專利名稱：用于吸煙制品燃料元件的含碳組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及吸煙制品如香煙，特別是那些具有短燃料元件和用物理方法分離產(chǎn)生的氣溶膠的吸煙制品。這種類型的吸煙制品，以及制備它們的方法和裝備在下面這些資料中有描述U.S.Pat.Nos.4，708，151 to Shelar;4，714，082 to Banerjee et al.;4，732，168 to Resce;4，756，318 to Clearman et al.;4，782，644 to Homer et al.;4，793，365 to Sensabaugh et al.;4，802，562 to Homer et al.;4，827，950 to Banerjee et al.;4，870，748 to Hensgen et al.;4，881，556 to Clearman et al.;4，893，637 to Han-cock et al.;4，893，639 to White;4，903，714 to Barnes et al.;4，917128 to Clearman et al.;4，928，714 to Shannon;4，938，238 to Hancock et al.，and 4，989，619 to Clearman et al.，以及在題為“對(duì)以加熱代替燃著煙草的新香煙樣品的化學(xué)和生物學(xué)研究”的專題著作，R.J.雷諾茲煙草公司，1988(RJR專題)。這些吸煙制品能給吸煙者提供吸煙的快感，(例如，吸煙味，感覺(jué)，滿足等)。
香煙、雪茄和煙斗是以各種不同形式使用煙草的通俗吸煙制品，正如上述專利的背景章節(jié)中所討論的，已經(jīng)提出了許多吸煙制品來(lái)作為對(duì)各種通俗吸煙制品的改進(jìn)和替換物。
如在上述專利和/或出版物中描述的吸煙制品使用一可燃的碳質(zhì)燃料元件作為熱源并將其與形成氣溶膠的物質(zhì)分開(kāi)放置，而在它們之間進(jìn)行熱交換。
用于這種吸煙制品的碳質(zhì)燃料元件通常包含某種碳和粘合劑的混合物，一些選定的添加劑如緩燃劑，燃燒改性劑，一氧化碳催化劑等也使用于這種燃燒元件的組合物中。這種燃料元件含的能量，即發(fā)煙燃燒熱和抽吸(或一抽一吸)熱通常是很難控制的，而且絕大部分是通過(guò)對(duì)燃料元件設(shè)計(jì)的改動(dòng)來(lái)控制的，如通過(guò)改變通過(guò)燃料元件和/或在其周圍的通道的數(shù)量和放置位置來(lái)控制。
采用一更簡(jiǎn)便的方法控制這種碳質(zhì)燃料元件的能級(jí)，使得應(yīng)用這種燃料元件的吸煙制品的設(shè)計(jì)參數(shù)能隨由燃料元件產(chǎn)生的能量的受控量而變化是有利的。
出人意料地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)抽吸和發(fā)煙燃燒時(shí)上述碳質(zhì)燃料元件的鈉含量是控制燃料組份能級(jí)的一個(gè)因素。同樣發(fā)現(xiàn)這些燃料元件的鈉含量會(huì)影響這種燃料元件的光效率。
燃料元件中鈉的含量，以及在其中的形態(tài)，即在燃料元件制造中所含鈉的形態(tài)對(duì)燃料元件的燃燒特性具有顯著的影響。這樣，在制造燃料元件時(shí)所加入鈉的量，以及加入后在其中的形態(tài)，可以改善吸煙制品的性能和增強(qiáng)對(duì)燃料元件燃燒特性的控制。
本發(fā)明指出了對(duì)制備香煙和其它吸煙制品使用的碳質(zhì)燃料元件有用的新組合物，以對(duì)燃料元件燃燒特性實(shí)行更有效的控制，指出了使用這種燃料元件的吸煙制品如香煙，并指出了制備這種燃料元件的方法。
本發(fā)明的一種優(yōu)選燃料組合物包含一均勻混合物。
(a)大約80-90%(重量)的碳;
(b)大約1-20%(重量)的粘合劑;和(c)大約2000-20，000ppm的鈉(Na)含量。
本發(fā)明的另一種優(yōu)選燃料組合物包含一均勻混合物。
(a)大約60-98%(重量)的碳;
(b)大約1-20%(重量)的粘合劑;
(c)大約1-20%(重量)的煙草;和(d)大約2000-20，000ppm的鈉(Na)含量。
本發(fā)明的優(yōu)選碳質(zhì)燃料組合物實(shí)施例，它包含由三部分組成的混合物(1)碳，(2)一合適粘合劑，即無(wú)鈉粘合劑(優(yōu)選)，低鈉含量粘合劑，或混合可控制鈉含量的粘合劑混合物，和(3)若需要的話，加入鈉，如通過(guò)Na2CO3，產(chǎn)生在2000-20，000ppm范圍內(nèi)的鈉含量。
若希望，可將不燃性填料如碳酸鈣，燒結(jié)的碳酸鈣或類似物加入燃料組合物中，用減少此可燃性材料在其中的含量的方法以控制由燃料元件在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的熱卡值。填料通常含約少于50%(重量)的燃料組合物，優(yōu)選少于30%(重量)，最優(yōu)選約5-20%(重量)。
恰當(dāng)?shù)剡x擇用于制造燃料的燃料組合物能控制抽吸過(guò)程中的能量傳遞(如對(duì)流熱)，發(fā)煙燃燒過(guò)程中的能量傳遞(如輻射熱和/或傳導(dǎo)熱)，改善燃料元件的光效率和由使用燃料元件香煙產(chǎn)生的所有氣溶膠，以及提供其它好處。
燃料組合物使用的碳可以是任何類型的碳，活性的或非活性的，但最好是具有平均顆粒尺寸為12微米的食品級(jí)碳。
此處有用的粘合劑是各種粘合劑，或粘合劑的混合物，含有大約小于3000ppm，最優(yōu)選大約小于1500ppm的鈉(即含低鈉或不含鈉的粘合劑)，并最好不是鈉鹽材料。粘合劑中通常存在鈉(即固有存在的)，若低于約3000ppm，是可接受的?？山邮艿恼澈蟿┌ㄔ?朊)酸銨(特別優(yōu)選)。羧甲基纖維素等。鈉鹽粘合劑(如羧甲基纖維素鈉)，它不是較佳的，亦能使用，但必須用其它無(wú)鈉或低鈉含量粘合劑的混合物稀釋以將粘合劑的鈉含量降低在所需的2000-20，000ppm范圍內(nèi)。業(yè)已發(fā)現(xiàn)從粘合劑鈉鹽中得到的燃料元件的最終鈉含量不如由本發(fā)明提出的將鈉以其它形式加入到燃料組合物中有效。
出人意料地，發(fā)現(xiàn)不僅燃料元件中最終鈉含量的多少是重要的，而且鈉的來(lái)源是更為重要，本發(fā)明在燃料組合物中最優(yōu)選的鈉來(lái)源是碳酸鈉(Na2CO3)。以水溶液形式加入的碳酸鈉為給本發(fā)明的燃料組合物提供所需的鈉含量是有效的，使用不同濃度范圍(如0.1%-10%，優(yōu)選為0.5%-7%)的水溶液是將鈉加入到燃料組合物中較佳的方法，其它方法，如干混，若需要的話也可以使用，除了碳酸鈉，其它鈉的化合物如乙酸鈉，草酸鈉，蘋果酸鈉等，也可在此使用。然而如氯化鈉(NaCl)這種鈉源不是特別有效的。
