專利名稱:處理供煙具使用的基體材料的方法和用此方法制造的產(chǎn)品的制作方法
本發(fā)明涉及一種煙具上的、作為煙霧形成材料的載體的、具有降低的滯留能力的基體材料，并涉及制造基體材料的方法和使用這種基體材料的煙具。這種具有降低的滯留能力的基體材料在制造能產(chǎn)生類似煙草煙的煙霧的煙具里特別有用，而且它僅含有絕少量不完全燃燒或高溫分解的產(chǎn)物。
卷煙狀的煙具已經(jīng)出現(xiàn)許多年了，特別是近二，三十年內(nèi)。例如，雷納等人的編號(hào)為4，079，742的美國專利;雷的編號(hào)為4，284，089的美國專利;西格爾的編號(hào)為2，907，686的美國專利;埃利斯等人的編號(hào)為3，356，094的美國專利;摩西的編號(hào)為3，516，417的美國專利;博伊德等人的編號(hào)為3，943，941和4，044，777的美國專利;埃雷特斯曼等人的編號(hào)為4，286，604的美國專利;哈德威克等人的編號(hào)為4，326，544的美國專利;博爾特等人的編號(hào)為4，340，072的美國專利;斯坦納的編號(hào)為4，474，191的美國專利;以及歐州專利申請(qǐng)?zhí)?17，355(赫恩)。
許多這類煙具能用來產(chǎn)生煙霧和煙氣。其中一些煙具聲稱能產(chǎn)生沒有熱量的煙霧。另外一些使用熱量或燃料，以便產(chǎn)生煙霧。然而，所有這些煙具沒有一個(gè)曾經(jīng)獲得任何商業(yè)上的成功，并且可以相信它們中沒有一種煙具曾被廣泛地銷售過。市場(chǎng)上缺乏這類煙具有許多原因，它包括產(chǎn)品在使用的開頭和全過程中不能產(chǎn)生足夠的煙霧，乏味，由于煙霧形成物和/或香料的熱分解而產(chǎn)生的異味，存在相當(dāng)多的高溫分解產(chǎn)物和支流煙，以及丑陋的外形。
因此，盡管十分地關(guān)注和努力，在市場(chǎng)上仍舊沒有在不形成大量的未完全燃燒的和高溫分解產(chǎn)物的情況下，能提供與普通的煙卷煙相似的好處與優(yōu)點(diǎn)的煙具。
本發(fā)明旨在提供一種煙具上的、作為煙霧形成材料的載體的、具有降低的滯留能力的基體材料，并提供制造用于這種煙具的這種基體材料的方法和使用這種基體材料的煙具。使用本發(fā)明這種基體材料的煙具，在煙具使用的開頭和全過程中能產(chǎn)生大量的煙霧，而沒有煙霧形成物的顯著的熱分解，也不存在相當(dāng)多高溫分解或未完全燃燒產(chǎn)物，或者支流煙。并且，它們能給使用者以香煙味的感覺和亨受，但不需燃燒煙草。
本發(fā)明的基體材料實(shí)際上可以是任何能夠存留煙霧形成物并通過燃料加熱能夠釋放潛在的煙霧形成物的氣體的多孔材料，并且這種材料具有降低的滯留能力。本發(fā)明推薦的基體材料是經(jīng)過處理的具有降低的滯留能力的氧化鋁和活性碳。
根據(jù)本發(fā)明，基體材料的處理一般是減少其表面積和增加其中間細(xì)孔直徑，從而使得基體對(duì)于煙霧形成物來說具有降低的滯留能力，這樣有助于將存在于煙具里的異味減至最小程度。
此處所用的詞“滯留能力”是用來定義煙霧形成物和/或香料通過物理和/或化學(xué)力的手段粘附在基體材料上的能力。
處理這種基體材料的推薦的方法包括以下連續(xù)的步驟(1)加熱基體材料，其時(shí)間足以降低煙霧形成物在基體材料上的滯留能力;
(2)清洗熱處理過的基體材料，以除去存在的或加熱期間產(chǎn)生的雜質(zhì);
(3)干燥處理過的基體材料，使其含水量約小于5%。
一般，利用根據(jù)本發(fā)明方法制造的、經(jīng)過處理的基體材料的煙具包括(1)一釋熱元件;
(2)一含有作為煙霧形成物載體的、處理過的基體材料的，結(jié)構(gòu)上分離的煙霧發(fā)生裝置;
(3)一呈煙嘴狀軸向通道的煙霧輸送裝置。
圖1是推薦的煙具的縱剖面圖，它可以使用本發(fā)明的經(jīng)過處理的基體材料。
一般說來，根據(jù)本發(fā)明推薦的處理基體材料的方法包括，將材料加熱一段時(shí)間，使其足以降低對(duì)煙具里使用的煙霧形成物和/或香料的滯留能力。其它的改變基體材料，使其降低滯留能力的物理化學(xué)方法也可使用。
可以用于本發(fā)明的好的基體材料是具有降低的滯留能力的，多孔的，并且是必須能存留煙霧形成材料(例如丙三醇，三甘醇等等和其它的成份，例如碎煙草，噴霧干燥的煙草萃取物，煙草萃取物，和煙霧形成材料)，能通過燃料加熱釋放潛在的煙霧形成的氣體。這種可以處理成具有降低的滯留能力的材料包括氧化鋁，多孔碳，活性碳等?？梢园凑毡景l(fā)明處理的其它合適的材料包括硅石，蛭石或膨潤土之類的粘土，其它無機(jī)氧化物，硫酸鹽，碳酸鹽，碳化物等，所述材料具有約大于0.05微米的中間細(xì)孔直徑?；钚蕴己脱趸X較可取。
在一個(gè)推薦的實(shí)施例里，氧化鋁經(jīng)過處理后降低了它的滯留能力。用于本發(fā)明的氧化鋁可以是各種形態(tài)的，如多孔的整塊固體，粒狀的或擠壓出的材料，細(xì)小的粉末或絲狀的。可以被處理從而用于推薦的煙具的特別合適的基體氧化鋁可從W.R.格雷斯公司買到，它具有很大的表面積，SRA0706×14美國篩號(hào)。其它可使用的氧化鋁包括煅燒氧化鋁CP-5，CP-2和CPN，它們可從賓夕法尼亞州匹茲堡的美州氧化鋁公司買到，還包括活性氧化鋁A-2和A-201，它們可從路易斯安那州巴頓拉夫的凱澤(Kaiser)化學(xué)公司買到。
