DE112015000032T5

DE112015000032T5 - Verwendung einer Zusammensetzung, umfassend 1,3-Propandiol, als E-Flüssigkeit

Info

Publication number: DE112015000032T5
Application number: DE112015000032.1T
Authority: DE
Inventors: Antoine Piccirilli; Vincent Bonnarme
Original assignee: CERES LAB; LABORATOIRES CERES
Current assignee: CERES LAB; LABORATOIRES CERES
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2015-11-19
Also published as: FR3015187A1; US20160262443A1; EP3107409B1; EP3107409A1; CN106455675A; GB2524204A; GB201512314D0; FR3015186A1; FR3015187B1; WO2015101760A1

Abstract

Diese Erfindung betrifft die Verwendung einer Zusammensetzung, umfassend 1,3-Propandiol, als elektronische Zigarettenflüssigkeit. Sie betrifft ebenfalls eine flüssige Zusammensetzung für eine elektronische Zigarette, umfassend 1,3-Propandiol, ebenso wie eine Verbindung, ausgewählt aus Nicotin, einem Nicotin-Substitut und einem Aroma. Sie betrifft weiterhin eine elektronische Zigarette, die diese Zusammensetzung enthält.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Zusammensetzung, umfassend 1,3-Propandiol, als elektronische Zigarettenflüssigkeit. Sie betrifft ebenfalls eine flüssige Zusammensetzung für eine elektronische Zigarette, umfassend 1,3-Propandiol ebenso wie Nicotin und/oder zumindest ein Aroma, und eine elektronische Zigarette, die diese Zusammensetzung enthält.
Hintergrund der Erfindung
Der elektronische Zigarettenmarkt expandiert gegenwärtig stark, weil er dem Raucher ermöglicht, das Ritual aufrecht zu erhalten, das mit der Verwendung von Zigaretten verbunden ist, ohne an die nachteiligen Wirkungen für die schädlichen Substanzen, die darin enthalten sind, zu leiden.
Die elektronische Zigarette oder E-Zigarette arbeit mit Elektrizität ohne Verbrennung. Sie produziert einen Nebel aus feinen Teilchen, allgemein angegeben als Dampf oder künstlichen Rauch, der visuell den Rauch nachmacht, der durch die Verbrennung von Tabak erzeugt wird. Dieser Dampf kann mit Geschmack versehen werden (Tabak, Minze, Frucht, Schokoladenaroma, etc.) und kann Nicotin enthalten oder nicht. Bei korrekt hergestellten und verwendeten E-Zigaretten enthält das Aerosol entsprechend den verfügbaren Daten viele weniger Substanzen, die für die Gesundheit schädlich sind als der Tabakrauch; insbesondere enthält es keine festen Teilchen, Teer, andere karzinogene Substanzen oder Kohlenmonoxid (CO).
Die E-Zigarette enthält drei Hauptteile, die in einem Kunststoff- oder Metallgehäuse enthalten sind:

– eine Batterie,
– ein Gehäuse oder Reservoir, das eine Flüssigkeit enthält, bezeichnet als ”E-Flüssigkeit” und
– einen Atomisator.

Die Batterie macht am häufigsten den größeren Teil der E-Zigarette bei wegwerfbaren Produkten aus. Bei wiederverwendbaren Zigaretten sind die Batterien von ”niedriger Spannung” (Akkumulatoren), wieder aufladbar durch USB-Kabel oder durch ein Ladegerät. Bei wiederverwendbaren E-Zigaretten wird das Rohr, das die Batterie umhüllt, auf die Kartusche, die die Flüssigkeit enthält, geschraubt. Bei einigen Modellen wird ein Indikatorlicht – üblicherweise eine rote oder blaute Diode – am anderen Ende des Rohrs der Batterie angeordnet.
Die Lagervorrichtung für die E-Flüssigkeit kann in Form einer Kartusche (im allgemeinen aus Silicon, PMMA oder Edelstahl gemacht) oder eines Reservoirs (insbesondere aus PMMA/Polyethylen, Borsilicatglas oder Edelstahl erzeugt) sein, wahlweise vollendet durch eine Vorrichtung für die Aufnahme der Flüssigkeit durch Kapillarwirkung (insbesondere aus Silica, Glasfaser, Keramikmetall, Nylonfäden oder Borsilicat-Fäden erzeugt), die mit dem Verdampfungssystem in Kontakt steht. Der Atomisator ermöglicht, die E-Flüssigkeit in einen Nebel umzuwandeln, der Rauch simuliert. Er besteht aus einer Metallspule oder Draht, der einen Wärmeresistor bildet. Es wird häufiger in der wiederaufladbaren Kartusche integriert. Ein Mikroventil, das für den niedrigen Druck empfindlich ist, der durch Inhalation oder ein manuell getriggertes Kontaktgerät verursacht wird, sichert die Zufuhr von Energie durch die Batterie zu dem Atomisator. Die E-Zigarette kann für eine einzelne Verwendung sein oder kann wiederverwendbar sein.
Die verwendeten E-Lösungen setzen sich hauptsächlich aus den folgenden Bestandteilen zusammen:

– synthetisches Propylenglykol (ungefähr 65%),
– Glycerin (ungefähr 25%),
– Wasser (5 bis 10%),
– Aromastoffe und Farbstoffe (2 bis 5%),
– Nicotin (0 bis 20 mg/ml).