如上所述，燃料組合物中鈉(Na)含量的精密的變化范圍大約為2000-20，000ppm(總Na含量＝固有的Na+加入的Na)，此變化允許所得的燃料元件可選擇并決定其燃燒特性。
這樣，本發(fā)明指出了一碳質(zhì)燃料組合物，它含約60-99%(重量)的碳;約1-20%(重量)的合適粘合劑;和大約2000-10，000ppm范圍內(nèi)的鈉含量，它是使用電感耦合等離子原子發(fā)射光譜(ICP-AES)來(lái)測(cè)定的。
可包含于本發(fā)明燃料組合物中的其它添加劑包括在燃料組合物燃燒情況下能釋放氨的化合物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這樣的化合物在燃料組合物中約為0.5-5.0%，較佳約為1-4%，最佳約為2-3%，并且它在降低某些在燃料燃燒產(chǎn)物中羧基化合物的含量是有用的。在燃料組合物燃燒時(shí)能釋放氨的合適化合物包括尿素、無(wú)機(jī)和有機(jī)鹽(例如，碳酸銨，藻(朊)酸銨，或一，二或三磷酸銨);氨基糖(如脯氨酸果糖或天冬酰胺果糖);氨基酸，特別是α-氯基酸(例如谷氨酰胺，甘氨酸，天冬酰胺，脯氨酸，丙氨酸，胱氨酸，天冬氨酸，苯基丙氨酸或谷氨酸);二或三肽;季銨化合物等類似物。
一特別優(yōu)選釋放氨的化合物是氨基酸天冬酰胺，在燃料組合物中加入的天冬酰胺(Asn)大約為1%-3%，作為燃燒時(shí)減少所產(chǎn)生的羧基化合物的一種方法也同樣被看作是本發(fā)明的一部分。
在本發(fā)明的一優(yōu)選例子中，燃料組合物中的鈉含量大約在3500-9，000ppm的范圍內(nèi)，此燃料元件很易點(diǎn)燃。
本發(fā)明的另一例子，燃燒碳質(zhì)燃料元件的發(fā)煙燃燒速率實(shí)際上能夠按所需要的快或慢來(lái)加以控制，是通過(guò)改變?nèi)剂辖M合物的鈉含量在大約3000-9000ppm的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，由含有一碳和無(wú)鈉粘合劑混合物的組合物所制備的燃燒碳質(zhì)燃料元件時(shí)的發(fā)煙燃燒溫度可通過(guò)調(diào)節(jié)燃料元件組合物中的鈉含量在大約2500-10，000ppm的范圍內(nèi)來(lái)得以提高。
還有在本發(fā)明另一實(shí)施例中，由含有一碳和無(wú)鈉粘合劑混合物的組合物制備的碳質(zhì)燃料元件燃燒時(shí)的抽吸溫度可通過(guò)調(diào)節(jié)燃料元件組合物的混合物中的鈉含量在大約6500-10，000ppm的范圍內(nèi)來(lái)得到如所要求的(高/中/低)控制。


圖1圖示了在RJR專著(香煙參考文獻(xiàn))中描述的香煙的構(gòu)型，及如圖1A所示的含按本發(fā)明制備的燃料組合物的改性燃料元件的截面。
圖1A為如圖1中所示的香煙的燃料元件的截面。
圖2圖示可應(yīng)用由本發(fā)明燃料組合物來(lái)制備的碳質(zhì)燃料元件的香煙的另一實(shí)施例。
圖2A如圖2中所示香煙的燃料元件的截面。
圖3顯示了用加入各種不同含量的Na2CO3水溶液(0%，0.5%，1.0%，3.0%，5.0%和7.0%)所制備的圖1A燃料元件在抽吸時(shí)的表面溫度。
圖4顯示了用以水溶液形式加入各種不同含量的Na2CO3(0%，0.5%，1.0%，3.0%，5.0%和7.0%)所制備的圖1A燃料元件在抽吸發(fā)生15秒以后測(cè)得的發(fā)煙燃燒溫度。
圖5圖示了用以水溶液形式加入各種不同含量的Na2CO3(0%，0.5%，1.0%，3.0%，5.0%和7.0%)所制備的圖1A燃料元件的“后部”溫度。
圖6提供了內(nèi)裝有由以水溶液形式加入各種不同含量的Na2CO3(0%，0.5%，1.0%，3.0%，5.0%和7.0%)所制備的圖1A燃料元件的囊件的囊壁溫度。
圖7提供了在如圖6使用的囊件的后部測(cè)得的不斷抽吸的出口氣體溫度的曲線圖。
圖8圖示了使用了以水溶液形式加入各種含量的Na2CO3(0%，0.5%，1.0%，3.0%，5.0%和7.0%)所制備的圖1A燃料元件的香煙接口管處的出口氣體溫度。
圖9顯示了用以水溶液形式加入各種含量的Na2CO3(0%，0.5%，1.0%，3.0%，5.0%和7.0%)所制備的圖1A燃料元件制成的香煙的指溫。
圖10圖示了由以水溶液形式加入各種含量的Na2CO3(0%，0.5%，1.0%，3.0%，5.0%和7.0%)所制備的圖1A燃料元件而得到的不斷抽吸時(shí)的熱卡曲線。
圖11提供了在50cc/30sec條件下抽吸帶有以水溶液形式加入各種含量的Na2CO3(0%，0.5%，1.0%，3.0%，5.0%和7.0%)所制備的圖1A燃料元件的圖1的香煙在點(diǎn)燃時(shí)的壓力降。
圖12圖示了在50cc/30sec條件下抽吸帶有以水溶液形式加入各種含量的Na2CO3(0%，0.5%，1.0%，3.0%，5.0%和7.0%)所制備的圖1A燃料元件的圖1香煙不斷抽吸時(shí)氣溶膠密度的曲線圖。
圖13和圖14，圖示了分別相對(duì)于碳酸鈉溶液濃度和在各個(gè)燃料元件中鈉的實(shí)際ppm值的氣溶膠總產(chǎn)率。
圖15和圖16各自代表了在50cc/30sec條件下抽吸帶有以水溶液形式加入各種含量的Na2CO3(0%，0.5%，1.0%，3.0%，5.0%和7.0%)所制備的圖1A燃料元件的圖1香煙在不斷抽吸時(shí)的甘油和尼古丁產(chǎn)率。
如上所述，本發(fā)明特別指出了對(duì)吸煙制品燃料元件有用的燃料組合物，如香煙參考文獻(xiàn)(圖1)和其它吸煙制品文章，如下述資料中所描述的U.S. Patent Nos.4，793，365;4，928，714;4，714，082;4，756，318;4，854，331;4，708，151;4，732，168;4，893，639;4，827，950;4，858，630;4，938，238;4，903，714;4，917，128;4，881，556;4，991，596;和5，027，837。同樣也可看，歐洲公開(kāi)專利No.342，538。
圖1和圖1A各自代表一般的帶有改性燃料元件參考香煙的構(gòu)型。香煙有一碳質(zhì)燃料元件10，由本發(fā)明的燃料組合物構(gòu)成，并由絕熱的玻璃纖維16的夾套層所環(huán)包。軸向裝在燃料元件的后面，并與其周圍后部相接觸是囊件12。囊件裝有含能產(chǎn)生氣溶膠的物質(zhì)和香味的基底材料14。囊件12周圍是一卷切成填料形式的煙草18。香煙的接口管(咬嘴)是由兩部分組成，煙草紙部分20和低分子量聚丙烯過(guò)濾材料22，如圖所示用幾層紙一起來(lái)將香煙及其各個(gè)組份裝成一體。
