Табачный субстрат
Изобретение относится к курительному изделию, которое содержит табачный субстрат, причем табачный субстрат содержит табак и аэрогель. Технический результат заключается в обеспечении высокой твердости и монолитности табачного субстрата. 4 н. 17 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к курительному изделию, содержащему табачный субстрат, имеющий свойства твердости и пропускания воздушного потока, которые могут быть по существу независимыми от количества табака в табачном субстрате.
Курительные изделия обычно содержат табачный субстрат. Например, обычные сигареты содержат табачный стержень в качестве табачного субстрата, вместе с фильтром, соединенным конец-к-концу с табачным стержнем. В других примерах курительное изделие содержит табачный субстрат, который выполнен таким образом, чтобы его следовало скорее нагревать, чем сжигать. В других примерах курительное изделие содержит табачный субстрат, который выполнен таким образом, чтобы его следовало не нагревать и не сжигать. В некоторых таких примерах курительное изделие может быть выполнено таким образом, чтобы при его использовании осуществлялась доставка одного или более компонентов табака посредством прохождения воздуха через курительное изделие с использованием химической реакции или сочетания прохождения воздуха и химической реакции.
Что касается обычных сжигаемых курительных изделий, то некоторые потребители предпочитают сигареты, при использовании которых имеет место уменьшенная доставка частиц (иногда называемая низкой доставкой). Например, при использовании некоторых таких сигарет имеет место доставка смолы менее 3,0 мг, менее 1,0 мг или менее 0,1 мг смолы. Известно, что для этой цели используют вспученный табак. Однако при плотности табака ниже определенного уровня твердость и монолитность табачного субстрата могут стать неприемлемо низкими. Кроме того, при изготовлении вспученного табака некоторые ожидаемые ароматические компоненты табака улетучиваются.
Для определенных курительных изделий является желательным, чтобы воздух мог проходить через табачный субстрат. Может быть также желательным, чтобы при проходе воздуха через табачный субстрат обеспечивался относительно высокий уровень его контакта с табаком в табачном субстрате.
Кроме того, в определенных случаях предлагалось добавлять определенные функциональные материалы в табачные субстраты. Например, предлагалось добавлять катализаторы, сорбенты, ароматизаторы или их сочетания в табачный субстрат для воздействия на одно или более свойств газа и частиц, проходящих через табачный субстрат.
Аэрогели являются высокопористым синтетическим материалом, получаемым из геля, в котором жидкий компонент геля заменен газом. В результате получается твердое вещество со структурой с открытыми ячейками и низкой плотностью. Несмотря на их название, аэрогели представляют собой твердые, сухие материалы, непохожие на гель их физическими свойствами; название происходит от того, что их получают из гелей. По весу гели соответствуют жидкостям, но по своему поведению они подобны твердым веществам благодаря трехмерной сшитой молекулярной структуре внутри жидкости. Гели обычно представляют собой дисперсию молекул жидкости внутри твердого вещества, в которой твердое вещество представляет собой непрерывную фазу, а жидкость - дисперсную фазу.
Аэрогели часто бывают хрупкими, но обычно они структурно прочны. В некоторых случаях их впечатляющая способность выдерживать нагрузку может быть объяснена древовидной микроструктурой, в которой сферические частицы, средний размер которых составляет около 2-5 нанометров (нм), сплавлены вместе в кластеры. Эти кластеры могут образовывать очень пористую трехмерную структуру почти фрактальных цепей, в некоторых случаях с порами размером до около 100 нм. Средний размер и плотность пор можно регулировать во время процесса изготовления.
Для простоты изложения, данная заявка относится к аэрогелям, но специалисту в данной области должно быть также понятно, что табачный субстрат может содержать любую структуру с открытыми порами, образованную из геля, например ксерогели и криогели, в дополнение аэрогелям или вместо аэрогелей. Во многих вариантах выполнения структура с открытыми порами, образованная из геля, по существу может быть замещена аэрогелями, используемыми так, как это описано ниже, или аэрогель может быть замещен ксерогелем или криогелем.
Было бы желательным создание новых курительных изделий, содержащих табачный субстрат, содержащий уменьшенное количество табака в сравнении с обычными курительными изделиями, в которых при этом сохранялась бы жесткость или твердость табачного субстрата. Было бы также желательным иметь возможность модифицировать свойства воздушного потока (например, сопротивление затяжке (СЗ)), втягиваемого через табачный субстрат.
Было бы также желательно обеспечить новые курительные изделия, содержащие табачный субстрат с большой площадью поверхности, которую можно было бы использовать для повышения эффективности функциональных материалов. Повышение эффективности функциональных материалов в табачном субстрате позволяет вводить меньше функционального материала в табачный субстрат, при этом сохраняя требуемые результаты, получаемые посредством использования функционального материала.
