專利名稱：具有煙草/玻璃纖維燃料包裹紙的香煙的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及如香煙之類的吸煙制品，尤其是涉及具有燃料元件、物理分離的煙霧發(fā)生裝置、煙嘴件和包裹至少一部分燃料元件的隔熱纖維包裹紙的香煙，這種吸煙制品能夠提供吸煙者具有吸煙快感(例如，煙味、口感、滿足感等)。
香煙、雪茄煙和煙斗是使用各種形式煙草的常用吸煙制品，對這些吸煙制品的許多改進和替換多年來在不斷提出。
改變煙草主流煙霧成分的各種方法也已提出，例如，許多煙草代用品可以在美國專利第4，079，742號(Rainer等)中找到。另外，在20世紀70年代具有Cytrel和NSM商標的煙草代用品吸煙材料引入歐洲。
許多專利提出了據(jù)說能產(chǎn)生有香味的和/或可見煙霧的吸煙制品，這種制品的大多數(shù)使用易燃燒的燃料源，以提供煙霧和/或加熱煙霧形成材料，例如，參見美國專利第4，714，082號(Banerjee等)中所引用的背景技術。
通過加熱但不必燃燒煙草且不會傳送相當數(shù)量的不完全燃燒產(chǎn)物而能夠提供吸煙快感的吸煙制品在下面的美國專利中有描述，在此揭示以供參考4，708，151(Shelar)、4，714，082(Banerjee等)、4，732，168(Resce等)、4，756，318(Clearman等)、4，793，365(Sensabangh等)、4，819，665(Roberts等)、4，827，950(Banerjee等)、4，854，331(Banerjee等)、4，858，630(Banerjee等)、4，881，556(Clearman等)、4，893，639(White)，4，903，714(Barnes等)和4，938，238(Barnes等)。
這些吸煙制品使用用于產(chǎn)生熱量的易燃燃料元件;和與燃料元件物理分離且成熱交換關系設置的煙霧形成材料，煙霧發(fā)生裝置一般包括如壓實的顆粒等各種形式的煙草、煙草屑和煙草萃取物以及煙草香味改進劑和煙草香味助劑和如丙三醇之類的煙霧形成物。在吸煙時，由燃料元件所產(chǎn)生的熱量使煙霧形成物揮發(fā)，由此提供象煙草產(chǎn)生的煙霧一樣的煙霧。這種吸煙制品產(chǎn)生很少的可見側流煙和低的FTC“焦油”含量。
在Clearman等人的美國專利第4，756，318號中，揭示了一種由短的燃料元件、物理分離的煙霧發(fā)生裝置和煙嘴件組成的吸煙制品(香煙)，它包括包裹至少一部分煙霧發(fā)生裝置的煙草套。如其中第15欄第60行至第16欄第35行所說明的，煙草套也可以包含玻璃纖維，可以片狀的、帶狀的或管狀的，含有玻璃纖維的煙草片用常用的造紙技術來制備，且加入這種材料中的玻璃纖維量約30%至約70%(重量成分比)。
明確希望改進如Clearman等人的專利中所述的吸煙制品，本發(fā)明提出了這種改進。
本發(fā)明提供改進的香煙和其他吸煙制品，其中含煙草材料的煙草層與不易燃燒的、最好是纖維狀的隔熱材料層一起使用，隔熱材料最好為玻璃纖維。
本發(fā)明的最佳實施例利用基本上由煙草或煙草香料組成的、與一層或多層基本上由如玻璃纖維之類的纖維狀隔熱材料組成的交替間隔層，該層以這樣一種方式設置，即煙草或其他香料傳送給吸煙者，而沒有許多煙草熱解或裂解產(chǎn)物。本發(fā)明最好的煙草/玻璃纖維包裹紙由至少四層層壓的片狀材料組成，從吸煙制品的外部至內部依次為煙草-玻璃纖維-煙草-玻璃纖維。使用時，組合在造好的香煙中以四個圍繞燃料元件的同心環(huán)的形式出現(xiàn)。
一般來說，本發(fā)明提供一種吸煙制品，它由(1)短的、易燃的燃料元件和(2)包裹至少一部分燃料元件外周的隔熱包裹紙組成，隔熱包裹紙由至少一層纖維狀隔熱材料和至少一層含煙草的材料組成。如果需要的話，煙霧發(fā)生裝置可以沿縱向設置在燃料元件之后。
如上所述，在本發(fā)明的某些最佳實施例中，吸煙制品的燃料元件用煙草/玻璃纖維包裹紙周向包裹，包裹紙最好包括至少四層(1)第一玻璃纖維層(2)第一含煙草的薄片層;(3)第二玻璃纖維層;和(4)第二含煙草的薄片層。這種布置方式可以變化和/或改進，以改變由包裹紙所提供的煙草香料的特性。例如，為了增加所傳送的香味，玻璃纖維層可以包括一些煙草、或一種或多種煙草或其他香料。同樣，基本上由煙草或煙草香料組成的薄片(即含煙草的薄片)也可以包括玻璃纖維或其他纖維材料，以增加各層的結構整體性。各層的空間布置，即它們怎樣疊合在燃料元件之上和/或互相疊合，也可以變化，以改進吸煙制品的性能。
通過采用本發(fā)明的煙草/玻璃纖維包裹紙，與沒有這種結構(例如利用沒有煙草或煙草香料的玻璃纖維隔熱層)所產(chǎn)生的煙霧相比較，傳送給吸煙者的煙霧香味大大增加。
煙霧香味的這種改進最好是在煙草基本上沒有燃燒情況下獲得的，而且可以認為最佳實施例的物理結構至少部分與達到該目的能力相對應。根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的吸煙制品的香味類似于其中煙草作為燃料燃燒的吸煙制品，根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的煙霧中含有的煙草的燃燒和不完全燃燒產(chǎn)物是很低的。