Einige E-Flüssigkeiten können ebenfalls Ethanol in einer signifikanten Menge (> 1%) enthalten.
Einige Produkte können frei von synthetischem Propylenglykol sein. In diesem Fall ist das Ziel, Produkte ausschließlich pflanzlichen Ursprungs zu verwenden. Jedoch wird dieses Ziel auf Kosten der Langlebigkeit der Erwärmungswiderstände erzielt, die sehr schnell verschmutzt werden. Zusätzlich ist die Qualität des emittierten Rauches weit davon entfernt, bezüglich der Dampfdichte angemessen zu sein, und die organoleptischen Eigenschaften der Flüssigkeiten sind stark modifiziert, weil die Freisetzung der Aromastoffe in der Abwesenheit von Propylenglykol weniger unmittelbar ist. Die exklusive Verwendung von Glycerin erfordert das Beladen des Produktes mit Wasser, um die Viskosität der E-Flüssigkeit zu vermindern und somit das Füllen der E-Zigarette zu erleichtern. Erneut modifiziert ein hoher Wassergehalt radikal die Qualität des freigesetzten Dampfes und führt zu einer übermäßigen Korrosion der Materialien ebenso wie zu einem schnellen und übermäßigen Verbrauch der E-Flüssigkeit (schnelle Verdampfung). Ein anderes Problem, das mit der exklusiven Verwendung von Glycerin verbunden ist, liegt in der Tatsache, daß diese Verbindung deutlich weniger verdampfbar ist als Propylenglykol, so daß die Verdampfung davon eine deutlich höhere Erwärmungstemperatur erfordert, was zum Abbau und zu der Bildung von unerwünschten Nebenprodukten wie Acrolein führen kann.
Folglich ist die Verwendung von synthetischem Propylenglykol in einer größeren Menge als Glycerin üblicherweise bevorzugt, was bei den Herstellern nicht ermöglicht, einen natürlichen Ursprung für deren Produkte zu beanspruchen. Zusätzlich wird Propylenglykol durch ein Verfahren erhalten, das unter den am stärksten Energie-verbrauchenden Verfahren der Petrochemie ist und folglich eine große Umweltbelastung aufweist (Eissen & al., Angew. Chem. Int. Ausgabe 2002, 41, 414–436), was durch einen hohen Energieverbrauch und hohe Produktion von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) und Abfallmaterialien reflektiert wird. Darüber hinaus wird synthetisches Propylenglykol von Propylenoxid durch ein kontinuierliches Hydratisierungsverfahren nach dem folgenden Diagramm erhalten:
Die Produktion von Propylenglykol wird begleitet von der Bildung von Sekundärprodukten (Di- und Tri- und Tetrapropylenglykole) und umgewandeltes Propylenoxid (Petrochemical Processes: Major Oxygenated, Chlorinated and Nitrated Derivatives – Alain Chauvel, Gilles Lefebvre – Editiones TECHNIP – S. 26) wie unten erläutert wird:
Nach der Reinigung sind folglich die geringfügigen und wiederauftretenden organischen Verunreinigungen von Propylenglykol Di- und Tripropylenglykol ebenso wie Propylenoxid, dessen restlicher Gehalt gemäß den Herstellern in der Größenordnung von 5 bis 10 ppm liegt (Propylen Glycol – CIR Expert Panel, 28.–29. Juni 2010 – Draft Report). Nun wird Propylenoxid klassifiziert durch die nordamerikanischen und europäischen Umweltfirmen als karzinogene und mutagene Verbindung bei Tieren und als ein möglicher karzinogener Stoff bei Menschen. Dadurch ist es wichtig, die Exposition bezüglich dieser Verbindung stark zu limitieren. Somit basiert der Expertenbericht und das Gutachten bezüglich E-Zigaretten, veröffentlicht von ”the Office Français de Prévention du Tabagisme” (OFT) [French Office of Prevention of Tobacco Smoking] im Mai 2013 auf dem Bedürfnis, die Abwesenheit von karzinogenen Kontaminantien in den E-Flüssigkeiten zu garantieren. Folglich ist es wichtig, das Vorhandensein einer toxischen Verbindung wie Propylenoxid und in einem geringeren Ausmaß das Vorhandensein von organischen Verunreinigungen wie Di- und Tripropylenglykolen zu verhindern, die zu der Familie von Glykolethern gehören, die vom toxikologischen Standpunkt her stark herabgesetzt werden, die die Qualität der E-Flüssigkeiten ändern.
Eine Lösung für die oben erwähnten Probleme wird in der Veröffentlichung WO 2013/088230 vorgeschlagen. Sie besteht in dem Ersatz von synthetischem Propylenglykol durch Propylenglykol pflanzlichen Ursprungs, erhalten durch katalytische Hydrierung von Sorbit, das selbst von Mais stammt. Das Propylenglykol ist verbunden mit Glycerin pflanzlichen Ursprungs, mit Nicotin, das von Tabak extrahiert werden kann, und möglicherweise mit Aromastoffen natürlichen Ursprungs, was zu einer E-Flüssigkeit führt, die vollständig pflanzlichen Ursprungs ist.
Selbst wenn diese Lösung tatsächlich die Nachteile, die mit der Verwendung von synthetischem Propylenglykol assoziiert sind, überwindet, wurde nun gezeigt, daß die Dampfdichte und die aromatische Leistung, erzeugt durch diese E-Flüssigkeiten pflanzlichen Ursprungs, verbessert werden könnten, indem Propylenglykol durch 1,3-Propandiol (PDO) ersetzt wird und daß diese Wirkung besonders in der Abwesenheit von Glycerin oder in einer E-Flüssigkeitszusammensetzung mit niedrigem Glycerin-Gehalt beachtlich ist. Durch Ermöglichen, auf Glycerin zu verzichten, trägt die Verwendung von PDO darüber hinaus zum Schutz der Erwärmungsvorrichtung in elektronischen Zigaretten bei, indem das Phänomen der schnellen Verschmutzung minimiert wird, das in der Gegenwart von Glycerin beobachtet wird. Ein anderer Vorteil, der mit der Abwesenheit von Glycerin verbunden ist, besteht darin, daß der erzeugte Dampf frei von toxischen und karzinogenen Verunreinigungen ist, die von der thermischen Zersetzung von Glycerin stammen.
Zusätzlich wurde beobachtet, daß PDO es ermöglicht, Nicotin-freie E-Flüssigkeiten zu erhalten, die das Empfinden im Hals rekreieren, das typischerweise von dem Verwender einer konventionellen Zigarette gefühlt wird, wenn das Nicotin in den Mund fließt. Gegenwärtig wurde diese Wirkung, die stark von den Verwendern von E-Flüssigkeiten begehrt wird, nur erhalten durch Zugabe von mehreren Tropfen eines Produktes auf der Basis von Propylenglykol, Glycerin und Aromastoffen (E-Liquide Flash^® von FLAVOUR ART) zu der E-Flüssigkeit. Das Produkt hat jedoch all die oben erwähnten Nachteile, die mit der Verwendung von Propylenglykol und Glycerin verbunden sind.
Gegenwärtig wird PDO pflanzlichen Ursprungs in industriellem Ausmaß durch Fermentation von Glucose erzeugt. Gegenwärtig wird es als Zwischenprodukt bei der Synthese von Harzen, als Lösungsmittel, Feuchtigkeitsmittel, Konservierungsmittel bei der Nahrungsmittelindustrie, Kosmetik, pharmazeutischen Industrie und bei Körnerhygieneprodukten und als Komponente von hydraulischen Fluiden, Frostschutzmitteln, Abwasserflüssigkeiten, Kühlmitteln, als Komponente von Reinigungsflüssigkeiten, von Reinigungsmitteln, Co-Lösungsmitteln von Farben und Lösungsmittel in der Industrie von Drucktinten verwendet. Gemäß der Kenntnis des Anmelders wurde PDO niemals als Bestandteil von E-Flüssigkeiten beschrieben.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung betrifft somit die Verwendung einer Zusammensetzung, umfassend 1,3-Propandiol und zumindest ein Additiv, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glycerin, Nicotin, einem Nicotin-Substitut und einem Aroma, als elektronische Zigarettenflüssigkeit.
Sie betrifft ebenfalls eine flüssige Zusammensetzung für eine elektronische Zigarette, umfassend 1,3-Propandiol, ebenso wie zumindest eine Verbindung, ausgewählt aus Nicotin, einem Nicotin-Substitut und einem Aroma.
Sie betrifft weiterhin eine elektronische Zigarette, die diese Zusammensetzung enthält.
Sie betrifft ebenfalls eine Verwendung von 1,3-Propandiol in einer elektronischen Zigarettenflüssigkeit, die Nicotin enthalten kann oder nicht, zur Verbesserung der Empfindung im Hals, die durch einen Verwender der Flüssigkeit gefühlt wird, und/oder der Leichtigkeit der Inhalation des Dampfes, der durch diese Flüssigkeit erzeugt wird, und die Verwendung von 1,3-Propandiol in einer elektronischen Zigarettenflüssigkeit, die Nicotin enthält, um die Bioverfügbarkeit des Nicotins zu verbessern.
Sie betrifft darüber hinaus die Verwendung von 1,3-Propandiol, wahlweise in der Gegenwart von Glycerin in einer elektronischen Zigarettenflüssigkeit, zur Verstärkung der aromatischen Leistung und die Verwendung von 1,3-Propandiol, wahlweise in der Gegenwart von Glycerin, in einer elektronischen Zigarettenflüssigkeit, zum Begrenzen oder Eliminieren der Bildung von Co-Produkten der Thermolyse.
Schließlich betrifft sie die Verwendung von 1,3-Propandiol, wahlweise in der Gegenwart von Glycerin in einer elektronischen Zigarettenflüssigkeit, die Nicotin enthält, um Nicotin in konsistente Weise abzugeben.
Detaillierte Beschreibung der Merkmale