По изобретению предлагается курительное изделие, содержащее табачный субстрат, обладающий плотностью табака 150 мг/см3 или менее и твердостью 4 мм или менее (соответствующей жесткости около 60% или более). Это курительное изделие обладает свойствами воздушного потока (например, сопротивлением затяжке) и жесткостью или твердостью, которые по существу не зависят от количества табака в табачном субстрате. Кроме того, при использовании курительного изделия может быть обеспечен уровень доставки смолы, по существу независящей от твердости табачного субстрата.
Во многих вариантах выполнения курительное изделие содержит, по меньшей мере, часть табачного субстрата, превращенного из геля в структуру с открытыми порами и включающего табак. Во многих вариантах выполнения курительное изделие содержит табачный субстрат, содержащий аэрогель и табак. Функциональные материалы могут быть диспергированы в аэрогеле, а конкретный функциональный материал и количество функционального материала могут быть выбраны на основании желаемого результата благодаря использованию функционального материала. Табак может быть диспергирован в аэрогеле, и количество табака может быть выбрано согласно требованиям (например, по доставке смолы), предъявляемым к табачному субстрату. Аэрогель можно использовать для обеспечения структурных свойств табачного субстрата. Например, аэрогель может быть сформирован в виде сплошного, или непрерывного, элемента, образующего весь табачный субстрат или часть табачного субстрата. В других примерах аэрогель может быть включен в табачный субстрат в виде множества частиц, диспергированных в табачном субстрате.
Создание курительных изделий по изобретению ведет к эффективному способу улучшения табачного субстрата посредством включения табака в аэрогель. Использование аэрогеля позволяет желаемым образом регулировать содержание табака в табачном субстрате. Аэрогель также позволяет табачному субстрату иметь высокую площадь поверхности для контакта с потоками газа и частиц, проходящими через субстрат, благодаря чему может быть повышена эффективность функциональных материалов, диспергированных внутри аэрогеля. Аэрогелю может быть придана любая форма, и посредством его могут быть приданы физические или структурные свойства табачному субстрату, которые могут быть по существу независимы от количества табака в табачном субстрате.
В некоторых вариантах выполнения курительные изделия по изобретению содержат табачный субстрат, содержащий аэрогель, образующий структуру с открытыми порами. Табачный субстрат содержит табак, диспергированный внутри аэрогеля. Из аэрогеля может быть образована некоторая часть или вся физическая структура табачного субстрата, или аэрогель может быть в виде множества частиц аэрогеля, диспергированных в табачном субстрате. Во многих вариантах выполнения аэрогель образует физическую структуру табачного стержня. Например, аэрогель обеспечивает структурные свойства, благодаря которым обеспечиваются требуемая форма или твердость, или и форма и твердость табачных стержней.
Термин «структура с открытыми порами» относится к структуре, содержащей сеть или матрицу, образующую соединенные полости или поры. Аэрозоль, газ или пар могут проходить через структуру с открытыми порами через соединенные полости или поры аэрогеля. Во многих вариантах выполнения эти полости или поры имеют средний размер менее 500 мкм или менее 250 мкм, или менее 100 мкм. Размер полостей или пор может быть определен посредством разрезания частицы или части сплошного элемента структуры с открытыми порами и измерения наибольшего размера поперечного сечения каждой из полостей или пор. Средний размер полостей или пор определяют как среднее арифметическое этих измеренных величин. Эта структура с открытыми порами позволяет проход газов и, в некоторых случаях, частиц, захваченных газами, через структуру аэрогеля. Размер пор структуры с открытыми порами может быть выбран таким образом, чтобы обеспечивалось сопротивление затяжке, подобное сопротивлению затяжке табачного стержня обычного курительного изделия. Во многих вариантах выполнения табачный стержень, содержащий аэрогель или структуру с открытыми порами, обладает сопротивлением затяжке в диапазоне от около 10 мм до около 70 мм водяного столба или от около 20 мм до около 50 мм водяного столба. Во многих вариантах выполнения курительное изделие (содержащее как табачный стержень, содержащий аэрогель или структуру с открытыми порами, так и другие элементы курительного изделия) обладает сопротивлением затяжке в диапазоне от около 50 мм до около 140 мм водяного столба или от около 60 мм до около 120 мм водяного столба. Таким образом, ощущения при курении курительных изделий, описанных в данном документе, могут быть сравнимы с традиционными курительными изделиями.