本發(fā)明的隔熱煙草/玻璃纖維包裹紙的長度最好僅約20毫米或更短，一般有足夠的整體厚度，以當圍繞燃料元件設置時提供一般香煙的標稱周長(約24.5毫米)。整體厚度根據(jù)隔熱煙草/玻璃纖維包裹紙的燃料元件的性能而定，約1.5至約5或6毫米，但與燃料元件和任何包裹紙或吸煙制品的燃料端的其他元件一起，最好厚度足夠，以提供約8毫米的整體外徑。
吸煙時，層壓的煙草/玻璃纖維包裹紙中的煙草至少部分熱解，和甚至可以在小范圍內燃燒，由此將煙霧的獨特香味，一種吸煙者從香煙中希望有的香味散入大氣中。除了提供一般香煙的香味外，包裹紙中的煙草也將可察覺的煙草煙葉提供給由煙霧發(fā)生裝置上的燃料元件的加熱作用所產(chǎn)生的主流煙霧。
這樣，本發(fā)明允許少量的煙草最好以片狀形式加入隔熱包裹紙，由此大大改進成品的香煙煙味。本疊合煙草-隔熱層的使用被認為用以減少所含的煙草熱解和/或燃燒，這樣可以控制主流煙霧的含量，而同時改進主流味道和側流香味。這根據(jù)本發(fā)明來完成，沒有附加的異味和/或令人不快的香味。
如上所述，最佳的吸煙制品包括短的(即吸煙前長度小于約30毫米)、最好是碳質的易燃燃料元件。一般來說，燃料元件為擠出物，長度約9毫米，直徑約4.5毫米，具有多個縱向延伸的通道，即限定通過燃料元件的內部縱向孔和/或位于燃料元件周緣上的槽。通道提供有助于燃料元件點燃且有助于在不完全燃燒時維持燃料元件燃燒的表面積。通道也幫助控制燃料元件的熱量傳送給煙霧發(fā)生裝置。一般燃料元件的密度為約0.85至約1.25克/立方厘米。
本發(fā)明的最佳香煙型吸煙制品也包括煙草棍或一次裝填的煙草量，正常以切碎的填充料形式。用如紙之類的包裹材料包裹，由此形成煙草桿。煙草棍最好圍繞至少一部分煙霧發(fā)生裝置。煙草可以是加工過的形式，如體積膨脹的切碎填充料或含水萃取的/體積膨脹的切碎填充料。煙草桿也可包括如玻璃纖維之類的隔熱材料作為其一種成分。
最佳的吸煙制品的煙霧發(fā)生裝置與燃料元件物理分離且沿縱向設置在燃料元件之后，煙霧發(fā)生裝置最好封在封殼、包殼或外殼內，封殼、包殼或外殼是導熱的或相反是耐熱的且置于縱向延伸通過煙草桿的通道內。
用于煙霧發(fā)生裝置的導熱封殼、包殼或外殼(以后用封殼表示)包含一種或多種煙霧形成材料，這種煙霧形成材料可以包括任何形式的煙草，如煙草細末、噴霧干化的煙草萃取物或煙草香精;和煙草香味助劑，如糖、甘草和可可。這里可以使用的其他煙霧形成材料包括多元醇，如丙三醇、丙二醇和三甘醇，可蒸發(fā)產(chǎn)生可見的“煙狀”煙霧。在封殼內的煙霧形成材料一般由如氧化鋁顆粒、纖維狀碳質材料、壓實的(如壓成丸狀)煙草、碳、氧化鋁或其混合物、或懂行人員知道的其他合適的材料之類的基質所攜帶。
最佳的吸煙制品也包括一用于將煙霧傳送給吸煙者的煙嘴件，對于香煙來說，一般為管狀。然而，煙嘴件可以分開提供，如以煙嘴的形式或作為煙斗。最佳吸煙制品的煙嘴件一般包括過濾芯桿段，最佳的過濾段呈現(xiàn)出低的過濾效率，以便抽吸時(即使用時)減少來自煙霧發(fā)生裝置的煙霧通道對吸煙者嘴的干擾。煙嘴件最好也包括在煙霧發(fā)生裝置和過濾段之間的含香味的材料段，該材料如松散聚集或折疊的煙草紙或含薄荷醇的折疊加碳薄片。
如這里所用的，術語“煙霧”意思包括蒸汽、氣體、顆粒之類、可見的和不可見的，尤其是那些吸煙者感覺到的“煙樣”組成物，這些組成物由燃料元件產(chǎn)生的熱量作用在煙霧發(fā)生裝置內所含的材料上或吸煙制品的其他部分上而形成的。
如這里所用的，短語“導熱交換關系”是指煙霧發(fā)生裝置和燃料元件一種物理上的位置排列，由此基本上在燃料元件的燃燒過程中，通過傳導將熱量從燃燒的燃料元件傳送到煙霧發(fā)生裝置。導熱交換關系可通過煙霧發(fā)生裝置與燃料元件相接觸，也即緊靠燃料元件的燃燒部分加以實現(xiàn);和/或通過采用傳導元件將熱量從燃燒的燃料傳送到煙霧發(fā)生裝置的方法來實現(xiàn)。最好是提供導熱傳送的兩種方法同時使用。
如這里所用的，術語“碳質”意思是主要包含的是碳。在碳質材料中的碳含量一般大于約60%(重量百分比)，最好大于約70%(重量百分比)。
如這里所用的，術語“隔熱材料”是指主要起隔熱作用的任何材料。最好是，這些材料在使用時不燃燒，但可以包括慢慢燃燒的碳和類似材料，以及象低溫度級玻璃纖維那樣的在使用時會熔化的材料。這里所用的最好隔熱材料是纖維狀的，如玻璃纖維、碳纖維等?？偲饋碚f，這些材料經(jīng)常僅用“玻璃纖維”歸類。合適的隔熱體具有的熱傳導性小于約0.05克-焦耳(秒)(平方厘米)(℃/厘米)，較好小于約0.02，最好小于約0.005。參看Hackh化學詞典672頁(第4版，1969年)和Lange化學手冊第10卷，272-274頁(第11版，1973)。