根據(jù)本發(fā)明，氧化鋁在用于煙具前通過在高溫下(如大于1000℃)加熱(如燒結(jié))被處理成它的α形態(tài)(如從γ型到α型)，最好經(jīng)過清洗和干燥。在這個(gè)過程中，加熱時(shí)間和溫度將取決于，至少部分取決于要處理的基體材料的性質(zhì)，基體材料的形狀(如顆粒的或整塊的)要處理的基體材料的數(shù)量，這種材料在加熱裝置里的裝填量，材料的揮發(fā)性等等。
較可取的是，氧化鋁以每小時(shí)約200℃到500℃的速度被加熱，最好以每小時(shí)約400℃的速度被加熱至1000℃以上，最好被加熱至約1200°到1550℃。較可取的是，加熱在空氣里進(jìn)行，雖然也可使用無氧化性的氣體。氧化鋁被保溫一段時(shí)間，最好按照使用的溫度保溫約1小時(shí)。然后基體材料被冷卻到室溫。推薦的加熱裝置是一種氣體燃燒振動(dòng)平板爐(俄亥俄州哥倫巴士的哈羅普工業(yè)公司)。可以不必拘泥于理論，可以相信，氣體燃燒爐在氧化鋁加熱期間將提供較高的水氣，從而影響它的細(xì)孔結(jié)構(gòu)，例如提供比具有較低水氣的爐子(如電爐)較大的細(xì)孔。
燒結(jié)處理能從未處理過的氧化鋁上除去有機(jī)雜質(zhì)，但清洗步驟最好仍舊使用，以便除去新產(chǎn)生的(如細(xì)粒)或燒結(jié)處理時(shí)未除去的物質(zhì)。一般，去離子水和/或質(zhì)子有機(jī)溶劑(如乙醇)被用作清洗溶劑。有時(shí)需要一次或幾次洗滌以便除去雜質(zhì)。
清洗后，最好對(duì)清洗過的氧化鋁進(jìn)行干燥，使其含水量約小于重量的百分之五，較可取的是約小于重量的百分之三，最好約小于重量的百分之一。如果使用乙醇之類的質(zhì)子有機(jī)溶劑，可以使用簡單的真空干燥。如果使用水或水和質(zhì)子溶劑的混和物，所使用的干燥溫度大于100℃，最好大于200℃。
下面的表1將未經(jīng)過處理的，即原始的氧化鋁(樣品1)與根據(jù)本發(fā)明的方法經(jīng)過處理的氧化鋁基體(樣品2-4)進(jìn)行了比較。表面積是通過貝特測(cè)定法(BET)的氮吸附法，儀器型號(hào)是Micromeritics Digisorb 2600(佐治亞州諾克羅斯的麥克魯邁里的克斯Micromeritics公司)。細(xì)孔的大小是通過汞侵入作用，用儀器Micromeritics Autopore 9200來測(cè)定的。樣品2-4的氧化鋁是在間歇生產(chǎn)爐中(在空氣中)以每小時(shí)400℃的速度被加熱至1450℃，并在該溫度中保溫約1小時(shí)。加熱過的氧化鋁被冷卻到室溫，然后用去離子水清洗。處理過的氧化鋁在約400℃的溫度里被干燥，直至其最終的含水量約小于1%。
a.滯留能力是通過將一已知量的基體浸入丙三醇，以1600g的速度旋轉(zhuǎn)10分鐘，所測(cè)出的由基體保持的丙三醇的重量百分比。
b.中間細(xì)孔直徑(體積)是這樣的細(xì)孔直徑;在它二邊的比它大的和比它小的直徑的細(xì)孔體積在數(shù)量上相等。中間細(xì)孔直徑(體積)是用儀器Micromeritics Autopore 9200測(cè)出的。
從表1中可看出，根據(jù)本發(fā)明處理過的氧化鋁基體通過燒結(jié)產(chǎn)生的一減少的表面積和增加的細(xì)孔直徑具有降低的滯留能力?？梢园l(fā)現(xiàn)，處理過的氧化鋁物理性能上的這些變化有助于在抽吸使用這種處理過的基體的煙具時(shí)將異味減至最小程度或完全除去。
一般，根據(jù)本發(fā)明處理過的氧化鋁基體應(yīng)該具有的表面積(m2/g)在約50以下，較可取的是約在30以下，最好約在10以下。中間細(xì)孔直徑(體積，μm)應(yīng)該約大于0.1，較可取的是約大于0.3，最好約大于0.5。
為了用于某些推薦的煙具里，氧化鋁基體可以形成條狀。在某些實(shí)施例里，最好先燒結(jié)，通過將末處理過的粉未狀的氧化鋁，約是重量的百分之八十到百分之十，最好約是重量的百分之七十到二十與一水氧化鋁之類的粘合劑，約是重量的百分之二十到九十，最好約是重量的百分之三十到八十進(jìn)行混和，從而形成氧化鋁的壓出物。特別合用的粉末狀氧化鋁可從阿爾坎化學(xué)制品公司(俄亥俄州克利夫蘭)買到，牌號(hào)C-71-UNG。合用的粘合劑可從維斯泰化學(xué)公司(德克薩斯州休斯敦)買到。此外，可加入乙酸之類的膠溶劑，以便膠溶粘合劑。最好，氧化鋁和粘合劑在干的狀態(tài)下進(jìn)行混和，然后加入膠溶劑的水溶液，從而形成具有硬面團(tuán)樣粘度的糊狀。
加到氧化鋁和粘合劑的干的混和物里去的膠溶劑的量根據(jù)所用的粘合劑的特性可在某個(gè)范圍內(nèi)變化。一般，應(yīng)加入足夠的量，以使混和物里的含水量約是重量的百分之二十到四十，較可取的約是重量的百分之二十五到三十五，最好約是重量的百分之三十。
然后利用標(biāo)準(zhǔn)的沖壓式或柱塞式擠壓機(jī)將面團(tuán)狀混和物擠壓成想要的形狀，并帶有想要的通道數(shù)量(在中心和/或在周邊)，然后被干燥，最好在室溫下其含水量被降至約小于重量的百分之五，較可取的是約小于重量的百分之三，最好是約小于重量的百分之一。條的外徑最好略小于煙霧發(fā)生裝置，例如用于推薦的煙具里的以盛放基體材料的金屬容器的外徑。最好，在壓出的條里有13個(gè)通道，其位置緊靠它的縱軸，并具有大約0.22英寸的直徑。該材料然后如上面所述的那樣進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)后的條最好被切割成約10mm的長度，由此能被用來代替煙具里的粒子基體。