Термин «твердость» означает сопротивление сжатию. Твердость обычно определяют посредством укладки 15 сигарет в три уровня (укладки шести, пяти и четырех сигарет) в держателе в виде трапецеидальной опоры фиксированной площади. Держатель выполнен таким образом, чтобы шесть сигарет занимали базовый уровень, пять сигарет занимали средний уровень и четыре сигареты занимали верхний уровень, а боковые стороны держателя плотно прилегали к ним. С верхней открытой стороны держателя четыре сигареты верхнего уровня открыты для воздействия сжимающей плитой. Заполненный сигаретами держатель помещают под сжимающую плиту таким образом, чтобы сжимающая плита была расположена для контакта с центральным участком размером 40 мм табачных субстратов четырех сигарет, находящихся в непосредственном контакте с плитой (плита является достаточно широкой, чтобы она контактировала со всеми четырьмя верхними сигаретами, и ее длина равна 40 мм, для контакта центрального участка размером 40 мм, как упомянуто выше). Сигареты сначала сжимают плитой весом 100 г, пока положение сигарет не стабилизируется. Затем к образцу прикладывают дополнительный вес 1400 г в течение 30 секунд. По истечении 30 секунд измеряют величину сжатия в мм, по которой определяют твердость сигарет. Эти испытания проводят при температуре окружающей среды 22°С±2°С. Во многих вариантах выполнения курительное изделие обладает твердостью около 4,0 мм или менее, или 3,5 мм или менее, или 3,0 мм или менее, или 2,5 мм или менее. В некоторых предпочтительных вариантах выполнения курительное изделие обладает твердостью от около 3,5 мм до около 2,5 мм.
Термин «жесткость» также означает сопротивление сжатию. Жесткость обычно определяют посредством приложения нагрузки 2 кг к 10 сигаретам в течение 20 с и измерения среднего диаметра сжатых сигарет. Жесткость (%) = (диаметр сжатой сигареты/номинальный диаметр несжатой сигареты)×100. Эти испытания проводят при температуре окружающей среды 22°С±2°С. Испытания можно проводить с использованием коммерческого плотномера DD60A (Borgwaldt KG GmbH, г. Гамбург, Германия). Это устройство содержит две пары параллельных металлических цилиндров, где каждый цилиндр имеет длину 160 мм и диаметр 10 мм. Два цилиндра располагают параллельно на расстоянии 16 мм друг от друга под сигаретами, и они служат опорой для сигарет, а сигареты располагают таким образом, чтобы табачный стержень лежал поперек двух цилиндров (любой имеющийся фильтр не должен контактировать с цилиндрами во время испытаний). Вторую пару цилиндров выравнивают относительно первой пары цилиндров таким образом, чтобы, во время испытаний, первую пару цилиндров и вторую пару цилиндров с сигаретами между ними можно было приближать друг к другу. Пара цилиндров, которыми поддерживают сигареты, остается неподвижной во время испытаний. Другая пара цилиндров установлена с возможностью перемещения к 10 сигаретам, и с ее помощью передают нагрузку, образующую 2 кг, в поперечном направлении к табачным стержням 10 сигарет. Нагрузку удерживают на сигаретах в течение 20 с и измеряют размер в сжатом состоянии, затем испытания завершают. Сигареты также отделяют друг от друга таким образом, чтобы они не контактировали друг с другом во время испытаний. Для поддержания кончиков десяти сигарет и для обеспечения условия, согласно которому десять сигарет должны оставаться параллельными друг другу и находиться на одинаковом расстоянии друг от друга во время испытаний, можно использовать рамку.
Жесткость может также зависеть от количества термически выпариваемых летучих веществ (OV) табачного стержня, и поэтому требуются определение OV и коррекция OV. Эту скорректированную жесткость вычисляют по следующей формуле: скорректированная жесткость = измеренная жесткость + (стандартное количество OV - измеренное количество OV) × поправочный коэффициент. Стандартное количество OV обычно принимают за 12,5%, но может быть использовано и другое значение стандартного количества, если требуется. Поправочный коэффициент составляет -3,3.
Понятно, что значения твердости согласуются со значениями жесткости. Что касается значения твердости, то чем оно выше, тем мягче сигарета. Что касается значения жесткости, то чем оно выше, тем тверже сигарета. Для сигарет стандартного диаметра (т.е. диаметра 7,85 мм) уравнение для определения жесткости представляется приблизительно таким: жесткость = 100-10×(твердость). Например, в некоторых вариантах выполнения табачный субстрат имеет твердость: около 4,0 мм или менее (жесткость около 60% или более); около 3,5 мм или менее (жесткость около 65% или более); или около 3,0 мм или менее (жесткость около 70% или более); или 2,5 мм или менее (жесткость около 75% или более). В некоторых вариантах выполнения табачный субстрат имеет твердость от около 3,5 мм (жесткость около 65%) до около 2,5 мм (жесткость около 75%).
Следующие испытания можно использовать для измерения количества летучих веществ, выделяющихся в термостате. Образец табачного материала помещают в герметичный контейнер при нормальных атмосферных условиях (относительная влажность 60%, температура 22°C) и взвешивают образец вместе с контейнером. Затем контейнер помещают в термостат при температуре 103°C и крышку контейнера открывают, чтобы образец находился в условиях, поддерживаемых в термостате. Образец и открытый контейнер оставляют в термостате при температуре 103°C в течение 100 мин. Затем контейнер и образец извлекают из термостата и крышку закрывают, и герметически закрытый контейнер и образец оставляют для охлаждения вне термостата в течение не менее 20 мин. Затем определяют общую массу контейнера с образцом и измеренное количество термически выпариваемых летучих веществ вычисляют по следующей формуле: измеренное количество термически выпариваемых летучих веществ = (первая измеренная масса - вторая измеренная масса/первая измеренная масса - масса контейнера)×100.
