многоатомный спирт), а вторая секция может содержать табачную смесь. Нагретый аэрозоль, вырабатываемый в первой секции, может быть направлен по потоку во вторую секцию, в которой нагретому аэрозолю будут сообщены аромат табака и никотин. Таким образом, аэрозоль будет содержать вкус и ароматы табака без многочисленных продуктов сгорания, выделяемых обычной сигаретой. По меньшей мере одна из табачных секций может быть обернута фольгой, способствующей прохождению аэрозоля в направлении по потоку.
Сигаретная палочка может быть размещена рядом с фильтрующим элементом или мундштуком. Если используется фильтр, он может состоять из пучка волокон ацетата целлюлозы, бумаги или другого подходящего фильтрующего материала, как в обычных сигаретах.
Обычно соединенные сегменты далее обертываются наружной оберткой, и в результате получается готовый HNB продукт.
Предусматриваются и включаются в настоящее изобретение и другие компоненты сигарет (например, добавки, например ароматизаторы, увлажнители, связующие вещества и адгезивы), варианты конструкции компонентов (например, вентилируемые фильтры) и варианты и форматы конструкции.
При использовании курильщик поджигает дистальный конец HNB продукта, предложенного в настоящем изобретении, после чего начинается горение тепловыделяющего элемента. В результате этого процесса горения может вырабатываться аэрозоль, и (или) тепло, выделяемое горящим тепловыделяющим элементом, может передаваться к соседней табачной секции посредством кондуктивного, конвективного или иного механизма, для формирования там аэрозоля. Когда курильщик делает затяжку HNB продуктом, горячий аэрозоль проникает сквозь одну или более расположенных далее по потоку табачных секций, для выделения из табака летучих компонентов, без горения и заметного пиролиза. Летучие компоненты, например аромат и никотин, увлекаются воздухом, протягиваемым через один или более табачные сегменты. Далее аэрозоль проходит через фильтрующую секцию или мундштук на мундштучном конце HNB продукта и попадает в рот пользователю. Таким образом, в процессе курения HNB продукт выделяет вдыхаемый из курительного изделия видимый аэрозоль, напоминающий дым, выходящий из обычной сигареты.
Благодаря введению катализатора CO в изолирующий материал вокруг горючего источника тепла в HNB продукте, возможно снизить выделение CO из сигареты. Действительно, катализатор CO способствует окислению CO в горячем воздухе или аэрозоле, проходящих через тепловыделяющий элемент и далее в расположенную ниже по потоку секцию (-и) HNB продукта, тем самым снижая количество CO, находящегося в газообразных продуктах сгорания, выделяемых при горении тепловыделяющего элемента. В предпочтительном варианте степень снижения количества CO, достигаемая в HNB продукте в соответствии с изобретением, больше достигнутой в традиционных известных HNB продуктах.
В изобретении также предложен способ снижения количества CO в аэрозоле, вырабатываемом HNB курительным изделием. При осуществлении способа вводят катализатор CO в изолирующий материал, окружающий тепловыделяющий элемент в HNB курительном изделии. Описание изолирующего материала и катализатора приведено в настоящем раскрытии.
Автор настоящего изобретения считает, что стекловолокно, скорее всего, не является подходящим материалом для изоляции тепловыделяющего элемента при наличии катализатора CO, поскольку введение других материалов в стекловолокно изменило бы его структурные свойства.
Катализаторы CO более эффективны, когда они размещаются в непосредственной близости к тепловыделяющему элементу, поскольку их эффективность максимальна при высоких температурах (более примерно 200°C). Действительно, было установлено, что катализаторы CO менее эффективны при использовании в других частях курительного изделия, вдали от тепловыделяющего элемента.
Другое преимущество помещения катализатора CO внутри изолирующего слоя состоит в том, что катализатор не разрушается процессом горения, как это было бы при его добавлении в тепловыделяющие ячейки, как это описано в WO 2007/108878. Поэтому эффективность катализатора в окислении CO сохраняется в течение всего процесса курения.
Изолирующий материал, на основе безволоконного и обладающего превосходными изолирующими качествами аэрогеля, существенно не меняет своих структурных свойств при введении в него катализатора и может дополнительно снижать температуру наружной поверхности курительного изделия по сравнению с обычно достижимой в известных HNB продуктах. Традиционные изолирующие материалы, например стекловолокно, допускают повышение температуры поверхности до 400°C или около этого. Настоящее изобретение позволяет достичь более низких температур поверхности, что снижает связанную с температурой угрозу безопасности.
Курительные изделия в соответствии с настоящим изобретением могут быть упакованы для их транспортирования, продажи и использования.
Выше приведено описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения. Специалистам, однако, должно быть понятно, что в них могут быть сделаны изменения и модификации без отступления от области притязаний изобретения.