在另一個(gè)推薦的實(shí)施例里，將活性碳進(jìn)行處理，以降低其滯留能力。本發(fā)明中使用的活性碳也可以是不同形態(tài)的，它包括粉末狀的，顆粒狀的，擠壓出的等等，這里推薦顆粒狀的。特別合用的活性碳包括APC，DP-131，CAL，SGL，OL，BPL(所有這些可從賓夕法尼亞州匹茲堡的卡爾岡碳公司買到)，GRC-11和GR-22(聯(lián)合碳化物公司)達(dá)爾柯(Darco)(12×20)和H-85(特拉華州威爾明頓的ICI美州有限公司)。
作基體材料的活性碳在卷煙型的煙具里作為煙霧形成物的載體時(shí)能提供許多潛在的優(yōu)點(diǎn)。例如，活性碳具有高的多孔性，是熱穩(wěn)定的，具有廣泛的使用性能。此外，可以發(fā)現(xiàn)，由于它們具有較高的表面能，活性碳能在很長一段時(shí)間內(nèi)將煙霧形成材料和/或香料保留在基體上，而不會(huì)對(duì)煙具的其它部分，發(fā)生任何顯著的轉(zhuǎn)移。這樣，它們的滯留能力大大地高于非活性碳。
在煙具里作煙霧形成材料載體用的活性碳本身不是沒有問題的。如下面所討論的，由于存在活性部位，毛細(xì)力和/或其它的因素，可以發(fā)現(xiàn)，活性碳將煙霧形成材料粘附得太牢固了。在這些地方的粘合力是如此地大，以至在煙具點(diǎn)火或抽吸從而被加熱時(shí)，其主流煙里會(huì)產(chǎn)生異味?？梢园l(fā)現(xiàn)，經(jīng)過處理從而具有較大的細(xì)孔和較小的表面積的活性碳更適于做基體。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行物理化學(xué)處理能解決這些問題，而同時(shí)保留上述的利用非活性碳作煙霧形成材料的載體的優(yōu)點(diǎn)。
推薦的處理活性碳的方法的第一步是將材料在非氧化性氣氛里加熱，加熱溫度約在1000℃以上，較可取的是約在1800℃以上，最好約在2500℃以上，加熱的時(shí)間要足以降低它對(duì)煙霧形成物的滯留能力。但是應(yīng)該避免使碳變成石墨的臨界溫度，即2700℃以上的溫度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，石墨材料不具有足夠的保持煙霧形成物的粘合力。
此處所用的詞“非氧化性氣氛”限定于惰性氣體和真空狀態(tài)。但是在這個(gè)限定里也包括微量的氧化性氣體，它是由未處理過的基體材料在爐子里開始加熱時(shí)所產(chǎn)生的水份所形成的。
非氧化性氣氛可以通過各種裝置來獲得，而這些裝置對(duì)于熟練技工來說并不難制造。一種方法是將惰性氣體，例如氮?dú)?，氬氣等引入烘爐。這類氣體或是在靜態(tài)的情況下使用，即在一個(gè)含有氣體的密閉系統(tǒng)里，或是作為流動(dòng)氣體使用，即在加熱時(shí)氣體流經(jīng)過烘爐，并將揮發(fā)性物質(zhì)作為廢物帶出去。最好，氮?dú)馐窃陟o態(tài)條件下使用，通常是在一大致確定的壓力下。
在某些推薦的實(shí)施例里，最好將熱處理過的活性碳與煙草末，噴霧干燥的煙草萃取物，煙草萃取物等混和。將這些材料加在經(jīng)過處理的活性碳上后，通過部分阻塞或進(jìn)一步限制剩下的小的細(xì)孔和/或活性部位，可以相信能進(jìn)一步降低活性碳的滯留能力。
如同氧化鋁的處理方法，最好用清洗方法除去加熱時(shí)產(chǎn)生的或是加熱后遺留的雜質(zhì)。去離子水和/或質(zhì)子溶劑可作為清洗溶劑來使用。這里推薦的是去離子水。
清洗后，熱處理過的活性碳被干燥到其含水量約小于重量的百分之五，較可取的是約小于重量的百分之三，最好約小于重量的百分之一。
活性碳的熱處理使其性質(zhì)發(fā)生好些變化。例如，當(dāng)APC活性碳(卡爾岡)在2500℃溫度上被熱處理約1小時(shí)時(shí)，其表面積急劇地減少，從約1400m2/g減至30m2/g?？梢韵嘈疟砻娣e的減少，或者是因?yàn)橛懈R的微晶結(jié)構(gòu)和/或是較小的細(xì)孔結(jié)合成較大的細(xì)孔。由于表面積的減少，使得充填容量和粘附容量同時(shí)減少。未處理過的APC和經(jīng)過在1700℃和2500℃上加熱約1小時(shí)處理的APC的充填容量和粘附容量的減少見表2。
a.充填容量是通過將一已知量的基體浸入煙霧形成物，以100g的速度旋轉(zhuǎn)10分鐘，所測(cè)出的由基體保持的煙霧形成物的重量百分比。
b.粘附容量是通過將經(jīng)過離心作用的基體放在吸水紙上，在室溫下在一封閉容器里放置四天，然后所測(cè)出的由基體保持的煙霧形成物的重量百分比。
一般，根據(jù)本發(fā)明處理的活性碳基體應(yīng)具有的表面積(m2/g)約在200以下，較可取的是約在50以下，最好約在30以下。
由此，可以發(fā)現(xiàn)表面積減少程度可以通過控制活性碳熱處理的程度來實(shí)現(xiàn)，而這熱處理的程度取決于處理過的基體所需要的顆粒性質(zhì)。例如，由釋熱元件輸送給基體的熱量將影響要獲得本發(fā)明期望的結(jié)果所需要的表面積降低的量，即輸送給處理過的基體的熱量越多，為防止抽吸時(shí)發(fā)生的令人厭惡的異味所需要的表面積降低的量就越多。