Термин «плотность табака» означает массу табака (измеренную в граммах) единицы объема табачного субстрата или стержня (выраженной в см3).
Аэрогели, пригодные для использования в табачном субстрате, могут обладать плотностью менее чем около 0,35 г/см3 или менее чем около 0,1 г/см3, или менее чем около 0,05 г/см3. Эти аэрогели могут обладать площадью поверхности более чем около 500 м2/г или более чем около 750 м2/г, или более чем около 1000 м2/г, определяемой с использованием ртутной порометрии. Эти аэрогели могут содержать объем пор (или объем газа), образующий, по меньшей мере, около 50% или, по меньшей мере, около 75%, или, по меньшей мере, около 90%.
Аэрогели, пригодные для использования в табачном субстрате, могут быть изготовлены посредством создания геля в растворе и последующего тщательного удаления жидкости с сохранением структуры аэрогеля в нетронутом состоянии. Гель изготавливают, например, посредством объединения табака с гелеобразующим веществом и жидкостью. Во многих вариантах выполнения жидкость удаляют из геля посредством сверхкритической экстракции или сверхкритической сушки.
Сверхкритическую экстракцию или сушку проводят посредством повышения температуры и давления геля для перевода жидкости в сверхкритическое состояние текучей среды (в котором ее жидкая и газовая фазы становятся неразличимыми). При последующем сбрасывании давления жидкость улетучивается и удаляется, и образуется аэрогель.
В некоторых вариантах выполнения гель помещают в резервуар под давлением, и резервуар заполняют жидким диоксидом углерода. Жидкий диоксид углерода является по существу растворителем, который может заместить жидкость (например, воду или растворитель) в порах геля. Гель вымачивают в жидком диоксиде углерода в течение нескольких дней. Диоксид углерода замещает жидкость в порах геля. Затем диоксид углерода нагревают выше критических значений температуры (31°С) и давления (73 атм). Затем в резервуаре изотермически сбрасывают давление и в результате получают аэрогель.
Во многих вариантах выполнения гель изготавливают посредством соединения табака, гелеобразующего вещества и воды. Табак может составлять часть структуры аэрогеля с открытыми порами и может образовать, по меньшей мере, часть открытых пор или полостей структуры с открытыми порами. Табак можно использовать в любой пригодной форме, и он присутствует в геле и аэрогеле в виде множества табачных частиц или элементов.
В вариантах выполнения, в которых табачный субстрат содержит аэрогель, предпочтительно, чтобы аэрогель был органическим аэрогелем. Термин «органический аэрогель» обозначает аэрогель, предпочтительно содержащий, по меньшей мере, около 75 вес. %, более предпочтительно, по меньшей мере, 90 вес. % органических соединений; еще предпочтительнее - состоящий по существу из органических соединений; или наиболее предпочтительно - состоящий из органических соединений. Органические соединения включают любые соединения, обычно относимые к органическим соединениям, например, попадающим в номенклатуру IUPAC по органической химии («Blue Book»). Примеры включают: натуральные или синтетические полимеры, сахара, протеины, целлюлозный материал и т.п.
Эти материалы противоположны другим материалам, например, материалам из активированного угля, которые обычно не считаются органическими соединениями. Например, некоторые материалы (содержащие некоторые органические соединения) могут быть карбонизированы, пиролизованы или каким-либо другим образом нагреты для создания структур активированного угля, но после активации материал уже не считается органическим соединением. В некоторых случаях органический аэрогель не карбонизируют, не пиролизуют и не нагревают каким-либо другим способом выше 150°C.
Кроме того, материалы аэрогеля предпочтительно не сшиты для сохранения структуры с открытыми порами.
Во многих вариантах выполнения табак содержит частицы, средний размер которых более чем около 25 мкм или более чем около 50 мкм, или более чем около 100 мкм. Альтернативно или дополнительно, табак содержит частицы, средний размер которых менее чем около 1000 мкм или менее чем около 750 мкм, или менее чем около 500 мкм. Во многих вариантах выполнения табак присутствует в геле или аэрогеле в измельченном виде, где среднее соотношение размеров частиц составляет, по меньшей мере, около 3 или, по меньшей мере, около 5. По изобретению за «размер частицы» принимают наибольший размер поперечного сечения отдельных частиц материала. За «средний» размер частицы принимают средний арифметический размер частиц. Распределение размеров частиц в образце материала может быть определено посредством использования известного гранулометрического анализа.