這里的術語“含煙草”用來描述一種含有煙草的材料，不限容量，不拘形式，包括煙草萃取物、噴霧干化的煙草萃取物、磨碎的煙葉、煙草碎屑或細末、撕碎或改形的煙葉或梗、膨化過的煙草和其它形式的加工過的煙草之類的材料。
使用本發(fā)明的隔熱包裹紙的最佳吸煙制品能夠傳送至少0.6毫克的煙霧，這是在FTC吸煙條件下含2秒鐘35毫升抽吸、隔以58秒鐘悶燒在頭3次抽吸中所測得的濕總微粒物質(WTPM)。更好的是，本發(fā)明的實施例能在頭3次抽吸中傳送1.5毫克或更多的煙霧。最好的是，本發(fā)明的實施例能在FTC抽吸條件下的頭3次抽吸中能傳送2毫克或更多的煙霧。此外，在FTC抽吸條件下本發(fā)明最佳實施例至少在持續(xù)大約6次，更好是至少約10次抽吸中每次抽吸平均至少傳送0.2毫米的濕總微粒物質。


圖1是本發(fā)明的香煙的縱向剖視圖;
圖1A是剖視圖1中沿“1A-1A”線所示的香煙剖視圖;
圖1B是本發(fā)明的最佳燃料元件的前端視圖(即點火端)，說明其中的通道形狀和位置。
參見圖1，香煙型吸煙制品10包括一具有多個縱向延伸的通道11(見圖1A和1B)的燃料元件12;一物理分離的煙霧發(fā)生裝置14，它包含一種或多種煙霧形成材料，設置在燃料元件之后，并且用導熱封殼16包住。封殼16重疊于燃料元件的后部周緣，且用含煙草的套管20包住其至少一部分。如圖所示，煙嘴件22由二部分組成，即(1)一段煙草紙26松弛地聚集的網(wǎng)狀物，將香料加入煙霧中;和(2)一非織造的聚丙烯網(wǎng)狀物，用作過濾元件28。可以任選，在煙嘴件中的封殼和煙草紙之間或其他地方可以包括一空隙(圖中未示出)。
本發(fā)明的一種典型的香煙，具有大致圓形的橫截面，周長約23毫米至28毫米，長度約70毫米至100毫米。
詳細參見圖1，燃料元件12通過導熱封殼或包殼16依靠封殼或包殼與燃料元件周緣的后部重疊大約2毫米而定位，封殼的直徑大至足以緊貼容納和固定燃料元件，例如通過摩擦配合。
封殼最好用耐熱材料制成，如薄金屬(如鋁)片。用這種方法，熱量從燃燒的燃料元件通過封殼或包殼的壁有效地傳至置于其內的煙霧形成材料。封殼大致是圓柱形管，其前端開口，用以容納燃料元件的后部，其煙嘴端封閉。封殼的封閉端具有一個或多個小孔，以允許由燃料元件發(fā)生的熱量所產(chǎn)生的蒸發(fā)煙霧形成材料通入煙嘴件。
參見圖1和圖1A，燃料元件12由多個含有煙草材料和纖維狀隔熱材料(最好為玻璃纖維)的同心環(huán)(或環(huán)狀物)所包圍。如圖1A所示，最佳實施例包括一具有四個環(huán)狀物的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(1)第一玻璃纖維層100，靠近燃料元件12的外周緣;(2)第一含煙草的薄片材料102;(3)第二層玻璃纖維層104，靠近第一含煙草的薄片102;(4)第二含煙草薄片材料106;和外包裹紙108。
在本發(fā)明的香煙實施例中，纖維狀隔熱材料的厚度一般約為0.6至1.5毫米，最好約為1.2毫米。含有煙草的薄片材料的厚度一般約為0.09至0.17毫米，最好約為0.13毫米。對于其他吸煙制品，懂行人員按照需要改變每一部分的厚度。
再參見圖1，煙霧發(fā)生裝置14最好用一桿狀、卷筒狀或一些其他形式的煙草20包圍，一般為切碎的填充料形式。在吸煙制品使用時該煙草段由燃料元件產(chǎn)生的熱量加熱，但不必燃料，由此導致煙草香煙味成分釋放進入主流煙霧中。該煙草段也使香煙具有彈性，使得可以用現(xiàn)代高速香煙制造設備進行制造。
將煙霧形成材料保持在煙霧發(fā)生裝置中的基質18可以具有各種方式。一種或多種形式的基質材料可以加入封殼或包殼16的一部分。例如基質可以包括(ⅰ)最好帶有丙三醇和煙草萃取物且位于燃料元件的后面附近的氧化鋁顆粒;(ⅱ)壓成丸狀或用其它方法壓實的煙草、碳和/或氧化鋁，它們包含一種或多種香料和/或煙草萃取物和丙三醇;和/或(ⅲ)帶有丙三醇和煙草萃取物且用外接包裹紙包裹的聚集煙草紙。用作基質的其他材料對懂行人員來說是眾所周知的。
如上所述，燃料元件和煙霧發(fā)生封殼或包殼的組合件可以由空隙24與煙嘴件22隔開，該空隙的尺寸范圍從約5毫米至約30毫米，最好從約10毫米至約15毫米，可根據(jù)所需的煙嘴件其他部分的尺寸來調整。該空隙有二個基本作用，(1)它使流出煙霧發(fā)生裝置的熱氣在到達吸煙者之前變冷和(2)它通過用作煙霧集結室有助于形成可見煙。或者，空隙可以不要，即如圖所示的空隙可以用如香味添加料、低效過濾材料之類的材料充填。
煙嘴件22最好有一定的形狀和體積，以便它可以用簡單的外包裹紙與包括有套的燃料元件和封殼的前端組件對接?；蛘?，煙嘴件的外層可以用如金屬箔-襯紙管、模制的塑料、重磅紙或類似物的任何可買到的材料制造。
在管狀煙嘴件22內，含煙草的薄片材料、或包含如薄荷醇之類的香料或一些其他香料的加碳薄片材料的卷筒26靠近空隙24設置，卷筒26最好用包裹紙包裹。而且在煙嘴件內，置于香煙最近嘴端的是低效過濾元件28，它包括如非織造的聚丙烯纖維的聚集網(wǎng)狀物之類的過濾材料和外接的柱形包裹物。如果需要，過濾嘴紙可以包裹香煙的煙嘴件且將煙嘴件連接在前端組件上。另外，如果需要，用已知的激光或機械穿孔技術，可以將一圈空氣稀釋孔設置在香煙的最近嘴端區(qū)域。