In dieser Anmeldung bedeutet der Ausdruck ”elektronische Zigarette” alle Vorrichtungen, die mit elektrischen Mitteln ausgerüstet sind, die Dampf erzeugen und Nicotin und/oder ein Aroma freisetzen. Diese Definition umfaßt somit insbesondere persönliche Verdampfer (VP), elektronische Systeme zur Abgabe von Nicotin (ENDS für ”Electronic Nicotine Delivery System” oder ENDD für ”Electronic Nicotine Delivery Device”) ebenso wie elektronische Zigarren, elektronische Pfeifen und elektronische Wasserpfeifen, Zigaretten auf der Basis von erwärmtem Tabak oder mit einem Tabakaroma, erhalten durch Marzerisierung.
Der Ausdruck ”pflanzlichen Ursprungs” betrifft eine Verbindung, umfassend zumindest 95% Kohlenstoff von Bioquelle, bestimmt durch den Standard ASTM D6866-12 (Standard Test Methods for Determining the Biobased Content of Solid, Liquid, and Gaeous Samples Using Radiocarbon Analysis).
Wie oben angegeben, betrifft diese Erfindung die Verwendung einer Zusammensetzung, umfassend PDO, als elektronische Zigarettenflüssigkeit (nachfolgend ”E-Flüssigkeit”). Das PDO kann synthetisch oder gemäß einem bevorzugten Merkmal dieser Erfindung erhalten werden aus pflanzlichen Ausgangsmaterialien und wird hierin als ”PDO pflanzlichen Ursprungs” angegeben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das PDO pflanzlichen Ursprungs erhalten durch Fermentation.
Das PDO pflanzlichen Ursprungs kann durch Fermentation von Glucose in der Gegenwart eines nativen oder genetisch modifizierten Bakteriums erhalten werden, insbesondere ausgewählt aus den Stämmen von Klebsiella (insbesondere pneumoniae), Clostridium (insbesondere butyricum), Citrobacter (insbesondere freundii), Serratia und Escherichia coli, bevorzugt Escherichia coli und mehr bevorzugt Escherichia coli K-12. Ein Beispiel eines genetisch modifizierten Stammes ist in der US-Anmeldung US 2012/258521 beschrieben. Die Glucose aus Bioquelle, die verwendet wird zur Erzeugung von PDO, stammt im allgemeinen von Zucker-erzeugenden oder Amylose-Pflanzen wie Zuckerrohr, Mais, Weizen, Kartoffel, Zuckerrübe, Reis oder Hirse ab. Bevorzugt stammt die Glucose von nicht-genetisch modifizierten Pflanzenvarietäten wie Zuckerrohr oder Zuckerrübe. Noch besser stammt der Zucker von Nicht-Nahrungsmittel-Lignocellulose-Biomassen wie Holz, Stroh, gebrauchtem Material von Palm-Destillation (Palmbüsche), Bagasse und Kolben von nicht-genetisch modifiziertem Mais. Das Fermentationsprodukt kann wiedergewonnen werden und das PDO durch beispielsweise Membranfiltration, Elektrodialyse, Konzentration oder Rektifizierung oder durch eine Kombination dieser Techniken gereinigt werden. Insbesondere kann das PDO durch Destillation gereinigt werden, ein Vorgang, der es ermöglicht, eine Reinheit von 99,8% zu erreichen. Die bei einem Gehalt von 0,2% vorhandenen Verunreinigungen sind Wasser und 1-Propanol (Chatterjee et al., Glycerol to Propylene Glycol/Department of Chemical & Biomolecular Engineering Senior Design Reports (CBE), University of Pennsylvania – 12. April 2011), eine nicht-toxische Verbindung. Das PDO kann 50 bis 99 Gew.%, bevorzugt 60 bis 95 Gew.%, mehr bevorzugt 70 bis 90 Gew.% in bezug auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung ausmachen.
Weiterhin kann die erfindungsgemäß verwendete Zusammensetzung Propylenglykol enthalten. Das zuletzt genannte kann synthetischen oder pflanzlichen Ursprungs sein (das heißt es wird erhalten von pflanzlichen Ausgangsmaterialien). Im zuletzt genannten Fall, der bevorzugt ist, kann das Propylenglykol insbesondere durch Hydrogenolyse von Sorbit oder pflanzlichem Glycerol erhalten werden (New ans Future Developments in Catalysis: Catalytic Biomass Chemistry – S. Suib, Herausgeber/Elsevir – 2013, S. 13–17) oder durch Hydrierung von pflanzlicher Milchsäure (J. Van Haveren et al. Bulk Chemicals from Biomass, BioFPR, 1. November 2007, S. 41–57).
Das Glycerin aus Bioquelle, das zur Erzeugung von Propylenglykol verwendet wird, kann tierischen oder pflanzlichen Ursprungs, bevorzugt pflanzlichen Ursprungs, sein. Pflanzliches Glycerin stammt von der (sauren oder basischen) Hydrolyse von Pflanzenölen oder deren Alkoholyse (Umesterung). Diese Öle gehören auf nicht beschränkende Weise zu der Gruppe von Ölen von Sojabohnen, Palm, Palmkernöl, Copra, Rapssamen, Sonnenblumen, Maissamen, Baumwollsamen, Oliven, Sesam, Reiskleie, Leinsamen, Rizinussamen, Avocado, Erdnuß, Safflor, Traubenkern oder Pninienöl (Tallöl). Es ist bevorzugt, Glycerin zu verwenden, das von nicht-genetisch modifizierten Pflanzevarietäten stammt, wie Palm, Rapssamen, Sonnenblumensamen oder Copraöl.
Das Sorbit oder Milchsäure von Bioquelle, das/die zur Erzeugung von Propylenglykol pflanzlichen Ursprungs verwendet wird, stammt im allgemeinen von Zucker-erzeugenden oder Amylose-Pflanzen ab, wie Zuckerrohr, Mais, Weizen, Kartoffel, Zuckerrübe, Reis oder Sorghum. Es ist bevorzugt, Sorbit oder Milchsäure zu verwenden, die von nicht-genetisch modifizierten Pflanzenvarietäten stammen wie Zuckerrohr oder -rübe. Noch besser wird das Sorbit oder die Milchsäure erhalten von Nicht-Nahrungsmittel-Lignocellulose-Biomassen wie Holz, Stroh, Palmbündel, Bagasse und Kolben von nicht-genetisch modifiziertem Mais.
Es ist zu beachten, daß die oben erwähnten Verfahren ermöglichen, nicht nur Propylenglykol zu erhalten, sondern ebenfalls PDO als Nebenprodukt, wobei die Gehalte davon durch angemessene Auswahl der Reaktionsbedingungen eingestellt werden können (Nur Dyana bt Saar-Dissertation, eingereicht in teilweiser Erfüllung der Erfordernisse für den Bachelor von Engineering (Hons) Chemical Engineering, Universiti Tekonologi PETRONAS, Mai 2013).
Das Propylenglykol kann 2 bis 50 Gew.%, bevorzugt 10 bis 40 Gew.%, mehr bevorzugt 20 bis 30 Gew.% in bezug auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung ausmachen.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, daß die Zusammensetzung, die als E-Flüssigkeit verwendet wird, wenig oder kein Glycerin enthält, das heißt daß sie von 0 bis 40 Gew.% Glycerin, bevorzugt 0 bis 20 Gew.%, zum Beispiel 0 bis 5 Gew.% oder von 5 bis 20 Gew.% Glycerin enthält. Tatsächlich wurde beobachtet, wie oben angegeben, daß die Abwesenheit von Glycerin es ermöglicht, die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten während der Erwärmung von Glycerin zu verhindern. Es wurde spezifisch beobachtet, daß bei der Temperatur, die durch den Resistor einer elektronischen Zigarette erreicht wird, Glycerin sich in Acrolein zersetzte (Cordoba et al., Proceedings von COBEM 2011 – 21st Brazilian Congress of Mechanical Engineering, 24.–28. Oktober 2011, Natal, RN, Brazil Metzger Brian; Glycerol Combustion – Dissertation of the University of North Carolina, 1. August 2007), eine sehr toxische Verbindung bei sehr niedriger Konzentration (Goniewicz et al., Levels of Selected Carcinogens and Toxicants in Vapour from Electronic Cigarettes – TC Online First, veröffentlicht am 6. März 2013 unter 10.1136/tobaccocontrol-2012-050859). Vollständig überraschend wurde auch beobachtet, daß die Abwesenheit von Glycerin es ermöglicht, die Erhöhung der Dampfdichte und der aromatischen Leistung der elektronischen Zigarette deutlich zu erhöhen. Vorteilhafterweise ist, falls vorhanden, das Glycerin pflanzlichen Ursprungs und durch die oben beschriebenen Verfahren erhalten.
Mit Ausnahme der obigen Bestandteile kann die Zusammensetzung, die erfindungsgemäß verwendet wird, zusätzlich zumindest eine Verbindung enthalten, ausgewählt aus Nicotin, einem Nicotin-Substitut (typischerweise ein Molekül, das nicht süchtig macht, aber eine sensorische Wirkung entfaltet, die ähnlich ist wie die von Nicotin) und einem Aroma.
Das Nicotin kann synthetischen oder pflanzlichen Ursprungs sein und es muß bevorzugt die Reinheitskriterien erfüllen, die im anwendbaren Amerikanischen Arzneibuch (USP) und im Europäischen Arzneibuch (EP) beschrieben sind. Es kann ebenfalls insbesondere von Tabakblättern extrahiert oder durch chemische Synthese erhalten werden. Die Konzentration an Nicotin in der Zusammensetzung gemäß dieser Erfindung kann im Bereich von 0 bis 50 mg/ml, bevorzugt 2 bis 20 mg/ml liegen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat die erfindungsgemäß verwendete Zusammensetzung einen Aromagehalt von weniger als 10 Gew.%.
Die Aromastoffe können ebenfalls Aromastoffe pflanzlichen oder synthetischen Ursprungs sein wie solche, die auf dem Nahrungsmittel- und/oder pharmazeutischen Gebiet bekannt sind, insbesondere solche, die in EU-Regulierung Nr. 872/2012 vom 1. Oktober 2012 und dem anwendbaren Amerikanischen Arzneibuch (USP) und dem Europäischen Arzneibuch (EP) aufgelistet sind. Die Konzentration von Aromastoffen kann im Bereich von 0 bis 30 Gew.%, bevorzugt 1 bis 8 Gew.%, mehr bevorzugt von 2 bis 5 Gew.% in bezug auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung liegen.