В некоторых вариантах выполнения мелкие частицы табака имеют средний размер в диапазоне от менее 50 мкм или менее 25 мкм, или менее 10 мкм, или в диапазоне от около 3 мкм до 50 мкм, или от около 3 мкм до 25 мкм. В определенных вариантах выполнения табак представляет собой смесь мелких частиц табака и более крупных частиц табака, описанных выше.
Табак может быть специально введен в гель и в полученный в результате аэрогель для получения требуемого содержания табака в табачном субстрате. Табак может быть объединен с материалами-предшественниками аэрогеля (например, с гелеобразующим веществом и жидкостью) и использован для получения табака, диспергированного в аэрогеле. Содержание табака можно регулировать для достижения заданного содержания смолы в традиционном курительном изделии.
Количество табака в аэрогеле может составлять, по меньшей мере, около 5 вес. % или, по меньшей мере, 10 вес. %, или, по меньшей мере, около 25 вес. %. Альтернативно или дополнительно, количество табака в аэрогеле может составлять менее 40 вес. % или менее 30 вес. %. В сравнении с обычными сигаретами с фильтром курительные изделия по изобретению могут содержать, по меньшей мере, приблизительно на 10 вес. % меньше табака или, по меньшей мере, приблизительно на 20 вес. % меньше табака, или, по меньшей мере, приблизительно на 30 вес. % меньше табака на единицу веса при поддержании твердости табачного стержня. Во многих вариантах выполнения табачный субстрат по изобретению может содержать менее чем около 300 мг табака или менее 225 мг табака, или менее 150 мг табака при поддержании твердости табачного стержня, по меньшей мере, равной или большей твердости традиционного табачного стержня. Таким образом, твердость табачного стержня по существу не зависит от количества табака в табачном стержне.
Традиционные табачные стержни могут обладать плотностью табака около 240 мг/см3 и при этом обладать твердостью около 3,0 мм. Во многих вариантах выполнения табачный субстрат, описанный в данном документе, обладает плотностью табака менее чем около 200 мг/см3, или менее 150 мг/см3, или менее чем около 100 мг/см3, или менее чем около 80 мг/см3. Табачный субстрат может также обладать плотностью табака более чем около 25 мг/см3, или более чем около 40 мг/см3, или более чем около 60 мг/см3. Табачный субстрат может также обладать плотностью табака в диапазоне от около 25 мг/см3 до около 200 мг/см3 или в диапазоне от около 25 мг/см3 до около 150 мг/см3. В некоторых вариантах выполнения табачный субстрат имеет твердость около 4,0 мм или менее (жесткость 60% или более); около 3,5 мм или менее (жесткость 65% или более); или около 3,0 мм или менее (жесткость 70% или более); или 2,5 мм или менее (жесткость 75% или более). В некоторых вариантах выполнения табачный субстрат имеет твердость от около 3,5 мм (жесткость около 65%) до около 2,5 мм (жесткость около 75%).
Традиционные курительные изделия при использовании изобретения могут обеспечивать конкретное содержание смолы при поддержании твердости табачного субстрата. Конкретные количества табака могут быть соединены с гелеобразующим веществом и водой для достижения конкретного содержания смолы в получаемом в результате курительном изделии, содержащем табачный аэрогель. Содержание смолы может быть выбрано в диапазоне от около 0,1 мг до около 10 мг или от около 0,1 до около 6 мг, или от около 0,1 до около 3,0 мг. Содержание смолы может быть определено при курении курительного изделия согласно стандарту ISO (35 затяжек, длящихся 2 с каждая, через каждые 60 с). Термин «содержание смолы» используется для обозначения общего количества материала в виде частиц, не содержащих никотина, в курительном изделии по стандарту ISO.
Термин «гелеобразующее вещество» относится к материалу, который при смешивании с табаком и жидкостью в подходящих соотношениях и условиях обработки превращает табак и жидкость из текучей жидкости в твердое формуемое вещество, полутвердое вещество или гель. Гели содержат твердую трехмерную сеть, охватывающую объем жидкой среды и сплетающую ее под действием поверхностного натяжения.
Во многих вариантах выполнения гелеобразующим веществом является полисахарид или протеин, или сочетания одного или более полисахаридов и одного или более протеинов. Полисахариды могут, например, включать: крахмалы, растительные смолы, агар-агар, каррагенан или пектины, или их сочетания. Гелеобразующие вещества могут также включать, например: альгинаты или альгинатные соли, например: альгиновую кислоту, альгинат натрия, альгинат калия, альгинат аммония или альгинат кальция, или их сочетания. Протеиновые гелеобразующие вещества могут включать, например, желатин. Эти гелеобразующие вещества приемлемы для использования в сочетании со сжиганием табака. Могут быть также пригодны и другие гелеобразующие вещества, например, когда курительное изделие является не сжигаемым курительным изделием. В качестве примеров: дополнительные гелеобразующие вещества включают синтетический или натуральный полимер, например: ацетат целлюлозы, полистирол, полимолочную кислоту и т.п. В некоторых вариантах выполнения гелеобразующим веществом является бумага или целлюлозный материал. Предпочтительные гелеобразующие вещества включают: пектин, альгинат натрия, альгинат кальция, гуммиарабик и коллагены, например желатин.