雖然沒有推薦，還有其它的物理或化學(xué)處理活性碳的方法，這就是加入其它的材料，以使具有高表面活度的活性部位或小細(xì)孔改變和/或阻塞。這種改變由于能將異味減至最小程度或完全除去，所以能顯著地改進(jìn)作為基體的活性碳的性能。一般，這種方法是將非常小的微孔堵塞和/或?qū)⒒钚圆课烩g化，這些微孔和活性部位對(duì)于煙霧形成物或香料有很高的粘合力。在本發(fā)明中能使用的這類材料包括煙草萃取物，玉米糊，果糖，乙基纖維素等等。
用這些材料改變活性碳的方法一般包括，在一種合適的溶劑里將該材料與活性碳混和。材料的數(shù)量取決于所使用的材料的性質(zhì)。如使用煙草萃取物，可以發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于活性碳重量的百分之一到十的煙草萃取物足以減少異味。如是果糖約取重量的百分之五到四十，如是乙基纖維素約取重量的百分之零點(diǎn)五到五。水可以作為使上述材料堵塞(除乙基纖維素之外)的溶劑。如使用乙基纖維素，可將乙醇作溶劑。用乙基纖維素作處理材料是非常有益的，這是因?yàn)椋蛑辽俨糠菔且驗(yàn)樗遣蝗苡谒?，相信這樣就可以防止象丙三醇這樣的煙霧形成材料，被吸附進(jìn)入已經(jīng)堵塞的細(xì)孔里。
混和應(yīng)有一段足夠的時(shí)間，以使其均勻，使小細(xì)孔被改變和/或堵塞。較可取的是讓材料在10°和50℃溫度之間放置5到60分鐘，最好在約21℃的溫度下放置約30分鐘。然后讓混和物干燥到其最終含水量約小于5%，較可取的是約小于3%，最好是約小于1%。
不希望拘泥于理論的話，可以相信，在使用未處理過的基體材料的煙具里的異味是由于(至少是局部地由于)存在于基體材料和煙霧形成物之間的粘合力。牢牢粘住的煙霧形成材料，例如丙三醇很可能在抽吸煙具時(shí)會(huì)產(chǎn)生令人厭惡的異味。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，例如，未處理過的活性碳將丙三醇粘合得過分牢固，或是由于存在于活性碳上的活性部位的數(shù)量，或是由于煙霧形成物與活性碳特有的小細(xì)孔壁相互作用而產(chǎn)生的毛細(xì)力。另一方面，使用多孔碳，即非活性碳，雖然不會(huì)象活性碳那樣牢牢地粘住煙霧形成物，但由于其相對(duì)較大的細(xì)孔和較小的表面積，會(huì)產(chǎn)生煙霧形成物向煙具的其它部位轉(zhuǎn)移的情況。煙霧形成物的轉(zhuǎn)移，特別是向燃料的轉(zhuǎn)移，會(huì)在主流煙里產(chǎn)生令人厭惡的異味和在支流煙里產(chǎn)生令人厭惡的香味。
根據(jù)本發(fā)明處理過的基體材料通過一種控制的方法來降低基體材料的滯留能力，從而克服了上述問題，這樣能使由于牢固的粘合或向煙具的其它部位轉(zhuǎn)移煙霧形成物而產(chǎn)生的異味被降低。
應(yīng)該知道，根據(jù)本發(fā)明處理過的基體材料經(jīng)受的某些物理化學(xué)變化包括細(xì)孔尺寸和表面積的變化和/或基體材料活化性的降低，這是由于除去了包括硫、氧等的某些反應(yīng)基。還應(yīng)該知道，這些物理化學(xué)變化有助于將由于太牢固地粘住煙霧形成物而產(chǎn)生的異味減至最小程度或完全去掉，但又保持足夠的粘合力以防止煙霧形成物向煙具的其它部位轉(zhuǎn)移。
在這個(gè)過程中，加熱時(shí)間和溫度取決于，至少部份取決于要處理的基體材料的類型和性質(zhì)。例如，基體材料的形狀，顆粒的或非顆粒的，要處理的基體材料的數(shù)量，這種材料在加熱裝置里的充填量，存在的揮發(fā)性物質(zhì)的性質(zhì)，等等，都將影響降低基體材料的滯留能力所需要的溫度和加熱時(shí)間，由此能將抽吸時(shí)產(chǎn)生的異味減至最小程度或完全去掉。
可以使用本發(fā)明的處理過的基體的推薦的卷煙型煙具在下列專利申請(qǐng)里進(jìn)行了描述申請(qǐng)人 編號(hào) 申請(qǐng)日森薩布夫等人 650，604 1984年9月14日香農(nóng)等人 684，537 1984年12月21日克利爾曼等人 840，114 1986年3月14日這些公開的文件在這里被參考引用。
其中一個(gè)推薦的卷煙型煙具如圖1所示。參看圖1，它顯示了一個(gè)卷煙型煙具，它有一小的(約4.5mm直徑，10mm長)含碳釋熱元件10，該元件10有幾個(gè)穿過其間的通道11，最好約是七個(gè)通道。這個(gè)釋熱元件由碳(來自碳化了的紙)，SCMC粘合劑，K2CO3和水的擠壓的混和物形成的，這已在上述的參考專利文件中敘述了。
與釋熱元件10出口端搭接的是金屬容器12，它有約4.5mm的直徑和約30mm的長度。容器里盛放基體材料14，基體材料14至少含有部份本發(fā)明的氧化鋁或活性碳，或是顆粒形，或是條形。此外，基體材料至少含有一種煙霧形成材料，如丙二醇或丙三醇。
在這個(gè)煙具里，釋熱元件10的外周由有彈性的隔熱纖維，如玻璃纖維形成的外套16所包裹，而容器12由煙草形成的外套18所包裹。容器12的后部是封閉的，只有2個(gè)狹縫20，以作煙霧形成材料輸送給使用者的通道。