在使用時，吸煙者點燃燃料元件12產(chǎn)生熱量。所產(chǎn)生的熱量通過傳導和/或對流傳送至包圍燃料元件一端的封殼16，來自與基質18和煙霧形成材料相接觸的封殼的熱量，有助于煙霧形成材料的揮發(fā)。在吸煙者抽吸時，加熱的空氣流入封殼，與基質18相接觸，該供給煙霧形成材料的附加熱量使其揮發(fā)，揮發(fā)的材料通過在封殼端壁上的孔(圖中未畫出)流入封殼，然后吸入的空氣和揮發(fā)的材料在通過煙嘴件上的通道時變冷。依靠特殊的煙霧形成材料，形成可見的似煙煙霧。更好地，吸入的空氣和揮發(fā)的材料通過置于煙嘴件中的香料，從其中吸收香味成分，最后進入吸煙者的嘴中。
用于包裹燃料元件的煙草/玻璃纖維隔熱包裹紙可以用該領域中懂行人員所知的常用技術進行制備，一個最佳的方法就是用約15毫米長的煙草/玻璃纖維隔熱套材料外包燃料元件/封殼組件或元件。一種最佳的煙草/玻璃纖維隔熱套由二層Owens-CorningC-玻璃纖維織物、夾在二層玻璃纖維之間的一片再制的煙草紙和包住外層玻璃纖維的第二片再制的煙草紙組成，一種最佳的再制的煙草紙是一種含有混合的煙草萃取物的紙片，由Kimberly-Chark公司稱做P2674-157。成形前最佳的再制煙草紙的寬度為19毫米(內部)和26.5毫米(外部)。這種最佳的外套元件的最后直徑約為7.5毫米。
最佳的同心煙草/玻璃纖維隔熱套可以用在美國專利第4，893，637號(Hancock等)中描述的裝置的改型體制造，在此揭示以供參考。改進的裝置包括多個筒管，其上含有玻璃纖維和含煙草材料，其排列如這里所指出的，便于在玻璃纖維層之間夾入含煙草材料。懂行人員就會知道任何數(shù)量的玻璃纖維和/或煙草的不同交替層可以用該裝置制備，只要簡單地改變筒管的位置和/或其內容物即可。
或者，煙草和玻璃纖維通過濕法成網(wǎng)或氣流成網(wǎng)工藝可以合并成一通用件。當煙草包括在混合物內時，最好用氣流工藝，因為用濕法工藝煙草的香味成分可能消失。整體式的煙草/玻璃纖維織物的形成能夠控制周向空氣流通過材料進入燃料元件。除了包圍燃料元件外，該整體式織物也可以包圍煙霧發(fā)生裝置中的導熱封殼。
在這種整體式套中的煙草量可以從約1%至約99%(重量百分比)，較好從約40%至70%(重量百分比)，最好從約50%至60%(重量百分比)。用于形成整體式煙草/玻璃纖維包裹紙的最佳玻璃纖維是E-玻璃纖維，可從Oweas Corning公司買到。
如上所述，本發(fā)明的隔熱套的制造，可以用該領域的普通懂行人員習知的常用的造紙技術制造。這些方法包括濕法成網(wǎng)工藝和氣流成網(wǎng)工藝。
在濕法工藝中，煙草一般為切碎的填充料形式，在白水中與玻璃纖維混和，在混和物中煙草與玻璃纖維的比例范圍約為4∶1至約1∶1。該混和物通入高位調漿箱，在其中壓出水份以后，形成包括煙草和玻璃纖維的類織物紙片。
一般來說，煙草和玻璃纖維成份與供給造紙生產(chǎn)線的水和粘合劑混和，然后將水除去，在加熱輥之間通過可以干燥紙片。濕強度添加劑可以用于增加套的強度。
在氣流成網(wǎng)工藝中，切碎的煙草填充料和玻璃纖維首先切碎成小顆粒，以便用空氣傳送。然后通過空氣移送將切碎的顆粒輸送到轉換器，在那里它們被混和，然后該均勻的混和物送到一個模子中，該模子的作用與濕法的高位調漿箱相當，在模子中通過施用真空，形成氣流成網(wǎng)織物。隨后氣流成網(wǎng)織物可以用如SCMS之類的粘合劑進行處理，以提供結構上的整體性?；蛘撸瑲饬鞒删W(wǎng)工藝可以分步進行，由此形成一層玻璃纖維和煙草織物中根據(jù)需要具有許多不同的層次。
氣流法和/或濕法的煙草/玻璃纖維隔熱套可以用于覆蓋吸煙制品前端的整個長度，即覆蓋燃料元件和煙霧發(fā)生裝置?；蛘撸@種套可以用來僅覆蓋前端組件的一部分。
如上所述，本發(fā)明的吸煙制品包括一燃料元件，它產(chǎn)生的熱量足以揮發(fā)煙霧發(fā)生裝置內的煙霧形成材料。一種最佳的燃料元件用易燃材料制造，以這樣的方式，燃料元件的密度大于約0.5克/立方厘米，經(jīng)常小于約0.8克/立方厘米或更大，但一般小于約1.5克/立方厘米。另外，燃料元件的長度一般小于約20毫米，經(jīng)常小于約15毫米，有代表性的約為9毫米。
燃料元件的易燃材料成分可以變化。較好的燃料元件包含碳，最佳的燃料元件主要是由碳質材料組成，較好的碳質燃料元件的含碳量高于約60%(重量百分比)，更好的高于約70%(重量百分比)。在碳質燃料元件的幾個最佳實施例中，燃料元件包括碳、煙草和粘合劑的混和物(參見，如例1)。在碳質材料元件的其他最佳實施例中，燃料中沒有加入煙草(參見，例如美國專利第4，854，331和4，917，128號)。
在燃料元件中除了有煙草外，其它成分如香料、煙草萃取物、填充料(如粘土或碳酸鈣)、燃燒添加劑(如氯化鈉，以改進悶燒發(fā)煙和用作阻發(fā)光劑)、燃燒改進助劑(如碳酸鉀，以控制易燃性)、粘合劑之類的其他配料可以加入其中，碳質燃料元件的示范性組分在美國專利第4，714，082(Bauerjee等)和4，756，318(Clearman等)號中有陳述。
其它易燃燃料元件可以是粉碎的煙草材料、再制的煙草材料、熱處理過或熱分解的煙草材料、纖維素材料、改性纖維素材料等，示范性的易燃材料在美國專利第4，347，855(Lanzilotti等)、3，931，824(Miano等)、3，885，574(Borthwick等)和4，008，723(Borthwick等)號和Sittig的Noyes數(shù)據(jù)公司的《煙草代用品》(1976)一文中有陳述。
本發(fā)明的吸煙制品所用的燃料元件最好經(jīng)模壓、加工、壓力成形或擠壓而成所希望的形狀。最佳的擠壓成形的碳質燃料元件可以通過將最多約95份碳質材料、最多約20份粘合助劑和最多約20份煙草(例如煙草細末和/或煙草萃取物)與足夠的水混和以提供象稠粘的面團一樣密實的膏體來制備，然后膏體可以頂桿或活塞型擠壓機擠成具有所希望數(shù)量通道或空隙的所需形狀。接著擠出的膏體可以干燥至水分約為2%至7%(重量百分比)。隨后連續(xù)的擠出物按規(guī)定間距切斷，以提供多個單一的燃料元件。
本發(fā)明的吸煙制品也包括一與燃料元件物理分離的煙霧發(fā)生裝置。這樣，煙霧發(fā)生裝置既不與燃料元件混合，也不是燃料元件的一部分。煙霧發(fā)生裝置與燃料元件之間是熱交換關系，這樣由燃燒的燃料元件產(chǎn)生的熱量傳送給煙霧發(fā)生裝置，以加熱煙霧形成材料且形成煙霧。
最佳的煙霧發(fā)生裝置包括一用于攜帶煙霧形成材料的基質，最佳的基質是多孔的且在不用時能保持煙霧形成材料而當吸煙者抽吸吸煙制品時能釋放煙霧形成材料。
這里使用的一種基質材料是一種熱穩(wěn)定材料(例如，能夠承受約400℃至約600℃溫度而不會分解或燃燒的材料)。這種材料的實例包括多孔碳、石墨、碳纖維、活性碳、非活性碳和陶瓷材料。合適的碳基質材料包括從Union Carbide公司買到的PC-25和PG-60;從賓夕法尼亞州的Pitlsburgh的Calgon Carbon公司可買到的SGL;和從American Kynol股份有限公司可買到的目錄編號為CFY-0204-1、CN-157(HC)、CN-210(HC)、ACN-211-10和ACN-157-10。如從Union Carbide公司可買到的Smellrite TM之類的分子篩也可以作為這里所說的基質的部分或整體使用。其他合適的基質材料包括如從W.R.Crace & Co.可買到的D2-2600燒結的α氧化鋁之類的α氧化鋁顆粒。
另一種使用的基質具有由碳、煙草、氧化鋁或其混合物形成的壓實的顆粒的形式，最佳的壓實的顆?？梢杂脧娜毡镜腇uji Paudal KK買到的成丸機制造。見美國專利第4，893，639號(White)，其中的說明供這里參考。
這里使用的另一種基質具有纖維素材料的形式，如紙或煙草紙。這種基質一般制成一圓柱形段包括在外包裹紙內的紙質聚集網(wǎng)狀物。這種圓柱形段由用美國專利第4，807，809號(Pryor等)中所描述的設備和技術制造的桿來構成。聚集形成基質的示范性紙如P144-B，從Kimberlg-Clark公司可買到。
可以代替上述固體基質的另一種基質是一種粘合、聚集和封裝煙草顆粒、濕潤劑和煙霧形成材料的凝固薄膜材料。這種材料可以通過將煙草、香料和其他配料與如明膠、藻朊酸鹽、白朊、瓊脂、酪朊、阿拉伯膠、果膠之類的膠體形成物相混和而形成。當加熱時，該材料分解，釋放出封裝的成分，加入到或形成一似煙的煙霧。
一種以上的基質材料可以用于煙霧發(fā)生裝置中。例如，帶有一種或多種煙霧形成材料的氧化鋁顆?？梢灾糜谌剂显?，而帶有另外的煙霧形成材料的聚集紙的圓柱形段可以置于氧化鋁顆粒之后。
煙霧發(fā)生裝置包括煙霧形成材料。煙霧形成材料是液體、半固體或固體形式，一般通過基質攜帶。最佳煙霧形成材料的例子包括多元醇(例如，丙三醇、丙二醇和三甘醇)、一元、二元或多元羧酸的脂族酯(例如，硬脂酸甲酯、二甲基十二雙酸和二基甲四癸酸)等。合適的煙霧形成材料的另一些例子包括易揮發(fā)的香味添加劑和煙草香味改良劑。易揮發(fā)的香味添加劑包括香蘭素、可可、甘草、有機酸、和糖等。煙草香味改良劑包括天冬酰胺、乙烯丙酸、和葡糖戊乙酸酯等。
如上所述，這里最好使用導熱封殼或包殼，以促進燃料元件和煙霧發(fā)生裝置之間的熱交換。導熱封殼最好用金屬薄片或箔制成。一般來說，封殼或包殼壁厚從約0.01毫米至約0.2毫米。用于制造封殼的材料厚度、形狀和/或類型可以變動以便達到所希望的熱傳送程度。最佳的導熱件用薄鋁片制成，將鋁片深拉以形成長度約30毫米和外徑約4.6毫米的圓柱形封殼。
雖然如煙嘴之類的煙嘴件可以分開來提供，但在本發(fā)明的最佳實施例中，包含基質和煙霧形成材料的導熱封殼與煙嘴件相連。煙嘴件提供將揮發(fā)的煙霧形成材料送入吸煙者嘴中的通道，而且也可以將更多的香料提供給揮發(fā)的煙霧形成材料。煙嘴件的長度最好從30毫米至約85毫米，但它可以根據(jù)吸煙制品的需要或要求變化(更長或更短)。煙嘴件的長度最好是這樣的(ⅰ)燃料元件的燃燒部分和熱的導熱件保持遠離吸煙者的嘴和手指;且(ⅱ)熱的揮發(fā)煙霧形成材料在傳到吸煙者的嘴之前有足夠的時間冷卻。