燃料元件燃燒所產(chǎn)生的熱通過(guò)傳導(dǎo)和對(duì)流轉(zhuǎn)移給囊件中的基材。在抽吸(香煙)時(shí)，基材所含的氣溶膠和香味材料被冷凝，被抽吸流經(jīng)吸煙制品而形成煙狀氣溶膠，并從吸煙制品的其它元件中再吸收附加的雜草和其它香味，然后從煙嘴22出來(lái)。
參見(jiàn)圖2和圖2A的細(xì)節(jié)部分，圖示了另一種能使用本發(fā)明燃料組合物的燃料元件和香煙的設(shè)計(jì)。如圖所示，香煙包括一由絕熱材料夾套102所環(huán)包的碎片狀碳質(zhì)燃料元件100，絕熱材料102可以是玻璃纖維或經(jīng)過(guò)基本上不燃處理的煙草。如圖所示，絕熱材料102是延伸出燃料元件的兩端。換句話說(shuō)，燃料組分是凹藏在絕熱夾套內(nèi)，軸向位于燃料元件100之后的是基材104，這樣有利于由卷狀或集束狀纖維素材料(如紙張或煙草紙)來(lái)制成(香煙)。此基材104是由以切成填料形式的或這些材料的混合物的玻璃纖維、煙草所環(huán)包，用一彈性?shī)A套106固定住。咬嘴107裝在基材后面，它由兩部分組成，煙草紙片(塊)108和低分子量聚丙烯過(guò)濾器件110。用幾層紙一起將香煙及其分開(kāi)的組件包在一起。
在較少的優(yōu)選實(shí)施例中(未顯示出)，但與圖2所示的實(shí)施例相似，基材(如聚集狀紙)可處于依次用煙草切成的填料或絕熱材料環(huán)包的管子內(nèi)。管子具有足夠的長(zhǎng)度以延伸到燃料元件后端和基材的前端之間的空的空間，并包住燃料元件的后端的部分長(zhǎng)度。就這樣將管子置于絕熱夾套和燃料元件之間，與燃料元件外接并與其后端相接觸。此管子較好由不滲透的、耐熱材料制備而得(如耐熱塑料管，經(jīng)處理的紙管或襯有箔的紙管)。
如圖1的香煙中，熱從此香煙中的燃燒的燃料元件傳給基材。在此香煙中，對(duì)流熱是占優(yōu)勢(shì)的能量轉(zhuǎn)移方式。在抽吸時(shí)此熱量使基材所載的氣溶膠和香味材料揮發(fā)并冷凝成流經(jīng)吸煙制品形成的煙狀的氣溶膠，然后從咬口106出來(lái)。
能成功地使用本發(fā)明燃料組合物的其它吸煙制品在此處通過(guò)引用的綜述專利中有所描述。
在許多以前的上述專利中，用于吸煙制品的碳質(zhì)燃料元件使用羧甲基纖維素鈉(SCMC)粘合劑，含大約10%(重量)，在均勻混合物中含有大約90%(重量)的碳粉。由這種組合物制得的各種燃料元件具有下述物理特性(1)有時(shí)它們難于點(diǎn)燃;(2)它們?nèi)紵煤軣?(3)它們?nèi)紵煤芸?(4)它們會(huì)產(chǎn)生大量的一氧化碳。試圖改善這些燃料組份的特性導(dǎo)致了本發(fā)明，其中通過(guò)對(duì)燃料組合物的元素分析已經(jīng)發(fā)現(xiàn)燃料組合物中鈉的含量是對(duì)燃料組合物的燃燒特性產(chǎn)生影響的一個(gè)因素。
下表提供了含有陽(yáng)離子雜質(zhì)的，由碳(90%)和不等量的兩種粘合劑，SCMC和藻(朊)酸銨(Alg)組成的摻混燃料元件組合物的元素分析，從表1可看出，所有的SCMC粘合劑有一基線鈉含量為7741ppm，而在所有藻(朊)酸鹽粘合劑中基線鈉含量只有2911ppm。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò)改變?nèi)剂辖M合物中的鈉含量，例如通過(guò)摻混入高和低鈉含量粘合劑，或更可取地，通過(guò)使用一低鈉含量粘合劑并添加鈉的化合物如碳酸鈉，乙酸鈉，草酸鈉，蘋果酸鈉等類似物?？蛇_(dá)到改變?nèi)剂显娜紵匦缘男Ч⑹蛊淠軡M足任何吸煙制品所需的能量要求。
表1在碳/粘合劑燃料元件中，陽(yáng)離子的元素分析10%SCMC 8%SCMC 6%SCMC 4%SCMC 2%SCMC 0%SCMC0%Alg 2%Alg 4%Alg 6%Alg 8%Alg 10%Alg無(wú)素 ppm ppm ppm ppm ppm ppmAl 6588 11170 1165 862 684 522Ca 1583 1809 1954 2046 2316 2500Cr 17 22 11 14 10 20Cu 0.9 1 1 1 0.9 1Fe 350 457 334 494 463 491K 242 351 83 72 65 51Mg 695 710 735 712 717 706Mn 9 10 8 9 9 9Na 7741 6794 6116 5550 3931 2911Ni 3 4 3 3 3 4P 15 26 9 6 7 9S 100 135 138 156 195 221Si 194 142 112 422 206 169Sr 9 15 28 36 46 57Zn 4 3 3 3 3 3如上所述，本發(fā)明燃料元件組合物的基本成分是含碳材料。優(yōu)選的含碳材料的碳含量約高于60%(重量)，更佳的約高于75%(重量)，最優(yōu)選的大約高于85%(重量)。
含碳材料一般是通過(guò)碳化有機(jī)物質(zhì)來(lái)獲得的，這種有機(jī)物質(zhì)的一種特別合適的來(lái)源是硬木紙漿。含碳材料的另一種合適的來(lái)源是椰子殼碳，如PXC碳可購(gòu)自PCB和實(shí)驗(yàn)碳可購(gòu)自B-11030-CAC-5，B-11250-CAC-115和089-A12-CAC-45，Calgon碳公司匹茲堡，PA。
將由本發(fā)明的組合物制備成燃料元件可通過(guò)多種多樣的加工方法，包括模塑，機(jī)械加工，壓力成型，或擠壓到所需的形狀。模塑制得的燃料元件可具有通道、槽或空心區(qū)。
較佳的擠壓制成的碳質(zhì)燃料元件可通過(guò)將多至95份的碳質(zhì)材料，多至20份的粘合劑和多至20份的煙草(例如煙草粉和/或煙草萃取液)與足夠量的Na2CO3水溶液(具有一預(yù)選的溶液濃度)相混合以提供一可擠壓的混合物來(lái)制備。然后此混合物可用動(dòng)力油缸或活塞型擠壓機(jī)或配料螺桿擠壓成具有所需數(shù)量的通道或空間的所需形狀的擠壓物。
如上所述，可將不燃燒的填料如碳酸鈣，燒結(jié)的碳酸鈣或類似物加到燃料組合物中以有利于通過(guò)減少存在于燃料組合物中燃燒材料含量，來(lái)控制燃料元件在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的熱卡。填料一般含有大約少于50%(重量)的燃料組分，較佳的是大約少于30%(重量)，最佳的是大約5-20%(重量)。關(guān)于這種填料的詳細(xì)說(shuō)明，可見(jiàn)歐洲公開(kāi)專利No.419，981。
如上所述，本發(fā)明的燃料組合物可以含有煙草。煙草的形式可以變化，并且若需要的話，一種以上形式的煙草可加到燃料組合物中，煙草的類型可以變化，包括烤煙，白菜煙，馬里蘭煙和東方煙，稀有煙和特種煙，以及它們的混合物。
可包含于燃料組合物中的一種合適的煙草形式是微小分散的煙草產(chǎn)品，包括煙草粉和微小分散的煙草葉片。
另一種用于燃料組合物的煙草形式是煙草萃取液或煙草萃取液的混合物。煙草萃取液一般是通過(guò)使用一溶劑來(lái)萃取煙草材料而獲得的，溶劑如水，二氧化碳，六氟化硫，碳?xì)浠衔锶缂和榛蛞掖?，鹵化碳如商業(yè)使用的氟里昂，以及其它的有機(jī)和無(wú)機(jī)溶劑。煙草萃取液可包括噴霧干燥煙草萃取液，冷凍干燥煙草萃取液，煙草芳香油，煙草香料以及其它類型的煙草萃取液。獲得合適煙草萃取液的方法在下述資料中已有說(shuō)明美國(guó)專利Nos.4，506，682 to Mueller，4，986，286 to Roberts et al.，5，005，593 to Fagg;和5，060，669 to White et al.以及歐洲公開(kāi)專利Uo.338，831。
用于本發(fā)明的合適粘合劑并不是明顯地將鈉加入燃料組合物中。以碳和粘合劑為基的燃料組合物希望有一大約為3000ppm Na或更低的基線鈉含量。由于這種鈉含量的基線限制，可通過(guò)加入Na2CO3水溶液來(lái)控制所需鈉含量的加入量，從而使得到的燃料元件具有所說(shuō)的優(yōu)點(diǎn)。這樣，鈉鹽，除非稀釋過(guò)，在此一般不作為粘合劑。粘合劑含有其它種類的陽(yáng)離子，例如鉀、銨等，一般是可以按受的。
將鈉加入以無(wú)鈉為基的粘合劑(或低鈉含量粘合劑)中的較佳方法是將鈉化合物的水溶液與粘合劑以及碳質(zhì)材料相混合。較佳地，水溶液的濃度范圍大約為0.1-10%(重量)，最佳地大約為0.5-7%(重量)。最優(yōu)選用于本發(fā)明燃料組合物的鈉源是碳酸鈉(Na2CO3)，其它可用的鈉化合物有乙酸鈉，草酸鈉，蘋果酸鈉等。而不優(yōu)選的是干混合物(經(jīng)適當(dāng)混合)能將鈉化合物分散到粘合劑和碳質(zhì)材料中，以形成一合適的組合物。
最優(yōu)選用于本發(fā)明燃料組合物以無(wú)鈉為基的粘合劑是從San Diego，CA的Kelco公司獲得的藻(朊)酸銨HV。其它可用的以無(wú)鈉為基的粘合劑包括多糖樹(shù)膠，如植物滲出物，阿拉伯膠，黃蓍膠，剌梧桐，茄替膠，植物萃取液，果膠，阿拉伯半乳聚糖;植物種子粉，刺槐豆，瓜耳膠，藻(朊)酸鹽，角叉膠，帚叉藻聚糖膠，谷類淀粉，谷類，小麥，大米，蠟玉米，高梁，蠟高梁，塊莖淀粉，土豆，木薯，木薯淀粉;微生物發(fā)酵膠，黃原膠和葡聚糖;改性膠包括纖維素衍生物，甲基纖維素;羧甲基纖維素，羧丙基纖維素，等等。
本發(fā)明將進(jìn)一步地用參照下述有助于理解本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明，但并不能視作是對(duì)本發(fā)明的限制。在這里使用的百分率，除非有其它特別說(shuō)明，都是重量百分?jǐn)?shù)。所有的溫度均以攝氏溫度表示。
實(shí)施例1制備六組加入不同碳酸鈉含量的擠壓混合物。
燃料元件是由含90%(重量)的平均顆粒尺寸為12微米(使用微米機(jī)測(cè)量)的牛皮紙硬木碳化紙漿和10%Kelco HV藻(朊)酸銨粘合劑的摻混物制得的。此碳粉和粘合劑的摻混物與不同濃度的碳酸鈉水溶液混合在一起從而形成擠壓混合物，將此混合物加工成此燃料元件的最終形狀。每種摻混物中約加入了30%(重量)的各種濃度的Na2CO3溶液以形成不同的擠壓混合物。
硬材紙漿碳是在氮?dú)獗Ｗo(hù)下通過(guò)碳化不含滑石粉級(jí)的加拿大大草原(Grand Prairie Canadian)的牛皮硬木紙而制得的，采取逐步升溫的方式以最大限度地減少紙的氧化達(dá)到不低于750℃的最終碳化溫度。所得到的碳材料在氮?dú)庵欣鋮s到低于約35℃，并隨后將其磨成細(xì)粉得到具有平均粒徑約為12微米的細(xì)小粉末。
用于形成擠壓混合物的Na2CO3溶液的濃度為(a)0%(參照的)，(b)0.5%，(c)1.0%，(d)3.0%，(e)5.0%和(f)7.0%水中的碳酸鈉(重量)。
使用動(dòng)力油缸擠壓機(jī)來(lái)擠壓燃料混合物，提供出具有6個(gè)相同的空的周邊狹縫或槽形通道的燃料棒條，每個(gè)縫或槽深約0.035英寸和寬約0.027英寸。通道(狹縫)的構(gòu)型是沿著燃料元件的周邊軸向延伸，基本如圖1A所示。擠壓后，將濕的燃料棒條干燥至約含4.0%的水分。
將所得到的干棒條切成10mm長(zhǎng)，用此得到燃料元件。
經(jīng)干燥和切割的燃料元件的物理特性列于下面表2中。
表2燃料元件的物理特性碳酸鈉添加劑溶液濃度 0% 0.5% 1.0% 3.0% 5.0% 7.0%直徑(in) 0.176 0.173 0.174 0.174 0.175 0.172干燥重量(mg) 111.94 108.96 107.12 106.95 110.82 114.7775°F/40RH水分*4.27 - 3.93 3.92 4.09 4.46長(zhǎng)度(mm) 10 10 10 10 10 10水分＊是采用在75°F和40%相對(duì)濕度下經(jīng)4天后的數(shù)據(jù)。
實(shí)施例2由實(shí)施例1制備所得的燃料元件經(jīng)電感耦合等離子原子發(fā)射光譜(ICP-AES)來(lái)分析其元素組成。
表3給出了由在實(shí)施例1中制備的六個(gè)不同組燃料元件的ICP-AES分析結(jié)果。從表3可以看出，所使用的碳酸鈉溶液濃度導(dǎo)致了燃料元件攝取鈉的巨大差別。使用7%碳酸鈉溶液所得到的藻(朊)酸銨燃料元件的鈉含量的范圍從作為參照的1120ppm，(即固有量)到17，420ppm。
表3燃料元件的ICP-AES分析制備過(guò)程中碳酸鈉溶液的影響0% 0.5% 1.0% 3.0% 5.0% 7.0%Sol′n Sol′n Sol′n Sol′n Sol′n Sol′n元素 ppm ppm ppm ppm ppm ppmAl 276 221 173 161 183 126Ba 14 13 12 12 12 11Ca 2317 2200 2120 2084 2038 1978Cr 25 13 13 12 11 11Cu 1 0.9 0.9 0.7 0.8 0.7Fe 442 242 205 228 173 169K 330 120 109 90 34 82Mg 653 613 608 583 560 536Mn 7 5 4 4 4 4Na 1120 2234 3774 8691 13150 17420Ni 3 3 3 2 3 2P 27 18 12 9 10 3S 270 267 211 208 229 211Sr 60 61 56 56 55 54Zn 4 4 4 4 4 4實(shí)施例3使用一由計(jì)算機(jī)控制的吸煙機(jī)，和空氣活塞泵對(duì)在實(shí)施例1中制備的不同組的燃料元件進(jìn)行燃燒試驗(yàn)。
在此試驗(yàn)中，將燃料元件置于一空的鋁襄然后四周包上C-玻璃絕熱夾套。將此組件隨后固定在一支架上，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的活塞引入丙烷火焰2.4秒。當(dāng)燃料元件處于火焰中時(shí)就采用持續(xù)2秒鐘的50cc抽吸。活塞隨后將組件從火焰中拉出，然后是第2個(gè)50cc抽吸再進(jìn)行。
燃料元件的溫度測(cè)量是通過(guò)一紅外線照相機(jī)組合(熱間諜)來(lái)監(jiān)測(cè)。在最初的2次抽吸之后，總計(jì)4次多于50cc的抽吸作用于組件上，與此同時(shí)，不斷地對(duì)燃料元件的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
如果在所有的6次抽吸之后，燃料元件被視作是點(diǎn)燃了，其表面溫度高于200℃。若燃料元件的表面溫度經(jīng)4次抽吸后高于200℃，但經(jīng)6次膨脹后低于200℃，燃料元件被視作是部分點(diǎn)燃的。當(dāng)經(jīng)4次抽吸后溫度低于200℃，燃料元件被視作是未點(diǎn)燃的。
在試驗(yàn)燃料元件時(shí)，對(duì)各個(gè)Na2CO3含量進(jìn)行共10次的試驗(yàn)以測(cè)定此組的平均點(diǎn)燃能力。
已發(fā)現(xiàn)不含附加鈉的藻(朊)酸銨燃料元件在試驗(yàn)條件下100%的次數(shù)是點(diǎn)不燃的。在混合燃料元件的配料時(shí)使用1%量的碳酸鈉溶液，將會(huì)導(dǎo)致在同樣的實(shí)驗(yàn)條件下60%的燃料元件充分點(diǎn)燃，10%部分點(diǎn)燃，只有30%不能點(diǎn)燃。在混合時(shí)使用30%的碳酸鈉溶液，燃料元件不能點(diǎn)燃的百分?jǐn)?shù)降到10%，進(jìn)一步地將碳酸鈉加到混合物中會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)燃能力的下降。
此實(shí)施例結(jié)論性地指出通過(guò)使用碳酸鈉水溶液將鈉加入燃料元件能獲得燃料元件在點(diǎn)燃能力方面的巨大改善。但是似乎是存在一個(gè)(極)點(diǎn)，超過(guò)這點(diǎn)再進(jìn)一步地將鈉加到燃料元件中會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)燃趨勢(shì)減小。
從這些數(shù)據(jù)中，將碳酸鈉溶液加到燃料元件中以改善具有圖1A狹縫型燃料元件的點(diǎn)燃能力的最適宜濃度在1-3%范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換成在燃料元件中的鈉含量系在3800-8700ppm之間。
在另一個(gè)點(diǎn)燃能力試驗(yàn)中，系將參考香煙(具有圖1A狹縫型的)的改性燃料元件與本發(fā)明的燃料元件相比較，參考香煙燃料元件的長(zhǎng)度為10mm，直徑為4.5mm，其組成是9份硬木碳，1份SCMC粘合劑，和1%(重量)的K2CO3，K2CO3在使用之前在超過(guò)800℃的溫度下烘烤2小時(shí)以碳化粘合劑并減少或消除其中任何揮發(fā)性化合物。
如實(shí)施例1制備的燃料元件，含大約3500-9000ppm的Na，點(diǎn)燃次數(shù)幾乎100%，而參考香煙燃料元件大約只為10-25%。
實(shí)施例4測(cè)量如實(shí)施例1所述燃料元件的發(fā)煙燃燒趨勢(shì)是通過(guò)將燃料單元放在一空的囊中，點(diǎn)燃它，然后監(jiān)測(cè)其重量的減少，以作為在點(diǎn)燃香煙的發(fā)煙燃燒階段中燃料元件將燃燒得有多快的指示。這也提供了一個(gè)相對(duì)測(cè)量在發(fā)煙燃燒時(shí)傳導(dǎo)能量傳遞給囊件的速度。
在發(fā)煙燃燒階段，不含添加鈉的藻(朊)酸銨燃料元件燃燒是很緩慢的，鈉的加入可加快燃燒速度，并依賴于加入燃料元件中鈉的量。燃燒碳的量迅速增長(zhǎng)，直至碳酸鈉溶液的濃度達(dá)到約3.0%。進(jìn)一步地增加加入的鈉，與由3%溶液制成的燃料元件相比，只會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生略高的發(fā)煙燃燒速度。
這些數(shù)據(jù)是很有價(jià)值的，因?yàn)樗鼈儽砻魍ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)鈉含量能夠控制燃料元件發(fā)煙燃燒的速度，并將它們的傳導(dǎo)能量轉(zhuǎn)移給囊件。
實(shí)施例5將實(shí)施例1的燃料元件作進(jìn)一步分析包括(a)測(cè)量燃料元件表面溫度;
(b)測(cè)量燃料元件后部溫度;
(c)測(cè)量囊件溫度;
(d)測(cè)量氣溶膠溫度，和(e)測(cè)量指溫。
這些研究建立在以不斷抽吸為基礎(chǔ)的，使用由每30秒持續(xù)2秒種的50CC抽吸組成的吸煙條件。這種試驗(yàn)方法在下面引用時(shí)稱標(biāo)作“50/30”試驗(yàn)。
圖3指出的是實(shí)施例1的燃燒著的燃料元件在抽吸時(shí)顯示出來(lái)的表面溫度。這些溫度是使用一聚焦在燃料元件的前面的紅外線熱監(jiān)測(cè)照相機(jī)來(lái)測(cè)量的。
如圖3所示，燃料元件溫度讀數(shù)基本上是落在兩組之一上。不含加入碳酸鈉(參照的，即加入0%的Na2CO3溶液)的燃料元件顯示的是典型的100%藻(朊)酸銨粘合劑碳燃料元件的特性;即，抽吸溫度要超過(guò)所有的抽吸狀態(tài)。
將少量的碳酸鈉加入燃料元件中(即0.5%-1.0%Na2CO3溶液)，與參照的相比，抽吸溫度只顯示出很小的差異。然而，當(dāng)將3.0%或更濃的碳酸鈉溶液用于制備燃料元件時(shí)，抽吸溫度將會(huì)發(fā)生顯著的變化，抽吸溫度與參照的相比顯示出相當(dāng)大的下降，且所顯示的溫度與那些加入SCMC粘合劑的燃料元件更相似。
圖4顯示了在抽吸發(fā)生15秒之后所測(cè)量的燃料元件的發(fā)煙燃燒溫度。這些數(shù)據(jù)與上述圖3討論的抽吸溫度數(shù)據(jù)是相同的。
含更高鈉含量的燃料元件的發(fā)煙燃燒溫度低于那些含鈉低的或不加入鈉的。然而，必須注意從使具有低的發(fā)煙燃燒溫度，而更高含量的鈉存在時(shí)，發(fā)煙燃燒速度實(shí)際上增大的。在發(fā)煙燃燒時(shí)當(dāng)高含量的碳酸鈉加入燃料元件，即使所有燃燒溫度都降低，而在任何已給定的溫度下卻能燃燒更多的碳。
圖5圖示了通過(guò)在燃料組份后部對(duì)面將細(xì)金屬絲熱電偶插入囊件中來(lái)測(cè)量實(shí)施例1燃燒著的燃料元件的后部溫度。這個(gè)圖示的數(shù)據(jù)大體上顯示了參照的燃料元件(不加入鈉的)與加入了鈉的同樣類型的燃料元件相比，在大部分抽吸情況下具有一較低的后部溫度(大約40℃)。這些含加入鈉的燃料元件的所有特性或多或少具有相同的形式。
圖6圖示了在距燃料元件前端11mm處測(cè)量的囊件壁的溫度。在此分析中，燃料元件是裝在30mm×4.5mm(內(nèi)徑)的鋁囊中，裝入深度為25mm的做成丸狀(marumerized)煙草基材(見(jiàn)Wihte，U.S.Patent No.4，893，639)并用C-玻璃絕熱夾套緊緊包住燃燒。
溫度的測(cè)量是通過(guò)將細(xì)金屬絲熱電偶穿過(guò)絕熱夾套插到使熱電偶的尖端接觸鋁囊的那一點(diǎn)。插入孔在發(fā)煙前用堵縫化合物再封住，圖6顯示了參照的燃料元件導(dǎo)致了囊件溫度要顯著低于使用加入鈉的燃料元件所觀察到的溫度。
用濃度范圍在1.0%-5.0%的Na2CO3水溶液制得的燃料元件提供了大約50℃高于參照的(加入0%)囊件溫度。這個(gè)事實(shí)支持了下面的假說(shuō)，含鈉的燃料元件的發(fā)煙燃燒速度越快，就給囊件提供了更多的傳導(dǎo)熱，與參照的SCMC粘合劑燃料元件相比，更適合保持香煙的運(yùn)行溫度。
圖7是不斷抽吸情況下在囊件后部出口氣體溫度測(cè)定的曲線。在這個(gè)分析中，燃料組份也裝在30mm×4.5mm(內(nèi)徑)的鋁囊中，裝入深度為25mm的做成丸狀的(marumerized)煙草基材(見(jiàn)White，U.S.Patent No.4，893，693)，并用C-玻璃絕熱夾套緊緊包住燃燒。
一般說(shuō)來(lái)，可以看出將碳酸鈉加入組合物來(lái)制備燃料元件會(huì)導(dǎo)致囊件中氣溶膠溫度的升高。高含量的鈉將導(dǎo)致氣溶膠溫度升高約20℃(與參照的相比)。
實(shí)施例6大體上如圖1所示的香煙，用實(shí)施例1-5的燃料元件來(lái)制備，使用下述組件1.30mm長(zhǎng)狹縫的鋁囊中裝入深度為25mm經(jīng)壓實(shí)(即制成丸狀)的煙草基材，2.15mmC-玻璃燃料元件絕熱夾套，3.22mm長(zhǎng)包住囊件的煙草卷，和4.由20mm長(zhǎng)4英寸寬的集束煙草紙和20mm聚丙烯過(guò)濾材料組成的接口管。
基材的制備基材是一經(jīng)壓實(shí)(或制成丸狀)的煙草，其制備是通過(guò)將糊狀煙草和甘油擠壓到快速旋轉(zhuǎn)的盤上，從而形成小的，粗糙的球形基底材料，對(duì)過(guò)程的一般描述和儀器與U.S.Patent No.4，893，639(White)是相同的，在此結(jié)合引用此披露作為參考。
鋁囊空鋁囊是將鋁進(jìn)行金屬拉伸加工來(lái)制備的，囊件的長(zhǎng)度約為30mm，外徑約為4.6mm，內(nèi)徑約為4.4mm，容器的一端是開(kāi)口的，另一端除了兩個(gè)狹縫狀開(kāi)口外是封住的，開(kāi)口尺寸約為0.65mm，3.45mm，且兩者相距約1.14mm。
將經(jīng)壓實(shí)的煙草基材裝入囊件中約達(dá)25mm的深度，然后將燃料元件插入容器的開(kāi)口端內(nèi)約3mm的深度。這樣，燃料元件延伸到距囊件開(kāi)口端約7mm處。
絕熱夾套用同樣是15mm長(zhǎng)的絕熱夾套材料包住一15mm長(zhǎng)，直徑為4.5mm的塑料管。在這種香煙實(shí)施例中，絕熱夾套是由一層Owens-Corning公司的C-玻璃編織物所組成，在經(jīng)夾套成形機(jī)壓縮之前該織物約為2mm厚。帶夾套塑料管的最終直徑約為7.5mm。
煙草卷煙草卷由體積膨松，摻混的白萊煙、烤煙和東方煙切碎的填料包襄于選用Kimberly-Clark公司P1487-125的紙內(nèi)，從而制成直徑約7.5mm，長(zhǎng)約22mm的煙草卷。
前端組件絕緣夾套部分和煙草棒條用Kimberly-Clark公司P2674-190的紙包裹而連接在一起，從而限定了煙草/玻璃夾套部分和煙草卷的長(zhǎng)度。將煙草卷的開(kāi)口端鉆成直徑約4.6mm的縱向通道。鉆孔形狀制成能使塑料管進(jìn)入并嵌在絕熱夾套內(nèi)。筒殼組件從聯(lián)結(jié)的絕熱夾套和煙草卷的前端插入，同時(shí)塑料管穿過(guò)鉆孔從卷的開(kāi)口端拉出。筒殼組件一直插著，直到燃料組份的燃燒端與絕熱夾套的前端齊平。所得的前端組件的全部長(zhǎng)度約為37mm。
接口管接口管包括20mm長(zhǎng)松散煙草紙聚集的圓筒形部分和20mm長(zhǎng)，吹融聚丙烯無(wú)紡布聚集的圓筒形部分，兩部分均用最外面的包裹紙包住。各部分通過(guò)用如U.S.Patent No.4807，809(Pryor et al.)所述的裝置制備成分段的棒條而獲得的。
第一部分的直徑約7.5mm，并從采用Kimberly-Clark公司的P 1440-GNA煙草紙的松散聚集網(wǎng)獲得。通過(guò)利用Kimberly-Clark公司的P 1487-184-2的紙插塞包裹來(lái)固定。
第二部分的直徑約7.5mm，并從Kimberly-Clark公司的PP-100聚丙烯無(wú)紡布聚集而獲得，通過(guò)利用Kimberly-Clark公司的P 1487-184-2的紙插塞包裹來(lái)固定。
此兩部分緊靠著首尾相接地軸向排成一行，且通過(guò)使用Simp-son Paper公司(維克斯堡，密執(zhí)安)的L-1377-196F紙須外面包裹起來(lái)將限定長(zhǎng)度兩部分連接在一起。接口管長(zhǎng)度約為40mm。
香煙的最終組合前端組合體緊靠著接口管首尾相接地軸向排成一行，這樣前端組合體的容器末尾與接口管聚集煙草紙部分緊相鄰，前端組合體與接口管通過(guò)接口管的固定長(zhǎng)度以及緊靠接口管的5mm長(zhǎng)的前端組合體用末端紙來(lái)連接。
最終規(guī)定所有制成的香煙，在吸煙前規(guī)定要置于75°F/40%相對(duì)濕度(RH)條件下4-5天。
使用在使用中，吸煙者用香煙打火機(jī)點(diǎn)燃燃料元件，燃料元件燃燒。吸煙者將香煙的嘴端插入他/她唇內(nèi)，叼上香煙。含煙草香味的可見(jiàn)的氣溶膠吸入吸煙者的口中。
實(shí)施例7如實(shí)施例1的燃料元件，將實(shí)施例6的香煙同樣進(jìn)行詳細(xì)分析，包括(a)測(cè)量囊件出口氣體溫度，(b)測(cè)量接口窄的指溫，(c)測(cè)量CO/CO2的產(chǎn)率，(d)測(cè)量全部熱卡產(chǎn)量，(e)測(cè)量燃燒壓力降，(f)測(cè)量不斷抽吸時(shí)氣溶膠密度，(g)測(cè)量氣溶膠總產(chǎn)率，(h)測(cè)量不斷抽吸時(shí)的甘油產(chǎn)率，(i)測(cè)量全部甘油產(chǎn)率，(j)測(cè)量不斷抽吸時(shí)的尼古丁產(chǎn)率，(k)測(cè)量尼古丁總產(chǎn)率，這些研究是建立在以不斷抽吸為基礎(chǔ)的使用兩種類型吸煙條件之一(或二);(1)如上所述“50/30”實(shí)驗(yàn)，和(2)FTC吸煙條件。
實(shí)施例6香煙接口管處的出口氣體溫度曲線圖示于圖8。所有樣品的氣溶膠溫度約40℃或更低，依賴于抽吸次數(shù)。然而從圖8應(yīng)注意到，將碳酸鈉加到燃料元件，與參照的相比，在較后的抽吸中會(huì)產(chǎn)生更高的氣溶膠溫度。
實(shí)施例6香煙的各種指溫曲線示于圖9。指溫是通過(guò)將細(xì)金屬絲熱電偶插于香煙接口管距過(guò)濾嘴端而約20mm處來(lái)測(cè)量的。圖9顯示了指溫隨著鈉溶液濃度的增長(zhǎng)而上升直到3.0%的含量。隨后加入更高含量的碳酸鈉會(huì)導(dǎo)致指溫的下降。所有的指溫?cái)?shù)據(jù)列于圖9中，與參考香煙典型測(cè)量值約75℃相比是非常低的。
對(duì)含不同量的碳酸鈉的實(shí)施例6香煙CO/CO2產(chǎn)率的測(cè)量是以不斷抽吸為基礎(chǔ)使用50/30抽吸條件和通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)FTC方法(35cc抽吸體積，2秒持續(xù)時(shí)間;通過(guò)發(fā)煙燃燒58秒的間隔)。
50/30實(shí)驗(yàn)CO產(chǎn)率和相當(dāng)于FTC實(shí)驗(yàn)CO產(chǎn)率的概要情況列于下表4中。從表中可看出FTC CO產(chǎn)率是相對(duì)低的。
表4每抽吸一次FTC和50/30CO產(chǎn)率加入的Na2CO3溶液 Na含量 50/30CO FTC CO% (ppm) (mg) (mg)0.0 1120 14.8 5.40.5 2234 18.3 6.41.0 3774 21.0 7.63.0 8691 21.1 9.15.0 13150 22.5 9.77.0 17420 24.1 10.0另外，50/30實(shí)驗(yàn)和FTC實(shí)驗(yàn)CO2產(chǎn)率的概要情況列于表5中。
表5每支香煙的FTC和50/30CO2產(chǎn)率加入的Na2CO3溶液 Na含量 50/30CO2FTC CO2% (ppm) (mg) (mg)0.0 1120 56.0 22.10.5 2234 62.1 24.61.0 3774 61.7 24.73.0 8691 58.4 23.95.0 13150 54.5 21.87.0 17420 54.7 21.4
上述CO/CO2產(chǎn)率數(shù)據(jù)可用來(lái)計(jì)算由燃燒元件產(chǎn)生的不斷抽吸和全部對(duì)流熱能的產(chǎn)率。如圖10表示的是由不同的燃料元件在50/30實(shí)驗(yàn)吸煙條件下吸煙所產(chǎn)生的不斷抽吸熱卡曲線，圖10顯示了將碳酸鈉加到燃料元件會(huì)導(dǎo)致對(duì)流能量的增加，特別是對(duì)第一個(gè)8次抽吸過(guò)程。
燃料元件在50/30和FTC吸煙條件下的全部熱卡量概要情況列于表6中。
表6FTC和50/30熱卡產(chǎn)率加入的Na2CO3溶液 Na含量 50/30 FTC% (ppm) 熱卡 熱卡0.0 1120 117.3 52.40.5 2234 148.0 58.61.0 3774 153.5 60.63.0 8691 143.9 59.75.0 13150 139.3 55.87.0 17420 138.2 55.2圖11顯示的是從在50/30吸煙條件下吸煙獲得的燃燒壓力降。圖11顯示了所有試驗(yàn)的實(shí)施例6香煙所顯示的燃燒壓力降都低于500mm水柱。將碳酸鈉加到燃料元件導(dǎo)致了燃燒壓力降的增長(zhǎng)直到100mm水柱，與參照的相比，它是依賴于所加入的碳酸鈉的量而變化。
表7列出了三種相同香煙的性能比較，除了在形成燃料元件中使用三種不同的粘合劑;(1)SCMC(不加Na);(2)藻(朊)酸銨(不加Na);和(3)藻(朊)酸銨并加入3%Na2CO3溶液。
這三種香煙性能的差異立刻就顯示出來(lái)。
表7由含粘合劑(1)全部-SCMC，(2)全部-藻(朊)酸銨，和(3)藻(朊)酸銨混合3%Na2CO3溶液的燃料元件制成的香煙特性的比較全部- 全部-藻 藻(朊)酸銨特性 SCMC (朊)酸銨與3.0%Na2CO3最高抽吸溫度℃ 930 885 885后部溫度℃ 440 240 26011mm囊件溫度℃ 202 163 204囊件EGT℃ 132 57 78MEP EGT℃ 37 37 42指溫℃ 47 40 46FTC CO產(chǎn)率mg 7.7 5.4 9.1FTC CO2產(chǎn)率mg 31.7 22.1 23.950/30CO產(chǎn)率 19.5 14.8 21.450/30CO2產(chǎn)率mg 72.2 56.0 57.8抽吸熱卡cals 172.7 117.3 143.8發(fā)煙燃燒損失5min mg 62.3 21.9 56.0%不燃燒 40 100 10＊EDT＝出口氣體的溫度實(shí)施例6中以各種碳酸鈉量加入到燃料元件的微觀結(jié)構(gòu)中的香煙不斷抽吸的氣溶膠密度是通過(guò)在50/30吸煙條件下的吸煙機(jī)上吸煙獲得的。接口管口端的氣溶液膠密度是讓氣溶膠通過(guò)光度計(jì)來(lái)測(cè)得的。
圖12圖示了使用六種不同類型燃料元件香煙的氣溶膠密度不斷抽吸的曲線，從圖12可看出參照的(加入0%Na2CO3)燃料元件的香煙只產(chǎn)生很少的氣溶膠。即使是很少量的碳酸鈉加到燃料元件中就會(huì)導(dǎo)致氣溶膠密度的巨大增長(zhǎng)。加入1.0%碳酸鈉溶液制得的燃料元件產(chǎn)生了氣溶膠總產(chǎn)率的400%增長(zhǎng)。
通過(guò)圖13和14可更清楚地看出所有氣溶膠產(chǎn)率都已分別標(biāo)繪成碳酸鈉溶液的濃度和各個(gè)燃料元件中鈉的實(shí)際PPM值的函數(shù)。