在煙草處套18的出口端安裝煙嘴22，煙嘴22有一含有煙霧通道26的醋酸纖維素圓柱體24，和一低效醋酸纖維素濾嘴28。如圖所示，煙具(或它的一部分)由一層或幾層卷煙紙30-36所包裹。
點(diǎn)燃上述實(shí)施例中的煙具，釋熱元件燃燒，產(chǎn)生的熱量使煙霧發(fā)生裝置里的煙霧形成材料或其它物質(zhì)揮發(fā)。由于推薦的釋熱元件相當(dāng)短，燃燒的焰心所產(chǎn)生的熱量總是靠近煙霧發(fā)生裝置，從而最大限度地將熱量輸送給煙霧發(fā)生裝置，由此產(chǎn)生煙霧，特別是當(dāng)使用推薦的導(dǎo)熱元件時(shí)更佳。
由于釋熱元件的小尺寸和燃燒性質(zhì)，因此釋熱元件一般開始燃燒時(shí)，只要略微抽吸，就基本上燃遍所有露出的長度。這樣，釋熱元件靠近煙霧發(fā)生裝置的那部分立刻變熱，因而大大地增加了輸送給煙霧發(fā)生裝置的熱量，特別是在開始和中間抽吸的時(shí)候。因?yàn)橥扑]的釋熱元件如此地短，因此沒有如以前常見的熱煙霧煙具那樣存在長段未燃材料作為一種吸熱坑。
因?yàn)闊熿F形成材料是從釋熱元件上物理分離的，所以煙霧形成材料呈現(xiàn)出比燃燒燃料產(chǎn)生的溫度低得多的溫度，由此使它的熱分解的可能性減至最小。煙霧幾乎僅是在抽吸時(shí)才會(huì)產(chǎn)生，而在陰燃時(shí)幾乎沒有煙霧自煙霧發(fā)生裝置里形成。
含有本發(fā)明的、處理過的基體材料以及載有一種或幾種煙霧形成材料的煙霧發(fā)生裝置與釋熱元件點(diǎn)火端的間隔最好不要超過15mm。煙霧發(fā)生裝置其長度可以是不同的，從約2mm到60mm，較可取的是從約5mm到40mm，最好是從約20mm到35mm。煙霧發(fā)生裝置的直徑也可以是不同的，從約2mm到8mm，較可取的是從約3mm到6mm。
用于推薦的煙具里的煙霧形成材料必須在一定的溫度下能形成煙霧，這個(gè)溫度存在于煙霧發(fā)生裝置里，是由于燃燒釋熱元件而被加熱的。推薦的煙霧形成材料是多元醇，或多元醇的混和物。特別推薦的煙霧形成物是丙三醇，三甘醇和丙二醇。
煙霧形成材料通過任何已知技術(shù)可被擴(kuò)散到處理過的基體材料上或里面去，其濃度足以彌漫或覆蓋基體材料。
作為煙霧發(fā)生裝置容器用的導(dǎo)熱材料通常是金屬箔，如鋁箔，其厚度是不同的，從約小于0.01mm到約0.1mm，或更厚。導(dǎo)熱材料的厚度和/或類型可以是變化的(如格拉弗爾，聯(lián)合碳化物公司出品)以便獲得任何想要的傳熱程度。
用于推薦的煙具里的隔熱部件是由一層或幾層隔熱材料形成的有彈性的外套。這種外套的厚度最好至少約有0.5mm，較可取的是至少約有1mm。該外套如果不是覆蓋著釋熱元件的全部長度，最好至少覆蓋著其長度的一半以上。
一般推薦的隔熱纖維是陶瓷纖維，如玻璃纖維。推薦的玻璃纖維是由俄亥俄州托萊多的歐文斯-科寧生產(chǎn)的試驗(yàn)性材料，其牌號(hào)是6432和6437，它的軟化點(diǎn)約是650℃。其它合適的玻璃纖維可從紐約特洛伊的曼寧造紙公司買到，其牌號(hào)是曼尼格拉斯1000(Manniglas1000)和曼尼格拉斯1200(Manniglas 1200)。
在大多數(shù)推薦的煙具里，燃料和煙霧發(fā)生裝置與煙嘴連在一起，雖然煙嘴可以是分立部件，如夾持卷煙的咬口。煙具的這個(gè)部件(煙嘴)形成一外殼，其中的通道使氣化的煙霧形成材料進(jìn)入使用者的嘴。由于其長度約是35到50mm，因此使焰心的熱量遠(yuǎn)離使用者的嘴和手指，并且提供足夠的時(shí)間使熱煙霧在到達(dá)使用者嘴里前冷卻。
推薦的煙嘴包括圖1所示的醋酸纖維管。其它推薦的煙嘴包括一與較長的一段無紡聚丙烯纖維連接的較短的醋酸纖維素管，該聚丙烯纖維也可當(dāng)作煙具的濾嘴。其它合適的煙嘴對(duì)于那些普通的技術(shù)人員來說是顯而易見的。
本發(fā)明的煙嘴可以包括非必須的“過濾”嘴，它可被用來給煙嘴，使其如同普通的過濾嘴香煙。這些過濾嘴包括低效醋酸纖維素濾嘴，無紡聚丙烯纖維和空心的或有阻擋的塑料濾嘴，它們是由聚丙烯制成的。
煙具的全部長度，或它的任何部分可以用一層或幾層卷煙紙包裹。推薦的位于釋熱元件上的紙應(yīng)使釋熱元件在燃燒時(shí)不要露出火焰。此外，這種紙應(yīng)該具有可控制的陰燃性和產(chǎn)生灰白色的、類似卷煙的灰燼。
由推薦的煙具產(chǎn)生的濕的總物質(zhì)粒子(WTPM)按埃姆斯試驗(yàn)(Ames test)測(cè)定不具有誘變活性，即根據(jù)本發(fā)明推薦的煙具產(chǎn)生的WTPM和暴露于該類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)微生物中發(fā)生的回復(fù)變異數(shù)之間不存在有意義劑量的響應(yīng)關(guān)系。根據(jù)埃姆斯試驗(yàn)的支持者的說法，有意義劑量的相關(guān)響應(yīng)在試驗(yàn)的產(chǎn)品中存在誘變物質(zhì)。[見Ames etal.，Mut.Res.，31347-364(1975);Nagao et al.，Mut.Res.，42335(1977)]。
在卷煙型煙具的結(jié)構(gòu)里使用的、本發(fā)明的處理過的基體材料將結(jié)合下面的實(shí)例進(jìn)一步說明，該實(shí)例有助于理解本發(fā)明，但不能理解為限制本發(fā)明。這里所用的所有百分比，除了另有說明，都是重量百分比。所有的溫度都用攝氏溫度來表示，并且是未修正的。