Жидкость может быть объединена с табаком и гелеобразующим веществом для образования геля и получаемого в результате аэрогеля. Жидкости могут включать: растворители или воду, или растворители и воду. Пригодные растворители включают, например: этанол, метанол, ацетон, метилэтилкетон, 2-пропанол, диоксид углерода, гексан и толуол.
Табачному аэрогелю можно придать любую пригодную или желаемую форму. Табачный гель можно формовать, придавая ему любую пригодную форму, а затем можно удалять жидкость, получая в результате элемент из аэрогеля заданной формы. Во многих вариантах выполнения элемент из аэрогеля является непрерывным элементом, образующим, по меньшей мере, часть табачного субстрата или табачного стержня, курительного изделия. Таким образом, посредством использования табачного аэрогеля обеспечивают конструкционные свойства табачного субстрата и обеспечивают возможность придания табачному субстрату требуемой твердости при уменьшенном количестве табака в сравнении с обычными табачными стержнями. Во многих вариантах выполнения табачный элемент из аэрогеля является сплошным или непрерывным структурным элементом, образующим табачный стержень сигареты.
Вдоль длины непрерывного элемента из аэрогеля может продолжаться множество открытых каналов. Эти открытые каналы могут быть сформированы любым пригодным способом. Во многих вариантах выполнения эти открытые каналы формируют во время процесса формования. Табачный гель может быть помещен в полость формующего элемента, ограниченную боковыми поверхностями и нижней поверхностью. В некоторых вариантах выполнения множество элементов для образования продолговатых каналов прикреплено к нижней поверхности, и они продолжаются вдоль длины табачного аэрогеля. В других вариантах выполнения множество элементов для образования продолговатых каналов прикреплено к несущему элементу, подвижному относительно формующего элемента. С помощью элементов для образования продолговатых каналов создают объем пор или каналов, продолжающихся через табачный аэрогель после изготовления табачного аэрогеля и удаления его из полости формующего элемента.
Элементы для образования продолговатых каналов могут иметь любой пригодный диаметр, например около 25 мкм или менее, или около 15 мкм или менее. Любое подходящее количество элементов для образования каналов может быть расположено в полости элемента для формирования, например по меньшей мере, около 10 или, по меньшей мере, около 20. Элементы для образования каналов могут продолжаться вдоль всей длины табачного аэрогеля или вдоль, по меньшей мере, приблизительно 90%, или вдоль, по меньшей мере, приблизительно 75% длины табачного аэрогеля. В некоторых вариантах выполнения табачный аэрогель изготавливают в виде множества частиц, имеющих любой пригодный размер. В этих вариантах выполнения частицы табачного аэрогеля имеют средний размер, образующий, по меньшей мере, около 50 мкм, или, по меньшей мере, около 100 мкм, или, по меньшей мере, около 250 мкм. Альтернативно или дополнительно, частицы табачного аэрогеля имеют средний размер, образующий менее чем около 5000 мкм, или менее чем около 1000 мкм, или менее чем около 500 мкм.
Аэрогель может (не обязательно) содержать функциональный материал. Функциональный материал может быть соединен с гелеобразующим веществом, табаком и водой или растворителем для образования геля и получаемого в результате аэрогеля. Функциональный материал может быть диспергирован внутри структуры с открытыми порами аэрогеля. Посредством аэрогеля обеспечивают большую площадь поверхности, благодаря чему может быть повышена эффективность функционального материала. Таким образом, можно использовать меньшее количество функционального материала в структуре с открытыми порами аэрогеля в сравнении с обычными курительными изделиями. Функциональный материал можно вводить в структуру аэрогеля, по существу «запирая» функциональный материал в матрице или структуре аэрогеля. Функциональный материал может содержать ароматический материал или материал, захватывающий или преобразующий образующие дыма.
Ароматический материал содержит жидкий ароматизатор или частицы сорбента, или целлюлозный материал, пропитанный жидким ароматическим или травянистым материалом. Ароматизаторы включают, без ограничения этим, натуральный или синтетический ментол, перечную мяту, мяту курчавую, кофе, чай, пряности (например, корицу, гвоздику и имбирь), какао, ваниль, фруктовые ароматические вещества, шоколад, эвкалипт, герань, эвгенол, агаву, можжевельник, анетол и линалоол. Кроме того, ароматизаторы включают эфирное масло или смесь одного или более эфирных масел. «Эфирное масло» - это масло, обладающее характерным запахом и вкусом растения, из которого оно получено. Пригодные эфирные масла включают, без ограничения этим, масло перечной мяты и масло мяты курчавой. Во многих вариантах выполнения ароматизатор содержит ментол, эвгенол или сочетание ментола и эвгенола.