合適的煙嘴件一般對于煙霧形成材料是不起化學作用的，通過滲透的凝聚作用使煙霧損失達到最小，而且在吸煙制品使用過程中能承受受到的溫度。示范性的煙嘴件包括增塑的醋酸纖維管，如可從American Filtrona公司買到的SCS-1;聚酰亞胺管，如可從E.I.dupont de Nemours買到的Kapton;紙板或厚紙管;和襯鋁箔紙管。
一很松地聚集的煙草紙段可以加入煙嘴件中，該段可以直接位于包含煙霧形成材料的導熱件之后。如果需要的話，聚集的碳紙段可以加入煙嘴件，這尤其是為了將薄荷醇香料送入煙霧。合適的聚集碳紙段在歐州專利申請第342，538號中有描述。
吸煙制品的最近嘴端最好包括過濾元件或“過濾嘴”，尤其是為了美學效果。最佳的過濾元件是不會明顯也影響煙霧流量的低效過濾元件，合適的過濾材料包括低效醋酸纖維或聚丙烯纖維束、通過障板或中空模制聚丙烯材料。合適的過濾元件可以通過使用Pryor等人的美國專利第4，807，809號的例1中所描述的過濾桿形成裝置聚集如從Kimberly-Clark公司可買到的PP-100-F的非織造聚乙烯網(wǎng)狀物制成。另一種使用的過濾材料是高旦數(shù)(低密度)醋酸纖維，可以從Tennessee Eastman公司買到。
如上所述，本發(fā)明的吸煙制品含有許多形式的煙草。煙草的形式可以變化，一種以上形式的煙草經(jīng)常加入特別的實施例中。例如，除了包裹燃料元件的煙草/玻璃纖維包裹紙以外，在燃料元件中也可以包含煙草。如上所述，煙草也可以用一種方法置于煙霧發(fā)生裝置內和/或置于煙嘴件內，以便各種香的煙草成分通過煙嘴件傳送至所吸取的煙霧中。煙草的類型可以變化，包括烘焙(flue-cured)煙草、白菜(Burley)煙草、馬里蘭(Maryland)煙草和東方(Oriental)煙草、稀有煙草和特殊煙草以及摻合劑。
煙草的一種形式是切碎的煙草填充料，如寬度約1/20英寸至約1/40英寸、長度約1/4英寸至約3英寸的煙草填充料束或碎片。切碎的煙草填充料可以由煙葉、加工過的煙草桿包括碾碎的和膨化過的煙桿或再制的煙草材料制成。切碎的填充料一般以圓柱形棍或一次裝填的煙草材料量包在包裹紙內加入香煙內。切碎的填充料的桿或棍可以用懂行人員周知的香煙桿制造技術和裝置加工。如果需要的話，切碎的煙草填充料也可以加入煙霧發(fā)生裝置中。如上所述，這種切碎的填充料一般用于包裹本發(fā)明的最佳香煙中的煙霧發(fā)生裝置。
廣泛用于本發(fā)明的另一種煙草是煙草紙。除了其在燃料元件中的煙草/玻璃纖維包裹紙的用途以外，煙草紙，例如可從Kimberly-Clark公司買到的P144-B的煙草紙網(wǎng)狀物之類，可以用美國專利第4，807，809號(Pryor等)的例2中所述的方法松卷成圓柱形段。該卷成的煙草紙圓柱形段可以加入(ⅰ)香煙的封殼或包殼內，作為煙霧形成材料的基質，和/或(ⅱ)香煙的煙嘴件內。如果需要的話，煙草紙可以襯在吸煙制品的煙嘴件內部。
這里所用的另一種煙草是細分的煙草材料，這種煙草包括煙草細末和細分的煙葉。一般來說，細分的煙草材料由置于香煙的封殼或包殼內基質所攜帶。然而，細分的煙草材料也可以加入燃料元件內。
這里所用的另一種煙草是煙草萃取物。萃取物可以由該領域內懂行人員所知的任何方法來得到。煙草萃取物一般通過用一種溶劑萃取煙草材料如水、二氧化碳、六氟化硫、一種烴如己烷或乙醇之類、一種鹵化碳如市場上可買到的氟利昂之類或其他有機和無機溶劑。煙草萃取物可以包括噴霧干化煙草萃取物、冷凍干化煙草萃取物、煙草芳香油和煙草香精。用于提供合適的煙草萃取物的方法在美國專利第4，506，682號(Mueller)、歐州專利公開第326，370和338，831號;和1989年5月2日遞交的美國專利申請序號第346，042號中有描述;這里用作參考。
一般來說，即使切碎的煙草填充料、煙草紙和過濾材料可置于香煙內的任何地方，但至少一種煙草萃取物由本發(fā)明的香煙的基質攜帶。而且，煙草萃取物可以加入燃料元件內。
吸煙制品的整體長度或其任何部分可以用香煙紙進行外包裝。包裹導熱件的最佳紙在吸煙制品使用時不應該明火燃燒，而應該具有有控制的徐燃性能且應該產(chǎn)生灰白色灰分。香煙紙的示范例在美國專利第4，779，631號(Durocher等)和歐州專利公開第304，766號中有描述。合適的包裹紙如從Kimberly-Clark公司可買到的P1981-152、P1981-124和P1224-63。過濾嘴紙可以包裹吸煙制品的最近嘴端。合適的過濾嘴紙包括用“不粘唇”材料處理過的無孔過濾嘴紙和懂行人員可得到的其他紙。
用于本發(fā)明的最佳香煙的燃料元件端的最佳包裹紙在1990年8月28日遞交的、名稱為“采用改進的包裹紙的吸煙制品”的、Barnes等人申請的、事務所流水號第39，160號的待批申請中有描述。
這里所述的包裹圍繞燃料元件的至少一部分隔熱材料的包裹紙由用阻燃劑處理過的高孔隙度紙組成，阻燃劑的分量要足以阻止大量紙纖維素在吸煙時燒掉。這在使用時保持香煙前端的完整性。該申請的描述在此僅作參考。
本發(fā)明將結合下列實例作進一步說明，實例將有助于理解本發(fā)明，但不認作是一種限制。除非另外特別說明，這里所述的所有百分比都是重量百分比，所有的溫度都用攝氏溫度表示。
例1基本上如圖1所示的香煙按如下方式制備燃料源制備一大致圓柱形的燃料元件長度為9毫米，直徑為4.5毫米，視密度(按毛體積計算的密度)約為1.02克/立方厘米，它由約72份顆粒平均直徑尺寸為12微米的硬木漿碳、約20份包括白萊煙草、烘焙煙草和東方煙草的摻合煙草顆粒(顆粒約為200Tyler目)和8份Hercules 7HF SCMC粘合劑。
硬木漿碳通過在氮覆蓋層下碳化非云母的含大草原加拿大牛皮硬木紙(a non-talc containing grade of Grand Prairie Canadian Kraft hardwood paper)、以步進遞增從而足以減少紙的氧化作用的方法將溫度增加至至少750℃的最后碳化溫度來制備。形成的碳材料在氮氣中冷卻至低于35℃，然后磨成平均顆粒尺寸(直徑)約12微米的精制粉末。
精制的粉末狀硬木碳與煙草細末、羧基甲基纖維素鈉粘合劑和足夠的水混合，以提供粘稠的象生面團樣膏體狀的混合物。
用頂桿式擠壓機將膏體擠成燃料元件，其中具有等間隔周向槽狀通道，每一通道的深度約為0.032英寸，寬度約為0.016英寸，沿縱向延伸過燃料元件的通道形狀如圖1B所示。形成的擠出物在空氣中干燥，以提供有彈性的擠出物，而且擠出物切成9毫米的長度，從而制成燃料元件。
基質的制備基質是一種由45份可從W.R.Crace & Co.買到的、平均顆粒尺寸(直徑)為15微米的粉末狀D2-2600燒結α氧化鋁，15份顆粒尺寸(直徑)為15微米的碳粉，10份約200Tyler目的摻合煙草細末，10份約200Tyler目的碎的混合煙草細末，19份丙三醇和1份香料組成的壓實的顆粒材料?；|通過將上述成份的膏體擠在快速回轉的圓盤上以形成小粒、大致為圓球狀的基質材料而制成。該工藝和設備在美國專利第4，893，639號(White)中有描述。
殼組件中空的金屬包殼采用金屬拉伸工藝用鋁制成。包殼的長度約為30毫米，外徑約為4.6毫米，內徑約為4.4毫米。包殼的一端是開口的，另一端除了具有兩個槽樣開口外是封閉的，開口的尺寸約為0.65毫米×3.45毫米，間隔約1.14毫米。
包殼中裝入約340毫克的基質。然后，將燃料元件插入包殼的開口端，深度約為2毫米。這樣燃料元件伸出包殼開口端約7毫米。
隔熱套一長15毫米、直徑為4.5毫米的塑性管用長也為15毫米的隔熱套外包裹。在這些香煙實施例中，隔熱套由二層Owens-Corning C-玻璃纖維織物組成，每一層在套形成機器壓制前約1毫米厚，而在成形后，每一層約0.6毫米厚。夾在二層C-玻璃纖維之間是一片再制的煙草紙，厚約0.13毫米，第二片0.13毫米厚的再制的煙草紙外包在外層玻璃纖維外。Kimberly-Clark公司稱之為P2674-157的再制煙草紙片是含摻合煙草萃取物的紙樣薄片。在成形之前再制的煙草薄片的寬度內片為19毫米，外片為26.5毫米，制成的有套塑性管的最終直徑約為7.5毫米。
煙草棍由白萊煙草、烘焙煙草和東方煙草切碎的填充料的體積膨脹過的混合物組成的煙草棍用Kimberly-Clark公司稱之為P1487-125的紙包裹，由此形成直徑約為7.5毫米和長度約為22毫米的煙草棍。見1990年4月5日遞交的、名稱為“一種最佳的體積膨脹過的煙草工藝”的美國專利申請?zhí)柕?7/505，339號。
前端組件隔熱套段和煙草桿由Kimberly-Clark公司稱作P2674-190的外包裹紙連接在一起，該包裹紙外包煙草/玻璃纖維套段和煙草桿的整長。在煙草桿的煙嘴端穿孔，以形成直徑約為4.6毫米的縱向通道。將穿孔的頂部成形，以便塑性管引入且配合在隔熱套中。在穿孔器和配合的塑性管從棍的煙嘴端取出的同時，殼組件從組合的隔熱套和煙草桿的前端插入，殼組件一直插到燃料元件的點火端與隔熱套的前端平齊。形成的前端組件的總長度約為37毫米。
煙嘴件煙嘴件包括20毫米長的松散聚集的煙草紙圓柱形段和20毫米長的非織造的、熔噴的聚丙烯聚集網(wǎng)狀物的圓柱形段，每一段包括外包裹紙。每一段通過用在美國專利第4，807，809號(Pryor等)中描述的裝置制備的再分桿構成。
第一段直徑約為7.5毫米且用如可從Kimberly-Clark公司買到的P1440-GNA的煙草紙的松散聚集的網(wǎng)狀物制成，網(wǎng)狀物由如可從Kimberly-Clark公司買到的P1487-184-2的包煙紙包住。
第二段直徑約為7.5毫米，且用如可從Kimberly-Clark公司買到的PP-100的非織造聚丙烯集聚的網(wǎng)狀物制成，網(wǎng)狀物由如可從Kimberly-Clark公司買到的P1487-184-2的包煙紙包住。
兩段以首尾緊靠相連的關系軸向排成一直線，且通過用可從密執(zhí)安州的Vicksburg的Simpson Paper公司買到的L-1377-196F的外包裹紙外包每段整長而連接在一起。煙嘴件長約40毫米。
香煙的最后組裝前端組件與煙嘴件以首尾緊靠相連的關系軸向排成一直線，以便前端組件的包殼端緊靠煙嘴件的聚集的煙草紙段，前端組件通過用過濾嘴紙外包煙嘴件的整長的緊靠煙嘴件5毫米長的前端組件。
用法在使用時，吸煙者用香煙打火機點燃燃料元件，將燃料元件燒著。吸煙者將香煙的煙嘴端放入他/她的唇間和抽吸香煙。具有煙草香味的可見煙霧被吸入吸煙者的嘴中。
例2大致如圖1所示的香煙按如下方法制備燃料源的制備燃料源如例1一樣制備。
基質的制備基質如例1一樣制備。
殼組件殼組件如例1一樣制備隔熱套組裝的燃料元件/封殼組件組合在燃料元件端用長為15毫米的隔熱套材料外包裹。隔熱套具有二層材料，第一層是Owens-Corning C-玻璃纖維織物，第二層是再制的煙草紙。C-玻璃纖維織物放在煙草紙上面，在其上放置殼組件。隔套通過以螺旋方式將兩薄片繞卷殼組件形成，類似于“膠棍(jelly-roll)”。套好的燃料元件的最終直徑約為7.5毫米。
煙草棍一由白萊煙草、烘焙煙草和東方煙草切碎的填充料的體積膨脹過的摻合物組成的煙草棍用Kimberly-Clark公司稱為P1487-125的紙包裹，由此形成直徑約為7.5毫米和長度約為22毫米的煙草棍。一針管插入煙草桿一端形成一穿過煙草桿直徑約為4.5毫米的縱向通道。
前端組件隔熱殼組件的包殼部分被插入煙草桿的通道內，直到隔熱套緊靠煙草桿的一端。然后，外包裹的隔熱套部分和煙草桿通過Kimberly-Clark公司稱為P2674-190的包裹紙連接在一起，包裹紙外包煙草/玻璃纖維套部分和煙草桿的整長。隔熱的前端組件的長度約為37毫米。
煙嘴件煙嘴件包括一20毫米長的松散聚集的煙草紙圓柱形段和一20毫米長的非織造的、熔噴的聚丙烯聚集網(wǎng)狀物的圓柱形段，每一段包括外包裹紙。每一段通過用在美國專利第4，807，809號(Pryor等)中描述的裝置制備的再分桿構成。
第一段直徑約為7.5毫米且用如可從Kimberly-Clark公司買到的P1440-GNA的煙草紙的聚集的網(wǎng)狀物制成，網(wǎng)狀物由如可從Kimberly Clark公司買到的P1487-184-2的包煙紙包住。
第二段直徑約為7.5毫米，且用如可從Kimberly-Clark公司買到的PP-100的非織造聚丙烯集聚的網(wǎng)狀物制成，網(wǎng)狀物由如可從Kimberly-Clark公司買到的P1487-184-2的包煙紙包住。
兩段以首尾緊靠相連的關系軸向排成一直線，且通過用可從密執(zhí)安州的Vicksburg的Simpson Paper公司買到的L-1377-196F的外包裹紙外包每段整長而連接在一起。煙嘴件長約40毫米。
香煙的最后組裝前端組件與煙嘴件以首尾緊靠相連的關系軸向排成一直線，以便前端組件的包殼端緊靠煙嘴件的聚集的煙草紙段，前端組件通過用過濾嘴紙外包煙嘴件的整長和緊靠煙嘴件5毫米長的前端組件。
用法在使用時，吸煙者用香煙打火機點燃燃料元件，將燃料元件燒著。吸煙者將香煙的煙嘴端放入他/她的唇間和抽吸香煙。具有煙草香味的可見煙霧被吸入吸煙者的嘴中。
本發(fā)明已結合最佳實施例進行了詳細地描述。然而，顯然該技術領域內的懂行人員在研究了本揭示后，可對本發(fā)明作出修改和/或改進，但仍在后面權利要求中陳述的本發(fā)明的范圍和實質內。
權利要求
1.一種吸煙制品，包括(a)一易燃的燃料元件；和(b)一外包燃料元件的至少一部分外周的隔熱包裹紙，其特征在于隔熱包裹紙包括至少二個分開和不同的部分；(a)至少有一纖維狀隔熱材料層，和(b)至少有一含煙草的材料層。
2.如權利要求1所述的吸煙制品，其特征在于，在隔熱包裹紙中使用至少二層纖維狀隔熱材料。
3.如權利要求2所述的吸煙制品，其特征在于，纖維狀隔熱材料層還包括煙草。
4.如權利要求2所述的吸煙制品，其特征在于，隔熱包裹紙包括一第二層含煙草材料層。
5.如權利要求4所述的吸煙制品，其特征在于，至少有一層含煙草層是薄片狀的。
6.如權利要求5所述的吸煙制品，其特征在于，煙草薄片材料夾在二層纖維狀隔熱材料層之間。
7.如權利要求6所述的吸煙制品，其特征在于，二層含煙草材料層都是薄片狀的。
8.如權利要求6所述的吸煙制品，其特征在于，纖維狀隔熱材料是玻璃纖維。
9.如權利要求6所述的吸煙制品，其特征在于，玻璃纖維和煙草材料的排列從燃料元件向外為煙草、玻璃纖維、煙草、玻璃纖維。
10.如前述任一權利要求所述的吸煙制品，其特征在于，易燃的燃料元件是碳質的。
全文摘要
本發(fā)明揭示了如香煙之類的吸煙制品，它包括與物理分離的煙霧發(fā)生裝置成熱交換關系設置的、短的(約9毫米長)碳質燃料元件。外包燃料元件的是煙草/玻璃纖維隔熱包裹紙，最好由至少四層組成，從燃料元件的周向起依次為(1)第一玻璃纖維層，(2)第一含煙草薄片；(3)第二玻璃纖維層；和(4)第二含煙草薄片。
文檔編號A61M15/06GK1059265SQ9110536
公開日1992年3月11日 申請日期1991年7月30日 優(yōu)先權日1990年8月29日
發(fā)明者杰里·韋恩·勞森, 威廉·詹姆斯·凱西，Iii 申請人:R·J·雷諾茲煙草公司