氣溶膠組份和香味(例如甘油和尼古丁)的產(chǎn)率是從實(shí)施例6的香煙在50/30吸煙條件下獲得的。圖15表示了不斷抽吸時(shí)的甘油產(chǎn)率，圖15揭示了使用參照燃料元件的香煙產(chǎn)生的甘油產(chǎn)率明顯地少于使用添加了碳酸鈉的燃料元件。
從圖16可看出對(duì)于尼古丁產(chǎn)率有同樣的行為。
實(shí)施例8將天冬酰胺(優(yōu)選的能釋放氨的化合物)加到燃料混合物，其含量變化從0%-3%，發(fā)現(xiàn)在香煙燃燒產(chǎn)物中減少的甲醛量超過(guò)70%。
實(shí)施例8A帶有煙草/碳燃料元件的參考型香煙用下述成分來(lái)制備。
基材鋁 44.50碳 15.00SCMC 0.50共混的煙草顆粒 10.00表面經(jīng)熱處理的煙草顆粒 10.00甘油 20.00燃料組份(10mm×4.5mm;5-狹縫，插入3mm)碳 77.00 76.00 75.00 74.00(Calgon C5)SCMC粘合劑 8.00 8.00 8.00 8.00煙草顆粒 15.00 15.00 15.00 15.00天冬酰胺 0.00 1.00 2.00 3.00
接口管10mm空的空間;10mm煙草紙;20mm聚丙烯過(guò)濾器部分煙草卷膨脹煙草的共混物絕熱夾套15mm Owens-Corning的“C”玻璃外層包裹的紙KC-1981-152吸煙結(jié)果-測(cè)量甲醛的含量%天冬酰胺 甲醛含量0 24.3μg/香煙1 18.9μg/香煙2 11.1μg/香煙3 6.4μg/香煙實(shí)施例8B帶有煙草/碳燃料元件的參考型香煙用下述成分來(lái)制備丸狀基材鋁 44.50碳 15.00SCMC 0.50共混的煙草顆粒 10.00表面經(jīng)熱處理的煙草顆粒 10.00甘油 20.00燃料組份(10mm×4.5mm;6-狹縫，插入3mm)碳 89.10 88.10 87.10 86.10(硬木)藻(朊)酸銨 10.00 10.00 10.00 10.00Na2CO30.90 0.90 0.90 0.90
天冬酰胺 0.00 1.00 2.00 3.00接口管10mm空的空間;10mm煙草紙;20mm聚丙烯過(guò)濾器部分煙草卷膨脹煙草的共混物絕熱夾套15mm Owens-Corning的“C”玻璃外層包裹的紙KC-1981-152吸煙結(jié)果-測(cè)量甲醛的含量%天冬酰胺 甲醛含量0 12.8μg/香煙1 10.7μg/香煙2 6.2μg/香煙3 2.6μg/香煙已詳細(xì)地?cái)⑹隽吮景l(fā)明包括其優(yōu)選實(shí)例。然而，應(yīng)該明白的是，文本中建立在對(duì)本發(fā)明所揭示內(nèi)容深思熟慮基礎(chǔ)上的這些技藝，只要在本發(fā)明的范圍和精髓之內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改性和/或改善，但仍屬于下述的本發(fā)明的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種用于煙制品燃料元件的含碳燃料組合物，其特征在于，所述組合物包含一緊密混合物；(a)約60-99%(重量)的碳；(b)約1-20%(重量)的粘合劑；(c)約0-20%(重量)的煙草；和(d)約3000-20，000ppm的最終鈉(Na)含量。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料組合物，其特征在于，其中所述的粘合劑包括一含有約低于1500ppm固有鈉含量的無(wú)鈉粘合劑。
3.如權(quán)利要求1所述的燃料組合物，其特征在于，其中所述的粘合劑包括一含有約低于3000ppm固有鈉含量的低鈉粘合劑。
4.如權(quán)利要求1所述的燃料組合物，其特征在于，其中所述的粘合劑包括一含有約低于3000ppm鈉含量的鈉鹽粘合劑和低鈉粘合劑的混合物。
5.如權(quán)利要求1所述的燃料組合物，其特征在于，其中所述的粘合劑包括一含有約低于3000ppm鈉含量的鈉鹽粘合劑和無(wú)鈉粘合劑的混合物。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的燃料組合物，其特征在于，它還含一鈉化合物，它選自由碳酸鈉，乙酸鈉，草酸鈉和蘋果酸組成的組。
7.如權(quán)利要求6所述的燃料組合物，其特征在于，其中所述的鈉化合物是一在約0.1-10%(重量)范圍內(nèi)的水溶液。
8.如權(quán)利要求7所述的燃料組合物，其特征在于，其中所述的鈉化合物是一在約0.5-7%(重量)范圍內(nèi)的水溶液。
9.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的燃料組合物，其特征在于，其進(jìn)一步包括一不燃燒的填料材料。
10.如權(quán)利要求9所述的燃料組合物，其特征在于，其中所述的填料是碳酸鈣或燒結(jié)的碳酸鈣。
11.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的燃料組合物，其特征在于，其中所述的無(wú)鈉或低鈉粘合劑是一藻(朊)酸鹽粘合劑。
12.如權(quán)利要求9所述的燃料組合物，其特征在于，其中所述的藻(朊)酸鹽粘合劑是藻(朊)酸銨。
13.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的燃料組合物，其特征在于，它包含約3500-9，000ppm的碳酸鈉。
14.一種提高由碳和粘合劑的混合物的組合物制備的燃燒碳質(zhì)燃料元件的發(fā)煙燃燒溫度的方法;其特征在于，所述的方法包括通過(guò)加入一鈉化合物的水溶液來(lái)調(diào)節(jié)燃料元件組合混合物中鈉含量的步驟，此鈉化合物是選自由碳酸鈉、乙酸鈉、草酸鈉和蘋果酸鈉組成的組，并且使其最終的鈉含量約為2500-10，000ppm。
全文摘要
已發(fā)現(xiàn)，將一定量最好是以碳酸鈉形式的鈉加入到低鈉含量的粘合劑中，如含有碳質(zhì)燃料組合物的藻(朊)酸銨，會(huì)導(dǎo)致燃料元件本身和加入燃料元件香煙(或其它吸煙制品)性能的巨大變化。這些性能的差異包括氣溶膠和/或香味產(chǎn)率的變化，把碳酸鈉加入到燃燒元件中，在不需要過(guò)熱香煙的情況下，將極大地增加發(fā)煙燃燒速率且也增加了抽吸熱卡，由此導(dǎo)致總(的)不斷抽吸氣溶膠產(chǎn)率的實(shí)質(zhì)性改善。
文檔編號(hào)A24D1/00GK1068024SQ9210526
公開(kāi)日1993年1月20日 申請(qǐng)日期1992年6月27日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月28日
發(fā)明者丹尼斯·邁克爾·里格斯, 阿爾瓦羅·岡薩雷斯-帕拉 申請(qǐng)人:R·J·雷諾茲煙草公司