Термин «травянистый материал» используется для обозначения материала из травянистого растения. «Травянистое растение» является ароматическим растением, листья или другие части которого используют в медицине, кулинарии или для ароматизации, и они способны испускать аромат в дым, образующийся при курении курительного изделия. Травянистый материал включает: листья травы или другой травянистый материал из травянистых растений, включающих, без ограничения этим, мяты, например, перечную мяту и мяту курчавую, лимонный бальзам, базилик, корицу, лимонный базилик, шнитт-лук, кориандр, лаванду, шалфей, чай, тимьян и тмин. Термин «мяты» используется для обозначения растений вида мяты. Пригодные типы мятого листа могут быть взяты от многообразных растений, включающих, без ограничения этим, мяту перечную, мяту полевую, мяту нильскую, мяту цитрусовую (или лимонную), мяту колосковую, мяту колосковую курчавую, мяту сердцевинолистную, мяту длиннолистную, мяту блошницу или болотную, мяту душистую и мяту душистую пеструю.
Материал, захватывающий или преобразующий образующие дыма, включает сорбенты, такие как активированный уголь, углерод с покрытием, активный алюминий, цеолиты, сепиолиты, молекулярные сита и силикагель. Материал, захватывающий или преобразующий образующие дыма, включает катализаторы, например марганец, хром, железо, кобальт, никель, медь, цирконий, олово, цинк, вольфрам, титан, молибден, ванадий.
Термины «дым» или «табачный дым» обозначают аэрозоль или пар, испускаемые при сжигании, пиролизе, нагревании или при подвергании химической реакции табачного материала.
Во многих вариантах выполнения общая длина курительного изделия составляет от около 70 мм до около 128 мм или до около 84 мм. Наружный диаметр тонких курительных изделий может составлять от около 5 мм до около 8,5 мм или от около 5,0 мм до около 7,1 мм; наружный диаметр курительных изделий нормального размера может составлять от около 7,1 мм до около 8,5 мм.
Сопротивление затяжке (СЗ) курительных изделий по изобретению можно варьировать посредством введения табачного аэрогеля в табачный субстрат и структурирования табачного аэрогеля. СЗ определяется перепадом статических давлений между двумя концами образца при проходе воздушного потока, при постоянных условиях, где объемная скорость воздушного потока составляет 17,5 мл/с на выходном конце. СЗ образца может быть измерено методом по стандарту ISO № 6565:2002.
Любой из вышеописанных табачных субстратов можно использовать в обычном сжигаемом курительном изделии, например сигарете, или можно использовать в несжигаемом курительном изделии, например курительном изделии, выполненном с возможностью доставки компонента табака с использованием нагрева, воздушного потока или химической реакции.
Курительные изделия по изобретению могут быть упакованы в контейнеры, например в мягкие пачки или пачки с откидной крышкой, с внутренней прокладкой, покрытой одним или более ароматизаторов.
Изобретение дополнительно описано, только в виде примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - схематичный вид в продольном сечении курительного изделия по изобретению, содержащего табачный субстрат, образованный из табачного аэрогеля;
фиг. 2 - схематичный вид в продольном сечении курительного изделия по изобретению, содержащего табачный субстрат, образованный из множества частиц табачного аэрогеля, диспергированных в табачном стержне;
фиг. 3 - схематичный вид сбоку формующего элемента;
фиг. 4 - схематичный вид сбоку другого формующего элемента.
Курительное изделие 10, показанное на фиг. 1 и 2, содержит табачный субстрат, или табачный стержень, 12, прикрепленный к аксиально выровненному фильтру 14. Фильтр 14 содержит штранг 16 фильтрующего материала, который может быть изготовлен из ацетата целлюлозы, обернутый в обертку 18 фильтрующего штранга. Бумагой 19 для прикрепления фильтрующего штранга табачный стержень 12 соединен с аксиально выровненным фильтром 14.
Табачный субстрат, который может содержать табачный аэрогель 20 и резаный табачный наполнитель 11 (фиг. 1), и частицы 20 табачного аэрогеля (фиг. 2), обернут в сигаретную обертку 13. На фиг. 1 показан сплошной табачный аэрогелевый элемент 20, образующий структуру табачного субстрата 12. Показанный сплошной табачный аэрогелевый элемент 20 (фиг. 1) представляет собой цилиндрический элемент, образующий табачный субстрат 12 курительного изделия 10.
На фиг. 2 показан табачный субстрат 12, образованный из множества частиц 20 табачного аэрогеля, диспергированных в табачном материале или в резаном табачном наполнителе 11.