例1圖1所示的煙具是用以下方法制造的。
A.燃料制造由硬木制成的、可從橡樹纖維素公司(田納西州孟菲斯)買到的格蘭德·普拉雷.卡納迪恩(GPC)牛皮紙(無滑石級(jí))碾碎后放置在-9″直徑，9″深的不銹鋼爐里。爐膛里充滿氮?dú)?。爐溫升到200℃，并保溫2小時(shí)。然后爐里的溫度以每小時(shí)5℃的速度升高到350℃，并在350℃的溫度上保溫2小時(shí)。然后爐內(nèi)的溫度以每小時(shí)5℃的速度升高到750℃，以便進(jìn)一步分解纖維素。爐子在此溫度上再保溫2個(gè)小時(shí)，以保證碳的均勻加熱。然后將爐子冷卻到室溫，用“特羅斯特”研磨機(jī)將碳碾成粉末(小于400目)。這種粉末狀的碳(CGPC)具有0.6g/cc的類似于輕輕叩實(shí)的密度和4%的氫加氧。
九份這種碳粉與一份SCMC粉末混和，加入百分之一重量的K2CO3，加入水使其成稀漿，然后鑄成片，并將其干燥。干燥的片再碾成粉末，然后加入足夠的水使其成塑性混和物，這種混和物具有足夠的粘稠性，在擠壓后仍能保持它的形狀，例如，混和物做成的球在一天時(shí)間內(nèi)只有輕微的變形。然后將這種塑性混合物裝入一常溫間歇式擠壓機(jī)。形似壓出物的擠壓陰模具有錐度面以利于塑性物質(zhì)的光滑變形。給塑性物質(zhì)一個(gè)較低的壓力(小于每平方英寸5噸，或小于每平方米7.03×106公斤)以迫使它通過一直徑為4.6mm的陰模。然后將濕的條在室溫下干燥一個(gè)晚上。為了保證它完全干燥，將它放入一烘爐，在80℃溫度下保持二小時(shí)。這種干的條具有0.85g/cc的密度，4.5mm的直徑和近似3%圓度的外形。
干的擠壓出來的條被切成10mm長的段，條的長度方向鉆有7個(gè)0.2毫米的孔，這些孔以緊密間隔的方式布置在約2.6mm的芯子直徑上(即限定釋熱元件上的這些孔的最小的圓直徑)，這些孔互相之間的間隔距離約0.3mm。
B.噴霧干燥的萃取物將煙草(細(xì)纖維煙草，烘烤煙草，土耳其煙草等等)碾成適中的粉末，與不銹鋼容器里的水以每介侖水約1到1.5磅的煙草的濃度進(jìn)行萃取。萃取物在環(huán)境溫度下用機(jī)械攪動(dòng)方法處理約1小時(shí)到3小時(shí)。將混和物進(jìn)行離心處理，以除去懸浮著的固體，通過連續(xù)地將水溶液打入普通的噴霧干燥器使水提物被噴霧干燥，可用安哈多1型(Anhydro Size No.1)噴霧干燥器，其進(jìn)口溫度從約215°-230℃，在干燥器的出口處收集干燥的粉末材料。出口溫度變化范圍從約82°-90℃。
C.基體制造來自W.R.格雷斯公司(牌號(hào)SMR-14-1896)的具有從-8到+14(美國)粒度的大表面積氧化鋁(表面積為280m2/g)在約1400℃的加熱溫度上被燒結(jié)約1小時(shí)，然后冷卻。經(jīng)過處理的氧化鋁的表面程約是4.0m2/g。用水清洗氧化鋁，再干燥。燒結(jié)過的氧化鋁(640mg)與含有107mg噴霧干燥的烘烤煙草萃取物的水溶液一起再進(jìn)一步處理，然后干燥成具有重量的百分之一的含水量。該材料然后與一種含有233mg丙三醇和17mg來自瑞士日內(nèi)瓦的法爾曼徹公司的香料成份(牌號(hào)T69-22)的混和物一起進(jìn)行處理。
D.裝配盛放基體的金屬容器是來自尼曼特有限公司的、30mm長的成螺旋形繞制鋁管，其直徑約是4.5mm?；蛘?，使用由鋁管制成的深拉伸容器，其壁厚約4密耳(0.1016mm)，長度約32mm，外徑約4.5mm。管子的一端被卷曲以便密封著容器的出口端。在容器的密封端有兩個(gè)類似縫隙的開口(各約0.65×3.45mm，間隔約1.14mm)以便輸送煙霧形成物給使用者。約將170mg的處理過的氧化鋁填入容器里。金屬容器被充填后與釋熱元件連接，釋熱元件約有2mm進(jìn)入容器的開口端，以與容器搭接。
E.隔熱外套在釋熱元件-容器組合的釋熱元件一端用10mm長的，歐文斯-科寧6437(具有約650℃的軟化點(diǎn))玻璃纖維外套進(jìn)行包裹，它含有約百分之四重量的果膠粘合劑，形成約7.5mm的直徑，并用P878-63-5紙進(jìn)行包裹。
F、煙草外套一用646卷煙紙(例如，來自沒有過濾嘴的香煙)包裹的直徑為7.5毫米的煙草條(28mm長)用一探針進(jìn)行加工處理，使其內(nèi)具有一軸向通道(約4.5mm直徑)。
G、裝配將有外套的釋熱元件-容器組合插入煙草條的通道，直到玻璃纖維外套緊靠著煙草條為止。玻璃纖維和煙草部分用金伯利-克拉克P878-16-2包裹。
如圖1所示形式的、用646卷煙紙包裹的醋酸纖維素?zé)熥?30mm長)與一濾嘴(10mm長)連接，該濾嘴用RJR阿徹有限公司的，外面復(fù)蓋一層脫唇紙的8-0560-36型號(hào)的646卷煙紙包裹。
組合的煙嘴部分用一小張的白紙和膠結(jié)劑與有外套的釋熱元件-容器部分連接在一起。
在已經(jīng)放棄的煙具制造方法里，釋熱元件的制造是不經(jīng)過重新碾碎或不干燥碳粉漿混和物。在這種煙具里，釋熱元件直接從由碳粉混和物形成的有稠性的，面團(tuán)狀的糊里擠壓出來。
這樣制成的煙具產(chǎn)生出類似煙草煙的煙霧，而沒有使用未經(jīng)處理的氧化鋁的同樣的煙具所產(chǎn)生的那種令人厭惡的異味。