Die erfindungsgemäß verwendete Zusammensetzung kann ebenfalls Wasser und/oder einen Alkohol wie Ethylen und/oder zumindest einen Farbstoff enthalten. Das Wasser und der Alkohol können jeweils in einer Menge von 0 bis 20 Gew.%, bevorzugt 1 bis 10 Gew.% in bezug auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung vorhanden sein. Die Farbstoffe können Farbstoffe pflanzlichen oder synthetischen Ursprungs sein, wie solche, die auf dem Nahrungsmittel- und/oder pharmazeutischen Gebiet bekannt sind, und insbesondere solche, die in der EU-Regulierung Nr. 1331/2008 und im anwendbaren Amerikanischen Arzneibuch (USP) und Europäischen Arzneibuch (EP) aufgelistet sind. Die Konzentration von Aromastoffen kann im Bereich von 0 bis 30 Gew.%, bevorzugt 1 bis 8 Gew.%, mehr bevorzugt 2 bis 5 Gew.% in bezug auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung vorliegen.
Jedoch ist es erfindungsgemäß bevorzugt, daß die Zusammensetzung kein Ethanol und/oder Wasser enthält, mit Ausnahme von Wasser, das wahlweise in den Ausgangsmaterialien der Zusammensetzung enthalten ist. Tatsächlich kann Wasser die Entwicklung von pathogenen Mikroorganismen mikrobiellen Ursprungs fördern, und dessen Verwendung erfordert im allgemeinen die Verwendung von Konservierungsmitteln oder Sterilisations-Mikrofiltration. Die Zugabe von Wasser zu den E-Flüssigkeiten induziert eine Umwandlung von Nicotin-Base in protoniertes Nicotin. Gegenwärtig ist dem Fachmann bekannt, daß die protonierte Form von Nicotin deutlich weniger bioassimilierbar ist und folglich weniger süchtig macht als die Nicotin-Base. Somit ermöglicht 1,3-Propandiol die Formulierung von hoch-fluiden E-Flüssigkeiten, ohne daß man Wasser, gereinigt durch Umkehrosmose, zugeben muß, um E-Flüssigkeiten zu formulieren, bei denen Nicotin in einer Basenform und in der hoch-bioverfügbaren Form vorhanden ist, was deutlich die Steuerung der Abgabe von Nicotin, insbesondere während der Rauchbeendigung verbessert.
Vorteilhafterweise hat die Zusammensetzung dieser Erfindung eine kinematische Viskosität bei 20°C von weniger als 200 mPa·s, bevorzugt weniger als 100 mPa·s, mehr bevorzugt weniger als 75 mPa·s und noch besser weniger als 60 mPa·s, wobei die Viskosität größer als 30 mPa·s, bevorzugt größer als 40 mPa·s und noch besser größer als 50 mPa·s ist.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine elektronische Zigarette, umfassend die Verbindung wie oben beschrieben. Die Zusammensetzung ist im allgemeinen in einem Gehäuse angeordnet, das fest mit einem Behälter verbunden ist, der ein elektrisches Zuführsystem beinhaltet, das an eine Vorrichtung zum Atomisieren der Zusammensetzung gebunden ist.
Sie betrifft ebenfalls die Verwendung von 1,3-Propandiol in einer elektronischen Zigarettenflüssigkeit, die Nicotin enthalten kann oder nicht, zur Verbesserung des Halsgefühls, das durch einen Verwender der Flüssigkeit empfunden wird, und/oder der Leichtigkeit der Inhalation des durch diese Flüssigkeit erzeugten Dampfes.
Sie betrifft ebenfalls die Verwendung von 1,3-Propandiol, wahlweise in der Gegenwart von Glycerin, in einer elektronischen Zigarettenflüssigkeit, um die aromatische Leistung zu verstärken.
Weiterhin betrifft sie ebenfalls die Verwendung von 1,3-Propandiol, wahlweise in der Gegenwart von Glycerin, in einer elektronischen Zigarettenflüssigkeit, um die Bildung von Co-Produkten der Thermolyse zu begrenzen oder zu eliminieren.
Sie betrifft auch die Verwendung von 1,3-Propandiol in einer elektronischen Zigarettenflüssigkeit, umfassend Nicotin, um die Bioverfügbarkeit von Nicotin zu verbessern.
Schließlich betrifft sie die Verwendung von 1,3-Propandiol, wahlweise in der Gegenwart von Glycerin in einer elektronischen Zigarettenflüssigkeit, die Nicotin enthält, um das Nicotin auf konsistente Weise abzugeben.
Diese Erfindung wird nachfolgend besser unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele verstanden, die lediglich zur Erläuterung angegeben werden und den Umfang dieser Erfindung, der durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, nicht beschränken sollen.
Beispiele
Beispiel 1 (Vergleich): Herstellung und Analyse einer Zusammensetzung auf der Basis von Propylenglykol pflanzlichen Ursprungs
In einen Glasmischer, versehen mit einem mechanischen Rührer, werden genau 10,00 kg Propylenglykol pflanzlichen Ursprungs (Rapssamen) (verkauft von der Firma Oléon unter der Bezeichnung Radianol^® 4710, USP Parmakopöa-Grad), 1,00 kg pflanzliches Glycerin (verkauft von der Firma Oléon unter der Bezeichnung Glycérine 4810, USP und EP-Pharmakopöa-Grad), 450,0 g Apfelfruchtaroma (verkauft von der Firma Safisis unter der Bezeichnung PT 128) und 114,50 g pflanzliches Nicotin (verkauft von der Firma Nicobrand unter der Bezeichnung Nicotine Free Base, pharmazeutischer Grad von Nicotin > 99%) vermischt. Das Rühren der Mischung (50 Upm) wird 20 Minuten aufrechterhalten. Eine 500 g-Probe wird zur Analyse gesammelt.
Die Mischung wurde durch Gaschromatographie analysiert, gekuppelt an die Massenspektrometrie, entsprechend dem Verfahren analysiert, das in der Veröffentlichung von Cao et al. (Cao LX, Corriveau J. An isotope dilution headspace method with gas chromatography-mass spectrometry for determination of propylene oxid in food. Food Addit Contam Part A Chem Anal Control Expo Risk Assess. 2009 Apr.; 26 (4): 482–6) beschrieben ist.
Gleichzeitig wird die Analyse fortgesetzt, zur Bestimmung des Gehaltes von Kohlenstoff aus der Biomasse entsprechend dem Verfahren von ASTM D6866-12.
Ergebnisse
Unter den Bedingungen der Analyse (Empfindlichkeit 0,5 ng/g) wird keine Spur von Propylenoxid oder von Di- und Tripropylenglykolen ermittelt.
Der Gehalt von Kohlenstoff aus Bioquelle dieser Mischung ist 99,8%.
Beispiel 2: Herstellung und Analyse einer Zusammensetzung auf PDO-Basis
Die verwendete Vorgehensweise ist identisch zu Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß das Propylenglykol pflanzlichen Ursprungs durch 1,3-Propandiol ersetzt wird, erhalten von der Firma DuPont & Date & Lyle LLC unter dem Namen Zemea^® Propandiol.
Ergebnisse
Gemäß den Analyseergebnissen (Empfindlichkeit 0,5 ng/g) wird keine Spur von Propylenoxid oder Di- und Tripropylenglykolen ermittelt.
Der Gehalt von Kohlenstoff aus Bioquelle der Mischung ist gleich 99,7%.
Beispiel 3 (Vergleich): Herstellung und Analyse einer Zusammensetzung auf der Basis von synthetischem Propylenglykol
Der verwendete Vorgang ist identisch zu dem von Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß das Propylenglykol pflanzlichen Ursprungs durch synthetisches Propylenglykol ersetzt wird, erhalten von der Firma Dow unter der Bezeichnung Dow^® Propylene glycol, USP-Grad.
Ergebnisse:
Gemäß den Analysebedingungen (Empfindlichkeit 0,5 ng/g) wurde keine Spur von Di- und Tripropylenglykolen ermittelt. Auf der anderen Seite ist der Gehalt an freiem Propylenoxid 2,5 mg/kg.
Der Gehalt an Kohlenstoff aus Bioquelle der Mischung ist 9,2%.
Diese Ergebnisse zeigen, daß das synthetische Propylenglykol unerwünschte Verunreinigungen enthält, die im PDO pflanzlichen Ursprungs nicht enthalten sind, wie in Beispiel 2 erläutert ist.
Beispiel 4: Herstellung und Analyse einer Glycerin-freien Zusammensetzung
Der verwendete Vorgang ist identisch zu dem von Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß das Propylenglykol und Glycerin pflanzlichen Ursprungs durch PDO pflanzlichen Ursprungs gemäß Beispiel 2 ersetzt wird.
Ergebnisse:
Gemäß den Analysebedingungen (Empfindlichkeit 0,5 ng/g) wird keine Spur von Propylenoxid oder Di- und Tripropylenglykolen ermittelt.
Der Gehalt an Kohlenstoff auf Bioquelle der Mischung ist 99,8%.
Beispiel 5: Auswertung der Wirksamkeit von verschiedenen E-Flüssigkeiten
Die Flüssigkeitszusammensetzungen, hergestellt in den Beispielen 1 bis 4, werden durch ein trainiertes Panel von 10 Personen bewertet, die eine Zigarette der Marke Joytech^TM und von Modell eCab^TM (Dezember 2013-Modell) hatten. Jedes Reservoir wird mit der gleichen Menge an E-Flüssigkeit (1 ml) gefüllt.
Unter Blindbedingungen führt jede Person einen Test auf der Basis von 8 aufeinanderfolgenden Zügen, die 20 Sekunden voneinander entfernt sind und jeweils durch Wärme für 2 Sekunden induziert sind, durch. Die Auswertung basiert auf der Bewertung der Kriterien der Dampfdichte und der Aromaleistung von einer Skala von 1 bis 10. Der Wechsel von einem Produkt zum anderen durch jede Versuchsperson wird wie folgt durchgeführt: 5 Minuten nach der letzten Inhalation spült die Versuchsperson den Mund mit 2 Gläsern Wasser jeweils mit 100 ml und trinkt dann 50 ml Wasser. Eine Testperiode von 10 Minuten trennt die Auswertungen.

Die erhaltenen Durchschnittswerte sind in der folgenden Tabelle angegeben:

Produkt	Dampfdichte (Bewertung 1 bis 10)	Aromatische Leistung (Bewertung 1 bis 10)
Beispiel 1	5,8 ± 1,3	5,7 ± 1,5
Beispiel 2	7,8 ± 1,2	7,9 ± 1,2
Beispiel 3	5,6 ± 1,4	5,4 ± 1,1
Beispiel 4	9,0 ± 1,3	8,9 ± 1,2

Es ist ersichtlich, daß das Propylenglykol pflanzlichen Ursprungs (Beispiel 1) im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie das synthetische Propylenglykol (Beispiel 3) aufweist. Auf der anderen Seite hat PDO (Beispiel 2) eine deutlich höhere Dampfdichte und aromatische Leistung, was weiter in der Abwesenheit von Glycerin (Beispiel 4) erhöht wird. Beim Vergleich zum synthetischen Propylenglykol ist es darüber hinaus möglich, E-Flüssigkeitszusammensetzungen zu erzeugen, die zu einer geringen Umweltbelastung und nicht zu unerwünschten Verunreinigungen führen wie Propylenglykol und dessen Derivaten, einschließlich Acrolein.
Beispiel 6: Einfluß der Natur des Lösungsmittels auf die Viskosität und Nicotinbasen-Konzentration in den E-Flüssigkeitsformulierungen
In einen Glasmischer, versehen mit einem mechanischen Rührer, werden genau 6,00 kg Propylenglykol pflanzlichen Ursprungs (Rapssamen) (verkauft von der Firma Oléon unter der Bezeichnung Radiano^® 4710, USP Pharmakopöa-Grad), 4,00 kg pflanzliches Glycerin (verkauft von Oléon unter der Bezeichnung Glycérine, 4810 USP und EP-Pharmakopöa-Grad) und 16,26 g pflanzliches Nicotin (verkauft von Nicobrand unter der Bezeichnung Nicotine Free Base, Pharmakopöa-Grad Nicotine > 99%) vermischt. Das Rühren der Mischung (50 Upm) wird 20 Minuten aufrechterhalten. Das Produkt A wird dann erhalten. Eine 200 g-Probe von A wird für die Analyse gesammelt.
Der gleiche Vorgang wie für das Produkt A wird angewandt, zur Herstellung des Produktes B, das einer Mischung entspricht, bestehend aus 5,50 kg Propylenglykol, 4,00 kg Glycerin, 50 g durch Umkehrosmose gereinigtem Wasser und 162,6 g Nicotin. Eine 200 g-Probe von B für die Analyse gesammelt.
Der gleiche Vorgang wie für das Produkt A wird durchgeführt, zur Herstellung des Produktes C, entsprechend einer Mischung, bestehend aus 9837,4 g 1,3-Propandiol, geliefert von der Firma DuPont & Tate & Lyle LLC unter dem Namen Zemea^® Propandiol und 162,6 g pflanzlichem Nicotin (verkauft von Nicobrand unter der Bezeichnung Nicotine > 99%). Eine 200 g-Probe von C wird für die Analyse gesammelt.
Schließlich besteht Produkt D nur aus 1,3-Propandiol, geliefert von der Firma DuPont & Tate & Lyle LLC unter der Bezeichnung Zemea^® Propanediol.
Dann wird die kinematische Viskosität der Produkte A, B, C und D gemessen.
Zusätzlich wird bei einer Avance Brucker-Braken-Analyse (500 MHz) ein Protonen-NMR (nuklearmagnetische Resonanz-Spektrum von den Produkten A, B, C und D aufgezeichnet, die zuvor in D₂O (deuteriertes Wasser) aufgelöst wurden. Der Zweck liegt in der Messung des Prozentsatzes von protoniertem Nicotin in den Produkten. Die Quantifizierung des Protonen-NMR wird auf der Basis einer Kalibrierungskurve durchgeführt, die den Bereich der Konzentration von protoniertem Nicotin zwischen 5 und 95% abdeckt.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben.

Produkt/Messung A B C D

Kinematische Viskosität bei 20°C, mPa·s 410,3 53,1 52,3 52,6

Konzentration des protonierten Nicotins, % 34 78 16 -
Aufgrund dieser Tests ist ersichtlich, daß das Produkt C auf der Basis von 1,3-Propandiol, bei dem keine Zugabe von Wasser, das durch Umkehrosmose gereinigt ist, durchgeführt wurde, eine sehr vorteilhafte Viskosität (< 60 mPa·s) aufwies, was sich in einer Fließfähigkeit reflektierte, die es leicht machte, ein Reservoir für eine elektronische Zigarette zu füllen.
Auf der anderen Seite hat das Produkt A eine sehr hohe Viskosität von mehr als 400 mPa·s. Diese Art von viskoser Lösung kann nicht als E-Flüssigkeit verwendet werden, weil sie nicht bei Umgebungstemperatur in den Körper des Reservoirs einer elektronischen Zigarette gegossen werden kann.
Im Vergleich hat aufgrund des Vorhandenseins von Wasser das Produkt B eine Fließfähigkeit, die ähnlich ist zu der in den Produkten C und D. Dies entspricht darüber hinaus den Lösungen, die gegenwärtig auf dem Markt der E-Flüssigkeiten erhältlich sind.
Folglich ist klar, daß 1,3-Propandiol es ermöglicht, auf sehr vorteilhafte Weise eine stark fluide E-Flüssigkeit herzustellen, ohne daß man Wasser, das durch Umkehrosmose gereinigt ist, zugeben muß, und somit ohne Konservierungsmittel und ohne Verwendung einer Sterilisierungsmikrofiltration.
Die Formulierung von E-Flüssigkeiten ohne Wasser sichert darüber hinaus 1,3-Propandiol die Abgabe von Nicotin in der Basenform (nicht protoniert) und somit in stark bioverfügbarer Form.
Beispiel 7: Einfluß der Natur des Lösungsmittels auf sensorische Eigenschaften der E-Flüssigkeit und Leichtigkeit der Inhalation von Dampf
Die E-Flüssigkeitszusammensetzungen B, C und D, hergestellt in Beispiel 6, werden ausgewertet durch ein trainiertes Panel von 40 Personen (männliches Geschlecht, Alter zwischen 25 und 49 Jahren), die eine Zigarette der Marke Joytech^TM von Modell eCab^TM (Dezember 2013-Modell) hatten. Jedes Reservoir wird mit der gleichen Menge an E-Flüssigkeit (1 ml) gefüllt.
Unter Blindbedingungen führt somit jede Versuchsperson einen Test auf der Basis von 8 aufeinanderfolgenden Zügen durch, die um 20 Sekunden beabstandet und jeweils durch Erwärmen für 2 Sekunden induziert sind. Der Wechsel von einem Produkt zum anderen wird durch jede Versuchsperson wie folgt durchgeführt: 5 Minuten nach der letzten Inhalation spült die Versuchsperson den Mund mit zwei Gläsern Wasser mit jeweils 100 ml und trinkt dann 50 ml Wasser. Eine Rastperiode von 10 Minuten trennt die Auswertung. Die Auswertung basiert auf den folgenden Kriterien in einer Skala von 1 bis 10:

1) Empfindlichkeit des Hals-Empfindens, das heißt der internen Wirkung beim Hals, das konventionell erhalten wird, wenn ein Raucher einen Zug einer Zigarette nimmt, was ebenfalls empfunden wird, wenn ein Benutzer der elektronischen Zigarette einen E-Flüssigkeits-reichen Dampf inhaliert,
2) Die Leichtigkeit der Inhalation des Dampfes der E-Flüssigkeit.

Die Durchschnittswerte sind in der folgenden Tabelle angegeben:

Produkt	Empfindlichkeit am Hals (Grad 1 bis 10)	Leichtigkeit beim Inhalieren (Grad 1 bis 10)
Produkt B	6,2 ± 1,2	6,9 ± 1,4
Produkt C	8,9 ± 0,9	7,9 ± 1,1
Produkt D	8,1 ± 1,1	8,1 ± 1,2

Es ist ersichtlich, daß das 1,3-Propandiol, das mit dem Nicotin (Produkt C) assoziiert ist, eine Empfindlichkeit beim Hals induziert, die besser ist als die eines konventionellen Produktes, bestehend aus Glycerin, Propylenglykol, Wasser und Nicotin (Produkt B). Schließlich ist es von großem Interesse, zu betonen, daß in der Abwesenheit von Nicotin 1,3-Propandiol alleine (Produkt D) eine signifikante Empfindung am Hals verursacht, die signifikant besser ist als die von Produkt B.
In bezug auf die Leichtigkeit des Inhalierens des induzierten Dampfes wird ebenfalls festgestellt, daß die E-Flüssigkeiten C und D besser sind gegenüber Produkt B.
Beispiel 8: Geruchs- und Geschmacksauswertung der Formulierungen auf Basis von 1,3-Propandiol mit oder ohne Nicotin und frei von Glycerin
Eine Formulierung, basierend auf Nicotin und 1,3-Propandiol, umfassend 15 mg/ml Nicotin, wird hergestellt. Diese Formulierung, ebenso wie eine Formulierung mit 1,3-Propandiol, werden unter Blindbedingungen einer Geruchsbewertung durch einen Önologen-Experten, der sich bezüglich der Geschmacks- und Geruchscharakterisierung von Soft-Drinks und alkoholischen Getränken spezialisiert, unterworfen. Die Auswertung umfaßt mehrere unterschiedliche Techniken wie jene, die im Kontext von Auswertungen der am meisten trinkbaren Alkohole angewandt werden.
– Phase 1: Abschmecken durch den Mund in einem neutralen Tulpenglas
In einer ersten Phase wurden die beiden Produkte in einem Tulpenglas getestet, das konventionell zum Abschmecken von Cognac verwendet wird. Während dieser Auswertung werden die Noten, die als Note vom ersten Beschnuppern bezeichnet werden, und die Noten, die danach auftreten, für jedes Produkt aufgezeichnet. Dann erfolgt eine Schlußfolgerung mit einer Auswertung der Noten, die in dem leeren Glas vorhanden sind.
Praktisch gesprochen wird jedes Produkt im Glas gelassen. Erster Schritt: das Produkt wird in das Glas gegossen und dann erfolgt eine Geruchsprobe. Zweiter Schritt: das Glas wird mit einem neutralen Papier bedeckt und an dem Glas wird 12 Stunden später nach Stehenlassen gerochen. Dritter Schritt: das Papier wird von dem Glas für zwei Tage entfernt (dieser Schritt wird durchgeführt beim Testen von Brandy zur Beobachtung des Abbaus, der mit dem Eindringen von Luft verbunden ist, die im allgemeinen zum Abbau führt).
– Phase 2: Riechen in der hohlen Hand
Das Produkt, das getestet werden soll, wird in die hohle Hand gegeben. Vor dieser Phase werden die Hände mit entmineralisiertem Wasser gespült, so daß sie keinen wiederauftretenden Geschmack aufweisen (Geruch der Haut, seifiger Geruch, assoziiert mit einem konventionellen Waschen oder Spülen mit Leitungswasser mit seiner Bleichnote). Dann wird an dem Produkt gerochen und in einem zweiten Schritt wird das Produkt durch eine Massagewirkung in der hohlen Hand erwärmt.
– Phase 3: Riechen an der Fingerspitze und Schmecken durch den Mund
Ein großer Tropfen eines jeden Produktes wird auf den Finger gegeben und dann auf die Zunge. Während dieser Arbeitsphase werden wichtige Nuancen vom geschmacklichen Standpunkt her beobachtet. Dieser wichtige Schritt ermöglicht die korrekte Charakterisierung des Produkte.
– Phase 4: Probieren der Aerosole von der Verdampfung der Produkte unter Verwendung einer elektronischen Zigarette
Das verwendete Material erfüllt die folgenden Eigenschaften:

– BCC Clearomizer, versehen mit einem 2,2 Ohm-Resistor
– Batterie mit variabler Spannung, eingestellt auf 3,2 V,
– abgegebene Leistung 5,7 Watt.

Jedes Produkt wird in einem neuen ”Clearomizer” getestet. In einem ersten Schritt treten die angenehmen Noten auf und dann anschließend die Zersetzungsnoten. Dann werden in einem zweiten Schritt die Empfindungen, insbesondere Gourmet und angenehme Empfindungen beobachtet. Schließlich wurden die Variationen während der Vaping-Phase ebenfalls beobachtet, insbesondere zum Messen, ob während der unterschiedlichen Inhalationsphasen Unterschiede auftreten, insbesondere mit einem Blick auf die Messung eines möglichen Abbaus der Produkte während des Erwärmens.
Die Ergebnisse sind unten in der Tabelle zusammengefaßt.
Schlußfolgerungen:
Die geschmacklichen Auswertungstests, durchgeführt unter Blindbedingungen, führten zu folgenden Punkten:

– Hauptunterschiede treten mit dem gleichen Produkt in Abhängigkeit von der Probierart (Nase, Mund oder Vaping) auf;
– während 1,3-Propandiol ziemlich weich und rund im Mund ist, wird es während des Vapings bitter;
– während die Addition von Nicotin zu 1,3-Propandiol bei einem Gehalt von 15 mg/ml durch die Nase nicht ermittelt wird, sind die Noten, die im Mund und während des Vapings gegeben werden, auf der anderen Seite völlig verschieden von jenen, die mit 1,3-Propandiol ohne Nicotin-Addition beobachtet werden.
– unabhängig von der Formulierung, mit oder ohne der Nicotin-Addition, ermöglichen es die Noten, ermittelt durch die Nase oder den Mund, nicht, die Kernkopfnoten vorherzusagen, die während des Vapings des Produktes ermittelt werden.

Beispiel 9: Auswertung der thermischen Stabilität der Formulierungen auf der Basis von 1,3-Propandiol mit oder ohne Nicotin und ohne Glycerin
Im Kontext dieser Tests wurde die thermische Stabilität von Propylenglykol, von Glycerin, von 1,3-Propandiol, von Nicotin und von deren Mischung (Formulierung mit 15 mg/ml Nicotin) bewertet. Die Stabilität der Produkte und die mögliche Interaktion zwischen Nicotin und 1,3-Propandiol wurden durch thermogravimetrische Analyse (TGA) und Differential-Thermoanalyse (DTA) bei einer Q600-TA-Instrumentenanlage bewertet. Die thermogravimetrische Analyse ist ein thermisches Analyseverfahren, bei dem die Änderungen der physikalischen und chemischen Eigenschaften der Materialien als Funktion der Temperatur gemessen werden. TGA kann eine Information bezüglich der physikalischen Phänomene wie Verdampfung oder Verbrennung ergeben.
Gleichermaßen kann man eine Information bezüglich chemischer Phänomene wie Dehydratisierung oder Zersetzung erhalten. Bei der Differentialthermoanalyse (DTA) werden das zu untersuchende Material und ein inertes Referenzmaterial den identischen thermischen Zyklen ausgesetzt. Während der Analyse wird der Unterschied der Temperatur zwischen der Probe und dem Referenzmaterial aufgezeichnet. Diese Unterschiede bei den Temperaturen, die gegenüber der Zeit in bezug auf das inerte Referenzmaterial aufgezeichnet sind, ergeben Informationen bezüglich der exothermen oder endothermen thermischen Phänomene, die die Probe eingeht. Durch Integration der Wärmeflußkurve ergibt die DTA-Analyse die sogenannten endothermen Enthalpiewerte, wenn es eine Energieabsorption gibt, oder die sogenannten exothermen Enthalpiewerte, wenn die Energie in der Form von Wärme freigesetzt wird. Der endotherme Charakter hängt mit einer Änderung des Zustandes der Verbindung (zum Beispiel Verdampfung) zusammen, während der exotherme Charakter durch Zersetzungsreaktionen oder intra- und intermolekulare chemische Reaktionen induziert wird.
Das thermogravimetrische Analysegerät Q600 von TA INSTRUMENT wurde zur gemeinsamen Ermittlung der Verdampfungstemperaturen der Produkte, der Enthalpiewerte und des Gehaltes der Produkte, die bei 350°C nicht verdampft vorlagen, verwendet. Die Analysebedingungen sind wie folgt:

– Testprobe: 50 mg
– Offener Tiegel unter Luftfluß; 100 ml/min
– Erwärmungsrate: 10°C/min
– Temperaturbereich: 25 bis 350°C (Temperaturbedingungen repräsentativ für normale Verwendung und Gebrauch einer elektronischen Zigarette). Zwischen den Analysen wird die Anlage durch Erwärmen bei 600°C unter Luftfluß gereinigt, um irgendeine Spur von nicht-verdampftem Rest, der sich auf dem Ziegel niedergeschlagen hat, den Armen der Skala oder den Wänden des Ofens zu eliminieren.

Die erhaltenen Ergebnisse sind unten in der Tabelle gezeigt:

Produkt	DTA-Verdampfungstemperatur (°C) (1)	DTA-Transformationstemperatur (°C) (2)	DTA-Rest, nicht verdampft bei 250°C (%)
Glycerin	260	ND	27,3
Propylenglykol	174	ND	ND
1,3-Propandiol	189	ND	ND
Nicotin	190	ND	1,08
1,3-Propandiol + Nicotin 15 mg/ml	202	ND	ND

(1) Endothermer Peak
(2) Exothermer Peak (Reaktion und/oder Zersetzung)

Schlußfolgerungen:

– Glycerin verdampft bei 260°C mit 27,3%iger Bildung von nicht-identifizierten Resten (die sich auf ein Produkt der thermischen Zusammensetzung beziehen können);
– Propylenglykol verdampft bei einer Temperatur von 170°C ohne irgendeine thermische Zersetzung;
– 1,3-Propandiol verdampft bei einer Temperatur von 189°C ohne jegliche thermische Zersetzung;
– Nicotin verdampft bei einer Temperatur von 190°C, unter Erzeugung eines Restes nach Verdampfung von 1,08%, verbunden mit dem Vorhandensein einer nicht-verdampfbaren schweren Verbindung im Nicotin;
– in einer Mischung verdampfen 1,3-Propandiol und Nicotin gleichzeitig bei 202°C (ein einzelner Verdampfungs-Peak, beobachtet im DTA), ohne daß eine Zersetzung erfolgt und/oder ohne Reaktion miteinander.

Man beobachtet deutlich, daß die gesamte Verdampfungstemperatur von Glycerin deutlich entfernt ist von der von Nicotin. Auf gleiche Weise ist die Verdampfungstemperatur von Propylenglykol 16°C niedriger als die von Nicotin.
Im Gegensatz dazu sind die Verdampfungstemperaturen von 1,3-Propandiol und Nicotin, die alleine berücksichtigt werden, nahezu äquivalent. Folglich ist eine Formulierung auf der Basis von 1,3-Propandiol und Nicotin perfekt geeignet zum Sicherstellen einer konsistenten Abgabe von Nicotin in Aerosolform im Gegensatz zu Formulierungen auf Basis von Glycerin oder Propylenglykol oder deren Mischung.
Schließlich ist 1,3-Propandiol ein thermisch stabiles Lösungsmittel von Nicotin, das ohne Interaktion mit Nicotin verdampft.
Somit beweist die thermische Stabilisierung von 1,3-Propandiol ebenso wie die Abwesenheit der Reaktion bei Erwärmung mit Nicotin Vorteile als Formulierungsbase für Flüssigkeiten, die für Personal-Verdampfer beabsichtigt sind.
Beispiel 10 (Vergleich): Bewertung der Stabilisierung von Nicotin in Nicotin-Basisform durch ¹H-NMR
Es wird deutlich in der Literatur bewiesen, daß die hauptsächlich verdampfbare Form von Nicotin die Nicotin-Basenform ist, das heißt nicht-protoniertes Nicotin. Tatsächlich ist Nicotin ein Molekül, das für Säure-Base-Bedingungen der Umgebung sehr empfindlich ist. Bei einem sauren bis neutralen pH ist es somit in einer oder mehreren protonierten Formen vorhanden, die schwierig zu verdampfen sind. Bei einem basischen pH ist im Gegensatz dazu Nicotin in der Basenform stabilisiert, die leicht zu verdampfen ist und somit besser geeignet ist für die Verabreichung in Aerosolform.
Somit wurde bei diesem Test die Stabilisierung von Nicotin durch Vergleich einer Formulierung mit Nicotin-Addition, die gegenwärtig auf dem Markt ist, das heißt formuliert als Mischung aus Propylenglykol und Glycerin mit einer Formulierung auf Basis von 1,3-Propandiol bewertet.
Das verwendete Verfahren basiert auf der Verwendung der Analyse durch kernmagnetische Resonanzspektroskopie (¹H-NMR). Diese Technik ermöglicht die Identifizierung der Wasserstoffatome in einem Molekül. Die erhaltenen Signale hängen teilweise von der Umgebung, in der sich die zu berücksichtigenden Wasserstoffatome befinden, ab. Somit wurde diese Technik früher durch Chemiker verwendet, um die Matrizes, umfassend Nicotin, insbesondere Tabak, zu identifizieren. Diese Studien waren immer auf einen Bereich der Protonen des Pyrrolidin-Rings von Nicotin fokussiert, insbesondere der Methyl-Gruppe. Im NMR erzeugt die zuletzt genannte ein charakteristisches Signal, dessen chemische Verschiebung vom sauren oder basischen pH der Formulierung abhängt. In diesen Test wurde die Auswertung auf andere Wasserstoffatome, die für Nicotin charakteristisch sind, ausgedehnt und deren chemische Verschiebungen ebenfalls vom pH abhängen: in diesem Beispiel die 3 Wasserstoffatome der Methyl-Gruppe, die 3 Wasserstoffatome der Pyrrolidin-Gruppe (Figur 1, a, b, c) und die 4 Wasserstoffatome des Pyridin-Rings (Figur 1, d, e, f, g).
Figur 1: Ziel-Wasserstoffatome von Nicotin
Die NMR-Analysen wurden unter Verwendung einer 400 MgHz-BRUKER-Spektrometers (Ultrashield Plus magnet) mit einer Avance III-Konsole und einer BBOF-Probe (breite Bande + Fluor) durchgeführt.
In einem ersten Schritt wurde eine Kalibrierung zum Messen der chemischen Verschiebungen der Ziel-Wasserstoffatome von Nicotin-Lösungen bei unterschiedlichen pH zwischen 1 und 10 durchgeführt. Zu diesem Zweck werden gepufferte deuterierte Lösungen (D₂O) von Nicotin 0,5 mg/ml verwendet. Für diesen Zweck wurden 0,5 ml der Lösung mit zugesetztem Nicotin in ein NMR-Rohr gegeben, zu dem 0,2 ml Pufferlösung (pH 1 = HCl, pH 7 = Phosphat, andere pHs = Citrat) gegeben werden. Die Kalibrierung ermöglicht die Bestimmung der chemischen Verschiebungen der Ziel-Wasserstoffatome über dem gesamten pH-Bereich.
Dann wird die NMR-Analyse der folgenden beiden Formulierungen durchgeführt:

– Formulierung A: 1,3-Propandiol (98,2%) + Nicotin (1,8%)
– Formulierung B: Propylenglykol (53,3%) + Glycerin (40%) + Wasser (4,9%) + Nicotin (1,8%)

Die erhaltenen Ergebnisse sind unten in der Tabelle zusammengefaßt:
Schlußfolgerungen:
Es ist deutlich ersichtlich, daß Nicotin, formuliert in 1,3-Propandiol, chemische Verschiebungen präsentiert, die nahezu identisch zu jenen von Nicotin bei pH 10 sind, das heißt Nicotin in nicht-protonierter Nicotin-Basenform.

– Formuliert in Propylenglykol und Glycerin ist Nicotin in einer Umgebung, bei der der pH weniger als 8 oder zwischen 7 und 8 ist. Folglich co-existieren bei diesem pH die Nicotin-Base und monoprotonierte Nicotin-Formen.
– Folglich ist Nicotin, formuliert in 1,3-Propandiol, im wesentlichen in der meisten verdampfbaren Form vorhanden und folglich in der Form, die am leichtesten durch einen Persolan-Vaporisator abgegeben wird.

Beispiel 11 (Vergleich): Auswertung der aromatischen Leistung und der Empfindung beim Hals von Formulierungen mit Aroma und Nicotin-Addition, die auf 1,3-Propandiol oder auf Propylenglykol basieren
Zwei Formulierungen mit den folgenden Eigenschaften werden hergestellt:
– Formulierung A:

1,3-Propandiol: 93,5%
Minzaroma, zugeführt von der Firma Charabot unter der Bezeichnung ”Menthe Green” (Referenz 8711347): 5%
USP-Nicotin, zugeführt von der Firma Alchem: 1,5%

– Formulierung B:

Propylenglykol (synthetisch): 93,5%
Minzgeschmack, zugeführt von der Firma Charabot unter der Bezeichnung ”Menthe Green” (Referenz 8711347): 5%
USP-Nicotin, zugeführt von der Firma Alchem: 1,5%

Die E-Flüssigkeitszusammensetzungen A und B werden durch ein trainiertes Panel von 20 Personen (männliches Geschlecht, Alter zwischen 25 und 49 Jahren), die eine elektronische Zigarette hatten, bestehend aus i) einem Reservoir-Atomisator der Marke Aspire^TM, Modell Nautilus (Reservoir-Automisator: Pyrex-Reservoir in Kombination mit einem 1,6 Ohm-BDC-Atomisator, Lufteinlaß mit variablem Durchmesser 0,9/1,1/1,4/1,8 mm) und ii) einer Batterie der Marke Eleaf^TM, Modell iStick (Kapazität 2200 mA/h) und variabler Spannung (3,0 bis 5,0 V). Im Kontext des Tests waren die Verwendungsbedingungen wie folgt:

– Formulierungsvolumen: 2 ml
– Spannung: 3,5 V
– Lufteinlaßdurchmesser: 1,4 mm

Unter Blindbedingungen führt jede Versuchsperson einen Test auf der Basis von 3 Serien von Zügen, die eine Minute beabstandet sind, durch, bestehend aus 4 aufeinanderfolgenden Zügen, die um 5 Sekunden beabstandet sind und jeweils induziert durch Erwärmen für 2 Sekunden. Die Auswertung basiert auf der Bewertung mit einer Skala von 1 bis 10 von den Kriterien der aromatischen Leistung und der empfundenen Halsempfindlichkeit. Der Wechsel von einem Produkt zu dem anderen wird von jeder Versuchsperson wie folgt durchgeführt: 5 Minuten nach der letzten Inhalation spült die Versuchsperson den Mund mit 2 Gläsern Wasser mit jeweils 100 ml und trinkt dann 50 ml Wasser. Eine Restperiode von 10 Minuten trennt die Auswertungen, Die auszuwertenden Hauptpunkte sind:

1) Empfindlichkeit am Hals, das heißt die Wirkung des internen Brennens im Hals, das konventionell erhalten wird, wenn ein Raucher einen Zug mit einer konventionellen Zigarette nimmt. Die Wirkung wird ebenfalls empfunden, wenn ein Benutzer einer elektronischen Zigarette ein nicotinreiches Aerosol inhaliert.
2) Die gefühlte aromatische Leistung, die die Intensität des freigesetzten und empfundenen Aromas reflektiert.

Die Durchschnittswerte sind unten in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.

Zusammensetzung Empfindlichkeit am Hals (Grad 1 bis 10) Gefühlte Geschmacksleistung (Grad 1 bis 10)

Formulierung A 8,8 ± 0,9 9,1 ± 0,8

Formulierung B 6,1 ± 1,1 6,5 ± 1,1
Schlußfolgerungen:

– Die Formulierung mit zugegebenem Nicotin, die auf 1,3-Propandiol basiert, erweist sich als deutlich ausgezeichnet bezüglich der Empfindlichkeit beim Hals und der aromatischen Leistung gegenüber einer Formulierung auf der Basis von Propylenglykol;
– Die Ergebnisse reflektieren die Tatsache, daß 1,3-Propandiol eine bessere Abgabe von Nicotin und eine Potenzierungswirkung der Aromastoffe hat. Somit ermöglicht 1,3-Propandiol im Hinblick auf die Sicherheit und die Kosten der Herstellung vorteilhafterweise, Formulierungen mit leichterem Aroma und Nicotin-Gehalten zu berücksichtigen.

Beispiel 12 (Vergleichsbeispiel): Auswertung der thermischen Stabilität der Zusammensetzungen mit zugegebenem Glycerin auf der Basis von 1,3-Propandiol oder Propylenglykol
Zur Auswertung der möglichen chemischen Interaktionen bei hoher Temperatur zwischen den unterschiedlichen Bestandteilen der Lösungsmittel der Formulierungen mit zugegebenem Nicotin wurde die thermische Stabilität von unterschiedlichen Mischungen auf der Basis von 1,3-Propandiol oder Propylenglykol mit variablem Glycerin-Gehalt durch DTA-TGA ausgewertet. Somit wurden diese Tests unter Bedingungen durchgeführt, die jenen von Beispiel 2 identisch sind.

Die erhaltenen Ergebnisse sind unten angegeben:

Formulierung (3)	DTA-Verdampfungstemperatur (°C) (1)	DTA-Transformationstemperatur (°C) (2)	TGA-Rest, nicht verdampft bei 350°C (%)
20% VG + 80% PG	162–209	301	0,65
40% VG + 60% PG	162–233	303	1,64
50% VG + 50% PG	166–239	304	0,85
60% VG + 40% PG	162–243	303	1,19
20% VG + 80% PDO	194	ND	0,01
40% VG + 60% PDO	192–235	ND	0,29
50% VG + 50% PDO	195–244	ND	0,15
60% VG + 40% PDO	203–247	ND	0,20

(1) Endothermer Peak
(2) Exothermer Peak (Reaktion und/oder Zersetzung)
(3) PG = Propylenglykol (synthetisch)
VG = pflanzliches Glycerin,
PDO = 1,3 Propandiol

Schlußfolgerungen:

– Mit Ausnahme der 20% VG – 40% PDO-Mischung führen alle Mischungen zu zwei unterschiedlichen Verdampfungs-Peaks, die der Verdampfung von Diol und Glycerin entsprechen.
– Die 20% VG – 40% PDO-Mischung führt zu einer gemeinsamen Verdampfung von 1,3-Propandiol und Glycerin, was einen Vorteil bezüglich der Homogenität des Aerosols, erzeugt durch die Mischung, darstellt.
– Alle Formulierungen auf Basis von Propylenglykol führen zu einem Auftreten von exothermen Peaks bei DTA, die charakteristisch sind für intermolekulare Reaktionen. Somit gibt es eine chemische Interaktion bei hoher Temperatur (303–304°C) zwischen den Bestandteilen der Formulierung. Die Ergebnisse sind ähnlich zu den Beobachtungen von Jensen et al. (R. Paul Jensen, B. D. Wentai Luo, J. Pankow, R. M. Strongin, D. H. Peyton. Hidden Formaldehyde in E-cigarettes Aerosols. New England Journal of Medicine, 372; 4, S. 392–393; 22. Januar 2015) und Bekki et al. (K. Bekki, S. Uchiyama, K. Ohta, Y. Inaba, H. Nakagome, N. Kunugita. Carbonyl Compounds Generated from Electronic Cigarettes, Int. J. Environ. Res. Public Health 2014, 11, 11192–11200), die die Bildung dieser Nebenprodukte erläutern. Tatsächlich führt die Thermolyse von Propylenglykol und Glycerin zur Bildung von flüchtigen Aldehyden wie Formaldehyd, Acetaldehyd und Acrolein, die in situ mit den Glykolen reagieren, die in den E-Flüssigkeiten (Propylenglykol und Glycerin) vorhanden sind, unter Bildung von schweren Verbindungen vom Acetal-Typ.
– Alle Formulierungen auf der Basis von Propylenglykol führen zum Vorhandensein von Resten, die bei 350°C nicht verdampfbar sind, entsprechend der Bildung von schweren Sekundärverbindungen, deren Gehalt zwischen 0,6 und 1,7% liegt.
– Im Gegensatz dazu führen alle Formulierungen auf der Basis von 1,3-Propandiol nicht zu exothermen Reaktionen. Die Bestandteile der Formulierungen sind somit bei hoher Temperatur stabil. Im Gegensatz zu Propylenglykol stabilisiert 1,3-Propandiol Glycerin.
– Die Formulierungen auf Basis von 1,3-Propandiol haben sehr niedrige Gehalte von Resten, die bei 350°C nicht verdampfbar sind, und zwar zwischen 0,01 und 0,3%.
– Ausgedrückt als thermische Stabilität sind die 1,3-Propandiol-Glycerin-Formulierungen im Gegensatz zu den Propylenglykol-Glycerin-Formulierungen stabil, die zu der Bildung von schweren Sekundärverbindungen führen. Es wird bemerkt, daß die thermische Stabilität der Formulierungen ein essentielles Erfordernis von Formulierungen ist, die für Personal-Verdampfer wichtig sind, um deren Sicherheit unter den Verwendungsbedingungen und dem Mißbrauch dieser Vorrichtungen zu garantieren.

Folglich zeigen diese Ergebnisse deutlich, daß die Formulierungen auf der Basis von 1,3-Propandiol, die mit Glycerin kombiniert sein können oder auch nicht, es ermöglichen, die Bildung von Sekundärprodukten wie schweren Verbindungen und flüchtigen toxischen Aldehyden (Acrolein, Formaldehyd, Acetaldehyd) durch Thermolyse zu verhindern.

Claims

Verwendung einer Zusammensetzung, umfassend 1,3-Propandiol und zumindest ein Additiv, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glycerin, Nicotin, Nicotin-Substitut und einem Aroma als elektronische Zigarettenflüssigkeit.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung von 0 bis 40 Gew.%, bevorzugt 0 bis 20 Gew.%, zum Beispiel 0 bis 5 Gew.% oder 5 bis 20 Gew.% Glycerin enthält.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung einen Aromagehalt von weniger als oder gleich 10 Gew.% hat.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung zusätzlich Propylenglykol enthält.
Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Propylenglykol von pflanzlichen Ausgangsmaterialien erhalten ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, das das 1,3-Propandiol von pflanzlichen Ausgangsmaterialien erhalten ist.
Flüssige Zusammensetzung für eine elektronische Zigarette, umfassend 1,3-Propandiol ebenso wie zumindest eine Verbindung, ausgewählt aus: Nicotin, einem Nicotin-Substitut und einem Aroma.
Zusammensetzung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie frei von Glycerin ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich Propylenglykol, bevorzugt pflanzlichen Ursprungs enthält.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das 1,3-Propandiol von pflanzlichen Ausgangsmaterialien erhalten ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie kein Wasser und/oder Ethanol enthält.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine kinematische Viskosität bei 20°C von weniger als 200 mPa·s, bevorzugt weniger als 100 mPa·s, mehr bevorzugt weniger als 75 mPa·s und noch besser weniger als 60 mPa·s hat, wobei die Viskosität größer als 30 mPa·s, bevorzugt größer als 40 mPa·s und noch besser größer als 50 mPa·s ist.
Elektronische Zigarette, umfassend eine Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 12.
Verwendung von 1,3-Propandiol in einer elektronischen Zigarettenflüssigkeit, die Nicotin enthält oder nicht, zur Verbesserung der Empfindung beim Hals, die von einem Verwender der Flüssigkeit empfunden wird, und/oder der Leichtigkeit der Inhalation von Dampf, erzeugt durch die Flüssigkeit.
Verwendung von 1,3-Propandiol, wahlweise in der Gegenwart von Glycerin, in einer elektronischen Zigarettenflüssigkeit, zur Verstärkung der aromatischen Leistung.
Verwendung von 1,3-Propandiol, wahlweise in der Gegenwart von Glycerin, in einer elektronischen Zigarettenflüssigkeit, zur Begrenzung oder Eliminierung der Bildung von Co-Produkten der Thermolyse.
Verwendung von 1,3-Propandiol in einer elektronischen Zigarettenflüssigkeit, umfassend Nicotin, zur Verbesserung der Bioverfügbarkeit des Nicotins.
Verwendung von 1,3-Propandiol, wahlweise in der Gegenwart von Glycerin, in einer elektronischen Zigarettenflüssigkeit, umfassend Nicotin, zur Abgabe des Nicotins auf konsistente Weise.