На фиг. 3 показан схематичный вид сбоку формующего элемента 30, который можно использовать для формования табачного аэрогеля 20. Табачный гель может быть помещен в полость 36 формующего элемента 30. Полость 36 ограничена боковыми поверхностями 32 и нижней поверхностью 34. Множество элементов 40 для образования продолговатых каналов прикреплено к нижней поверхности 34, и они продолжаются вдоль длины табачного аэрогеля 20. Элементы 40 для образования продолговатых каналов образуют полое пространство или канал, продолжающийся через табачный аэрогель 20, после формования и удаления табачного аэрогеля 20 из полости 36 формующего элемента 30.
Элемент 40 для образования продолговатых каналов может иметь любой пригодный диаметр, например около 25 мкм или менее, или около 15 мкм или менее. В полости 36 формующего элемента 30 может быть расположено любое подходящее количество элементов 40 для образования каналов, например по меньшей мере, около 10 или, по меньшей мере, около 20. Элемент 40 для образования каналов может продолжаться вдоль всей длины табачного аэрогеля 20 или, по меньшей мере, вдоль около 90% или вдоль, по меньшей мере, около 75% длины табачного аэрогеля 20.
На фиг. 4 показан схематичный вид сбоку другого формующего элемента 31. В этом варианте выполнения элементы 40 для образования продолговатых каналов подвижны относительно полости 36 формующего элемента 30. Элементы 40 для образования продолговатых каналов прикреплены к несущему элементу 42, подвижному в продольном направлении относительно полости 36 формующего элемента 30 вдоль длины боковых поверхностей 32, и их можно перемещать к нижней поверхности 34 и от нее. Элементы 40 для образования продолговатых каналов продолжаются вдоль длины табачного аэрогеля 20 и описаны выше. Элементами 40 для образования продолговатых каналов определяют полое пространство или канал, продолжающийся через табачный аэрогель 20, после формования и удаления табачного аэрогеля 20 из полости 36 формующего элемента 30 и удаления элементов 40 для образования продолговатых каналов.
1. Курительное изделие, содержащее табачный субстрат, причем табачный субстрат содержит табак и аэрогель.
2. Курительное изделие по п. 1, в котором аэрогель содержит по меньшей мере около 5 вес. % табака.
3. Курительное изделие по п. 1, в котором аэрогель содержит полисахарид или протеин.
4. Курительное изделие по п. 1, в котором аэрогель обладает плотностью менее чем около 0,35 г/см3.
5. Курительное изделие по любому из пп. 1-4, в котором табачный субстрат является элементом сигаретного стержня.
6. Курительное изделие по любому из пп. 1-4, в котором аэрогель является непрерывным элементом, образующим табачный субстрат.
7. Курительное изделие по любому из пп. 1-4, в котором аэрогель представляет собой множество частиц.
8. Курительное изделие по любому из пп. 1-4, в котором аэрогель содержит функциональный материал, захватывающий или преобразующий образующие дыма.
9. Курительное изделие, содержащее табачный субстрат, содержащий табак, в котором по меньшей мере часть табачного субстрата превращена из геля в структуру с открытыми порами.
10. Курительное изделие по п. 9, в котором структура с открытыми порами содержит по меньшей мере около 5 вес. % табака.
11. Курительное изделие по п. 9, в котором структура с открытыми порами содержит полисахарид или протеин.
12. Курительное изделие по п. 9, в котором структура с открытыми порами обладает плотностью менее чем около 0,35 г/см3.
13. Курительное изделие по любому из пп. 9-12, в котором табачный субстрат является элементом сигаретного стержня.
14. Курительное изделие по любому из пп. 9-12, в котором структура с открытыми порами является непрерывным элементом, образующим табачный субстрат.
15. Курительное изделие по любому из пп. 9-12, в котором структура с открытыми порами представляет собой множество частиц.
16. Курительное изделие по любому из пп. 9-12, в котором структура с открытыми порами содержит функциональный материал, захватывающий или преобразующий образующие дыма.
17. Способ получения табачного субстрата, включающий:
- соединение табака с гелеобразующим веществом и растворителем для формирования табачного геля; и
- удаление растворителя из табачного геля с образованием табачного субстрата,
причем полученный табачный субстрат имеет плотность табака около 150 мг/см3 или менее и твердость 60% или более.
18. Способ по п. 17, дополнительно включающий:
- помещение табачного геля в формующий элемент;
- обеспечение множества продолговатых элементов, продолжающихся вдоль длины табачного геля;
- формование табачного субстрата в формующем элементе посредством удаления растворителя из табачного геля, в котором табачный субстрат содержит множество открытых каналов, продолжающихся вдоль длины табачного субстрата.
19. Табачный субстрат, содержащий табак, диспергированный в аэрогеле.
20. Табачный субстрат по п. 19, в котором аэрогель обладает плотностью менее чем около 0,35 г/см3.
21. Табачный субстрат по п. 19, в котором аэрогель содержит по меньшей мере около 5 вес. % табака.