例2利用通過下述方法制成的一種擠壓出的氧化鋁基體來制造如圖1所示的煙具。
將氧化鋁水化粘合劑(卡塔普SB.維斯泰化學(xué)公司，德克薩斯州休斯敦)與來自俄亥俄州克利夫蘭阿爾坎化學(xué)制品公司的氧化鋁以60∶40的比例進(jìn)行混和?；旌驮谲堓伳肽C(jī)里進(jìn)行4小時(shí)。通過醋酸處理使氧化鋁膠溶。在碾磨機(jī)里，氧化鋁水合物和氧化鋁基體與5%的醋酸溶液混和從而具有31%含水量。混和在氣密容器里在室溫下進(jìn)行4小時(shí)。然后在沖壓式擠壓機(jī)里將混和物擠壓成細(xì)絲，該擠壓機(jī)可使用福尼(Forney)壓縮試驗(yàn)機(jī)?？梢詳D壓出幾種直徑的絲。壓出物在室溫下干燥，然后在500℃的溫度下加熱3小時(shí)。加熱在小于1英寸床深處進(jìn)行。將一些壓出物放在根據(jù)例1的方法制造的煙具里進(jìn)行試驗(yàn)。在壓出物里加入重量的百分之三十的丙三醇，并把它送進(jìn)金屬容器里。吸煙時(shí)，每次抽吸都會(huì)產(chǎn)生足夠的煙霧，然而，有時(shí)在抽吸時(shí)會(huì)感覺到由于丙三醇的熱解而產(chǎn)生的異味。
將經(jīng)過500℃燒結(jié)的材料再進(jìn)一步處理，即使其在1300℃下再燒結(jié)1小時(shí)，以便將氧化鋁由
型轉(zhuǎn)變成α型。當(dāng)在相同的條件下再抽吸時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生相同量的，但沒有任何異味的煙霧。
例3將APC活性碳(卡爾岡)放在間歇式烘爐里，在氮?dú)鈿夥绽?，?500℃的溫度下加熱1小時(shí)。與未經(jīng)過處理的基體相比，帶有重量的百分之四十的丙三醇的經(jīng)過熱處理的APC放在與例1所述相同的煙具里抽吸時(shí)，只產(chǎn)生相當(dāng)少量的異味。
例4將例3中的經(jīng)過熱處理的APC約50g與75ml的煙草末水提物(將100g煙草末置于500ml的水里)混和。在慢慢地和充分地混和后，將混合物在室溫中放置1個(gè)小時(shí)，并將液體傾析出來并倒掉。然后將處理過的基體用幾種去離子水溶液清洗。將清洗過的基體放在140℃的對(duì)流烘爐里干燥一個(gè)小時(shí)。這個(gè)清洗過程將從基體上除去大量的可溶物質(zhì)，將經(jīng)過熱處理的基體用于與例1所說相同的煙具里，就會(huì)在滋味上有重大的改進(jìn)。在正常的抽吸情況下，經(jīng)過清洗的基體不產(chǎn)生任何異味。
例5把100克粉末狀煙草懸浮在500毫升的去離子水里。使懸浮物在電磁攪動(dòng)器上攪動(dòng)30分鐘，并在2800r PM轉(zhuǎn)速上離心處理30分鐘。粉末被排出，而上層清液(煙草萃取物)被儲(chǔ)貯在冷藏箱里以備將來使用。將約75ml的這種萃取物加入50g的DP-131(卡爾岡)，并將懸浮物放置1小時(shí)。在某些場(chǎng)合，連續(xù)放置一整夜。經(jīng)過處理的DP-131在100℃的溫度下干燥4到6個(gè)小時(shí)。在某些情況下，與煙草萃取物的這種處理將被重復(fù)。處理過的DP-131載有50%(濕重)的丙三醇，并置于與圖1所示相同的煙具里進(jìn)行抽吸。煙草萃取物的處理使異味減少到令人滿意的程度。
本發(fā)明，包括推薦的實(shí)施例在這里進(jìn)行了詳細(xì)的描述。然而，應(yīng)該明白對(duì)于那些精通本領(lǐng)域的人來說，根據(jù)本發(fā)明上述的構(gòu)思，可以對(duì)本發(fā)明作出許多變化和/或改進(jìn)，然而這仍在本發(fā)明所規(guī)定的權(quán)利要求
范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種煙具上的、作煙霧形成材料載體使用的、經(jīng)過處理的基體材料，所述經(jīng)過處理的基體材料具有一約大于0.05μm的中間細(xì)孔直徑(體積)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的基體材料，其特征在于，所述的基體材料選自硅石，粘土，氧化物，硫酸鹽，碳酸鹽和碳化物組成的集合。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的基體材料，其特征在于，所述基體材料是通過加熱處理來增加其中間細(xì)孔直徑(體積)的。
4.一種制造煙具上的、作煙霧形成材料載體用的基體材料的方法包括，加熱基體材料，使其中間細(xì)孔直徑(體積)增加到約大于0.05μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的方法，其特征在于，所述的基體材料選自由硅石，粘土，氧化物，硫酸鹽，碳酸鹽和碳化物組成的集合。
6.一種煙具上的、作煙霧形成材料載體用的氧化鋁基體，所述的氧化鋁基體具有約在50m2/g以下的表面積和約大于0.1μm的中間細(xì)孔直徑(體積)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的氧化鋁基體，其特征在于，所述的表面積約在30m2/g以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的氧化鋁基體，其特征在于，所述的表面積約在10m2/g以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的氧化鋁基體，其特征在于，中間細(xì)孔直徑約大于0.3μm。
10.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的氧化鋁基體，其特征在于，中間細(xì)孔直徑約大于0.5μm。
11.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的氧化鋁基體，其特征在于，所述的基體是通過將
型氧化鋁加熱到約1000℃，直到約1550℃以降低其滯留能力而制成的。
12.煙具含有根據(jù)權(quán)利要求
1到11所述的基體。
13.一種處理在煙具上的、作煙霧形成材料的載體用的氧化鋁基體的方法包括，將
型氧化鋁的表面積降至約50m2/g以下，將其中間細(xì)孔直徑(體積)增至約大于0.1μm。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的方法，其特征在于，所述的表面積降至約10m2/g以下。
15.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的方法，其特征在于，所述的中間細(xì)孔直徑被增至約大于0.5μm。
16.根據(jù)權(quán)利要求
13至15所述的方法，其特征在于，通過加熱未處理過的氧化鋁基體來降低它的表面積和增加它的中間細(xì)孔直徑。
17.一種處理在煙具上的、作煙霧形成材料載體用的氧化鋁基體方法包括，將γ型氧化鋁基體加熱至約1000℃以上，直至約1550℃，并保溫一段足夠的時(shí)間，以使它的表面積降至約50m2/g以下，使它的中間細(xì)孔直徑(體積)增至約大于0.1μm。
18.根據(jù)權(quán)利要求
17所述的方法，其特征在于，包括清洗加熱過的氧化鋁基體、以除去存在的或加熱時(shí)產(chǎn)生的雜質(zhì)的進(jìn)一步的步驟，然后將其干燥到使其含水量約小于5%。
19.根據(jù)權(quán)利要求
17所述的方法，其特征在于，所述的
型氧化鋁基體是具有約50m2/g表面積的大表面積氧化鋁。
20.一種在煙具上的、作煙霧形成材料載體用的碳基體，所述的碳基體具有約200m2/g以下的表面積。
21.根據(jù)權(quán)利要求
20所述的碳基體，其特征在于，表面積約在50m2/g以下。
22.根據(jù)權(quán)利要求
20所述的碳基體，其特征在于，表面積約在30m2/g以下。
23.根據(jù)權(quán)利要求
20所述的碳基體，其特征在于，所述的基體是通過將活性碳在非氧化性氣氛里加熱至約1000℃以上，直至約2700℃以降低其滯留能力而制成的。
24.煙具含有權(quán)利要求
20到23所述的碳基體。
25.一種處理在煙具上的、作煙霧形成物載體用的碳基體的方法包括，將碳基體的表面積降至約200m2/g以下。
26.根據(jù)權(quán)利要求
25所述的方法，其特征在于，所述的表面積被降至約30m2/g以下。
27.根據(jù)權(quán)利要求
25和26所述的方法，其特征在于，所述的碳基體是活性碳，所述表面積的降低是通過加熱活性碳基體獲得的。
28.一種處理在煙具上的、作煙霧形成材料載體用的碳基體的方法包括，將活性碳在非氧化性氣氛里加熱至約1000℃以上，直至約2700℃，并保溫一段足夠的時(shí)間，以使它的表面積降至約200m2/g以下。
29.根據(jù)權(quán)利要求
28所述的方法，還包括清洗加熱過的活性碳以除去存在的或加熱時(shí)產(chǎn)生的雜質(zhì)，然后進(jìn)行干燥，使其含水量約小于5%的步驟。
30.一種在煙具里的、作煙霧形成材料的載體用的、處理過的活性碳，所述的處理過的活性碳是通過以下步驟制造的(1)將活性碳與一物質(zhì)混和，該物質(zhì)堵塞或處理活性區(qū)域或小細(xì)孔，以降低其滯留能力，(2)將混和物置于約10℃和50℃之間的溫度上;(3)將經(jīng)過步驟(2)處理過的材料干燥，使其含水量約小于5%。
31.根據(jù)權(quán)利要求
30所述的處理過的基體，其特征在于，所述的物質(zhì)取自由煙草萃取物，果糖和乙基纖維素組成的集合。
32.煙具含有根據(jù)權(quán)利要求
30和31所述的處理過的活性碳。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種煙具上的、作煙霧形成材料載體的、具有降低的滯留能力的基體材料，這種煙具在產(chǎn)品的使用的開頭和全過程中能產(chǎn)生大量的煙霧，而煙霧形成物沒有顯著的熱分解，并且不存在顯著的高溫分解或不完全燃燒產(chǎn)物以及支流煙。因此在使用推薦的煙具時(shí)，本發(fā)明的基體材料能不必燃燒煙草而提供給使用者以抽吸香煙時(shí)的感覺和滋味，此外，該煙具實(shí)際上是無灰的，因此使用者在使用時(shí)，不必去清除煙灰。
文檔編號(hào)A24F13/06GK87105240SQ87105240
公開日1988年2月10日 申請(qǐng)日期1987年7月27日
發(fā)明者錢德雷·庫馬·巴納基, 德博拉·克勞瑟·凱, 理查德·朗·萊曼 申請(qǐng)人:R·J·雷諾茲煙草公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan