FI81950B - Tobaksprodukt med foerbaettrade medel foer avgivande av aromaemnen. - Google Patents

Description

, 81950

Tupakkatuote, jossa on parannetut välineet aromiaineiden vapauttamiseksi. - Tobaksprodukt med förbättrade medel för avgivande av aromämnen.

Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaisia tupakkatuotteita, joissa yleensä on polttoaine-elementti, fyysisesti erillinen aerosolin kehittämisväline, ja parannetut välineet yhden tai useamman haihtuvan aromiaineen vapauttamiseksi käyttäjälle. Tässä käytettynä termi "tupakkatuote" käsittää savukkeet, sikarit, piiput ja muut tupakkatuotteet, jotka kehittävät aerosoleja, kuten savua. Tarkemmin esillä oleva keksintö ensi sijassa koskee hiilitäytteistä arkkia, edullisesti tupakkaa sisältävää, jolloin arkkia käytetään ainakin osana sellaisten tuotteiden suukappaletta aromiaineiden säilyttämiseksi, erityisesti erittäin haihtuvien aromiaineiden, kuten mentolin säilyttämiseksi.

Savukkeet, sikarit ja piiput ovat suosituimpia muotoja tupakkatuotteiden polttamiseksi. Useita tupakkatuotteita ja -esineitä on vuosien saatossa esitetty parannuksena tai vaihtoehtona näille suosituille tupakkatuotteille, erityisesti savukkeille.

Monet ovat esimerkiksi ehdottaneet tupakan korvaavia tupakka-aineita. Ks. esimerkiksi US-patentti 4,079,742. Kaksi sellaista ainetta, Cytrel ja NSM, esitettiin Euroopassa 70-luvulla tupakan osittaisena korvikkeena, mutta ne eivät saavuttaneet mitään pitkäaikaista kaupallista menestystä.

Monet muut ovat ehdottaneet tupakkatuotteita, erityisesti savu-ketuotteita, jotka perustuvat aerosolin tai höyryn kehittämiseen. Ks. esimerkiksi tekniikan tasona esitettyjä US-patentissa 4,714,082.

Mitkään edellä mainitut tupakkatuotteet eivät tämän keksinnön tekijöiden tietäen ole milloinkaan saavuttaneet mitään kaupallista menestystä, eikä mitään niistä myöskään ole laajasti 2 81 950 markkinoitu. Sellaisten tupakkatuotteiden puuttuminen markkinoilta johtuu luultavasti useistakin syistä, ml. epätyydyttävä aerosolien kehitys, sekä alunperin että tuotteen elinkaaren aikana, heikko maku, maun huononeminen savun muodostajan ja/tai aromiaineen heikkeneminen lämmön vaikutuksesta, merkittävien pyrolyysituotemäärien ja sivuvirtauksen savumäärien esiintyminen, sekä epämiellyttävä ulkonäkö.

Siten vuosikymmenien kiinnostuksesta ja ponnistuksista huolimatta ei markkinoilla vieläkään ole tupakkatuotetta, joka tuottaa tupakointiin liittyvän hyödyn, edun, ja nautinnon, tuottamatta merkittäviä määriä epätäydellisen palamisen ja pyrolyysin tuotteita.

Äskettäin on kuitenkin patenttijulkaisuissa EP 0174645, EP 0212234 ja US 4,714,082 sekä FI-patenttihakemuksessa no. 883873 kuvattu tupakkatuotteita, erityisesti savuketuottei-ta, jotka voivat aikaansaada tupakointiin liittyvät hyödyt, edut ja nautinnon, tuottamatta merkittäviä määriä epätäydellisen palamisen tai pyrolyysin tuotteita. Parannetut aromiaineen vapauttamisvälineet esillä olevassa keksinnössä sopivat erityisesti käytettäväksi sellaisissa tuotteissa.

Mentolilla käsitellyt tupakkatuotteet edustavat merkittävää osuutta kokonaismarkkinoista. Tosiasiassa lähes kolmannes kaikista valmistetuista savukkeista on jossain määrin käsitelty mentolilla. Eräs tupakkatuotteiden yhteydessä käytettyihin mentoliin ja muihin haihtuviin ja puoliksi haihtuviin aromiaineisiin liittyvä ongelma on kuitenkin se, että aromiaineet tavallisesti siirtyvät tuotteen muihin osiin. Sellainen kulkeutuminen on hyvin dokumentoitu kirjallisuudessa. Ks. esimerkiksi M.Brozinski ym., Beitrage zur Tabaksforschung International 6, ss. 124-130 (1972); J.G.Curran, Tobacco Science 17, ss. 10-11 (1973). Savukkeissa kulkeutumista esiintyy riippumatta siitä, 3 81950 sisältyvätkö aromiaineet tupakkaan, suodattimeen, päällysteai-neeseen tai pakkausaineeseen (esim. mentolilla käsitelty kalvo) . Lopputulos on samanlainen kaikilla sellaisilla sovellutuksilla. Varastoinnin aikana syntyy aromiaineiden tasapainotaso, jolloin aromiaine kulkeutuu koko tupakkatuotteen ja siihen liittyvän pakkauksen läpi. Kulkeutumisen aste riippuu mm. aromiaineen höyrynpaineesta, sen liukenevuudesta tuotteen eri osatekijöihin ja suhteellisesta kosteudesta, sekä eri aineiden (esimerkiksi tupakka, päällys, suodatinaine, liima, jne) kul-keutumisvastuksesta.

Joitakin yrityksiä on tehty kulkeutumiseen liittyvien ongelmien ratkaisemiseksi, mutta ne ovat saavuttaneet vain rajoitetun menestyksen. Esimerkiksi erilaisia kemikaaleja on käytetty, kuten kemiallisesti sidottuja haihtumattomia aineita kulkeutumisen vähentämiseksi (esim. beeta-syklodekstriini -mentolikom-plekseja, mentolin glukosideja, mentoliamideja, estereitä, jne). Ks. esim. US-patentit 3,426,011 ja 3,344,796. Yleensä kaikilla näillä aineilla on rajoitetut käyttömahdollisuudet, johtuen kustannuksista ja tuotetun savun heikosta makuvaikutuksesta.

Muut ovat tutkineet ns. mikrokapseloitujen hajusteiden käyttöä tupakkatuotteen eri kohdissa. Ks. esimerkiksi US-patentit 3,550,598 ja 3,540,456, sekä patenttijulkaisut CH 475,418 ja NL 8201585.

Toiset ovat sulkeneet haihtuvia aromiaineita polymeerijärjestelmiin, kuten lineaariseen pienitiheyksiseen polyeteeniin ja epäorgaanisiin suodattimien, esim. CaC03, alumiinioksidi, jne., ja sijoittaneet nämä aineet pellettien tai kuitujen tai hiukkasten muodossa suodatin jär jestelmiin tai pakkaus järjestelmiin. Tämän lähestymistavan ongelmana ovat edelleenkin esiintyvät kulkeutumiset (vaikkakin hallitulla tavalla), usein sellaisissa aineissa tarvittavat aromiaineiden suuret määrät joiden hinta on esteenä, sekä aromiaineiden vapauttamisen pienet kokonais-nopeudet, tavallisesti 1 - 18% painosta käytetyillä tasoilla.

4 81950

Hiilen käyttämistä savukkeiden eri osissa on myös ehdotettu. Erityisesti hiiltä on käytetty käärejärjestelmissä, täyteaineena, suodattimissa kaasufaasin savuosasten vähentämiseksi, sekä aromiaineiden tuomiseksi savukkeeseen. Ks. esim. US-patentit 2,063, 104; 3,744,496; 3,902,504; 4,505,202 ja 4,225,636. Hiili ja erityisesti aktiivihiili eivät kuitenkaan ole saavuttaneet merkittävää kaupallista käyttöä aromiaineiden, kuten mentolin kantajana, sillä aktiivihiili mm. adsorboi mentolista suurimman osan ennen kuin se voidaan vapauttaa tupakoitsijalle. Tämän ilmiön kompensoimiseksi hiiliaine yleensä kyllästetään aromiaineella. Kuten edellä huomattiin, se johtaa kuitenkin ei-toivottuun aromiaineen kulkeutumiseen tupakkatuotteen muihin osiin. Ks. esim. US-patent-ti 3,236,244, jossa kuvataan aktiivihiilen käyttämistä sekä ei-toivottujen osien poistamista savusta sekä aromiaineiden vapauttamiseksi siihen.

Patentissa US 3,972,335 tämä ongelma on tunnustettu. Siinä esitetään aktiivihiilen pienten huokosten sulkemista huokosia muuttavalla aineella, kuten sakkaroosilla. Huokosia muuntavaa ainetta selitetään käytettävän sellaisia määriä, että vähemmän pidättäviä aktiivihiilen osia ei suljeta, vaan ne jäävät käytettäväksi aromiaineen adsorboimiseksi. Näin ollen tämä nostaa tupakkatuotteen varastoimisen kestävyyttä vähentämällä aromiaineen kulkeutumista mutta sallien aromiaineen tehokkaan vapauttamisen tupakoinnin aikana. Näyttää kuitenkin esiintyvän merkittävää kulkeutumista noin 40 % ylikin. Ks. esimerkki, I sarakkeet 5-6. Tämän tuloksena hii-lisuodattimia tai hiilipäällysteitä ei yleisesti ole suositeltu mentolilla käsiteltyjä tupakkatuotteita varten.

Esillä oleva keksintö liittyy yleisesti patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen tupakkatuotteeseen, jossa on polttoaine-elementti, fyysisesti erilliset aerosolin kehittämisvälineet, ja parannetut välineet mentolin ja muiden haihtuvien aromiaineiden vapauttamiseksi aerosolin mukana, ilman merkittävää aromiaineen kulkeutumista polttoaine-elementtiin tai tupakkatuotteen muihin osiin. Keksinnön mukainen parannettu aromiaineen vapauttamisväli-ne sisältää että vapauttamisväline sisältää hiilitäytteistä 5 81950 arkkimateriaalia, joka sisältää ainakin yhtä aromiainetta.

Tämä hiilitäytteinen arkkimateriaali sijaitsee tupakkatuotteen palamattomassa osassa, esim. missä tahansa tuotteen osassa, joka pituussuunnassa sijaitsee polttoaine-elementin takana ja etäisyydellä polttoaine-elementistä. Se on kuitenkin edullisesti sylin-terisegmentin tai tulpan muodossa, joka sijaitsee aerosolia kehittävän välineen ja tupakkatuotteen suukappaleen välissä.

Edullisesti parannettuja aromiaineen vapauttamisvälineitä käyttävät tupakkatuotteet ovat savukkeita, joissa käytetään lyhyttä, ts. alle 30 mm pitkää, edullisesti hiilipitoista polttoaine-elementtiä. Edullisesti aerosolia kehittävä väline sijaitsee pituussuunnassa polttoaine-elementin takana ja lämpöä johtavassa yhteydessä polttoaine-elementtiin. Suukappale käsittää edullisesti suodatinsegmentin, jolla edullisesti on suhteellisen pieni hyötysuhde jotta vältettäisiin sen vuorovaikutus aerosolin kanssa, jota aerosolin kehittämisväline tuottaa. Esillä olevan keksinnön mukainen aromiaineen vapauttamisväline käsittää hiilitäytteistä arkkimateriaalia, jota voidaan käyttää missä tahansa tupakkatuotteen palamattomassa osassa, ts. missä tahansa osassa, joka pituussuunnassa sijaitsee polttoaine-elementin takana tai muutoin etäisyydellä siitä. Edullisesti se sijaitsee suodatinsegmentin ja aerosolin kehittämisvälineen välissä. Määrätyissä edullisissa suoritusmuodoissa aromiaineen vapauttamisväline käsittää segmentin käärittyä, taitettua tai koottua hiilitäytteistä tupakkapape-riarkkia, jonka pituus on noin 5-15 mm.

On havaittu, että esillä olevan keksinnön mukainen parannettu aromiaineen vapauttamisväline auttaa aromiaineiden kulkeutumisen vähentämisessä, erityisesti mentolin ja muiden haihtuvien aromiaineiden osalta, tupakkatuotteen muihin osiin tai sellaisten tuotteiden valmistuksessa käytettyihin laitteisiin. Kulkeutumisen väheneminen polttoaineen lähteeseen on erityisen tärkeätä, johtuen siitä epäedullisesta makuhaitasta joka voi syntyä palavassa polttoaine-elementissä olevien aromiaineiden lämpöhajoamisesta tai pyrolyysistä. Kulkeutumisen pieneneminen edistää myös haihtuvien aromiaineiden, kuten mentolia sisältävien 6 81 950 tupakkatuotteiden varastoimisajän pidentämisessä. On myös havaittu, että aromiaineet tupakoitaessa vapautuvat tasaisesti ja helposti hiilitäytteisestä arkkimateriaalista kun aerosolin kehittämisvälineestä tulevat aerosolit ja kuumat kaasut kulkevat pitkin arkkimateriaalia tai sen läpi. Ollaan sitä mieltä, että jonkin verran normaalia korkeammat lämpötilat välittömästi aerosolin kehittämisvälineen takana edistävät aromiaineiden tasaista vapautumista koko tupakkatuotteen käyttöaikana. Lisäksi hiilitäytteistä arkkimateriaalia suukappaleen osatekijänä käyttävät tupakkatuotteet aikaansaavat sellaisen pienemmän aromiaineiden kulkeutumisen ja tasaisen vapautumisen ilman oleellista muiden aerosolikomponenttien, esim. glyseriinin, veden ja vastaavien vapautumisen vähenemistä. Toisin sanoen, hiilitäyt-teisen arkkimateriaalin suodatuksen hyötysuhde on oleellisesti pienempi kuin muiden savukesuodatinaineiden, kuten selluloosa-asetaattirohtimen. Tämä on tärkeätä ylläpidettäessä esillä olevan keksinnön mukaisilla tupakkatuotteilla kehitetyn aerosolin haluttua vapautumista.

Edullisena pidetty keksinnön mukainen hiilitäytteinen arkkima-teriaali toimii myös jäähdyttimenä, joka edistää tupakoitsijan vastaanottaman aerosolin lämpötilan alentamista ja edistää myös suodatinmateriaalin sulamisen tai huononemisen estämistä.

Esillä olevan keksinnön mukaista parannettua aromiaineen va-pauttamisvälinettä käyttävät edulliset tupakkatuotteet pystyvät vapauttamaan ainakin 0,6 mg aerosolia, mitattuna kosteana hiukkasaineena (WTPM, wet total particulate matter), ensimmäisen kolmen henkäyksen aikana, kun sitä poltetaan FTC:n tupa-kointiolosuhteissa, jotka käsittävät kaksi kahden sekunnin mittaista 35 ml henkäystä, joita erottaa 58 sekunnin hehkumisaika. Vielä edullisemmin keksinnön suoritusmuodoilla voidaan vapauttaa 1,5 mg tai enemmän aerosolia ensimmäisen kolmen henkäyksen aikana. Edullisimmin keksinnön suoritusmuodoilla voidaan vapauttaa 3 mg tai enemmän aerosolia ensimmäisen kolmen henkäyksen aikana FTC:n tupakointiolosuhteissa. Lisäksi keksinnön edulliset suoritusmuodot vapauttavat keskimääräisesti ainakin 7 81950 0,8 mg WTPM henkäystä kohden ainakin kuuden henkäyksen aikana, edullisesti ainakin 10 henkäyksen aikana, FTC:n tupakoin-tiolosuhteissa.

Edellä mainittujen etujen lisäksi esillä olevan keksinnön mukaiset edulliset tupakkatuotteet voivat aikaansaada aerosolin, joka on kemiallisesti yksinkertainen, käsittäen oleellisesti ilmaa, hiilioksideja, vettä, aerosolin muodostajaa, mitä tahansa haluttuja aromiaineita tai muita haluttuja haihtuvia aineita, ja jäämämääriä muista aineista. Aerosolilla ei edullisesti myöskään ole mitään merkittävää mutageenista vaikutusta mitattuna Ames Test -kokeella. Lisäksi edulliset tuotteet voidaan tehdä näennäisesti tuhkattomiksi, niin että käyttäjän ei tarvitse poistaa tuhkaa käytön aikana.

Tässä käytettynä ja ainoastaan tämän selityksen tarkoitusta varten, "aerosoli" määritellään sisältämään höyryjä, kaasuja, hiukkasia, ja vastaavia, sekä näkyviä että näkymättömiä, ja erityisesti niitä ainesosia, joita käyttäjä pitää "savun tapaisina", ja joita syntyy palavan polttoaine-elementin lämpötilan vaikuttaessa aerosolin kehittämisvälineessä tai muualla tuotteessa oleviin aineisiin.

Tässä käytettynä "johtuva lämmönsiirto" määritellään aerosolin kehittämisvälineen ja polttoaine-elementin fyysisenä järjestelynä, jolloin lämpöä siirtyy johtumalla palavasta polttoaine-elementistä aerosolin kehittämisvälineeseen oleellisesti koko polttoaine-elementin polttamisjakson aikana. Johtuva lämmönsiirto voidaan aikaansaada sijoittamalla aerosolin kehittämisväline kosketukseen polttoaine-elementin kanssa ja siten lähelle polttoaine-elementin palavaa osaa, ja/tai käyttämällä johtavaa elintä johtamaan lämpöä palavasta polttoaineesta aerosolin kehittämisvälineeseen. Edullisesti käytetään molempia lämmön johtumisen menetelmiä.

Tässä käytettynä termi "hiilitäytteinen" merkitsee pääasiassa hiiltä sisältävää.

8 81950 Tässä käytettynä termi "eristävä elin” soveltuu kaikkiin aineisiin, jotka toimivat etupäässä eristeinä. Edullisesti nämä aineet eivät pala käytön aikana, mutta ne saattavat sisältää hitaasti palavaa hiiltä tai samantapaisia aineita, samoinkuin aineita, jotka sulavat käytön aikana, kuten alhaisen lämpöti-laluokan lasikuituja. Sopivilla eristeillä on lämmönjohtokyky [yksikkönä g-cal (s) (cm2) (°C/cm)], joka on pienempi kuin 0,05, mieluummin alle 0,02 ja edullisimmin alle 0,005. Ks. Hackh's Chemical Dictionary, s. 672 (4. painos, 1969) ja Lange: Handbook of Chemistry 10, ss. 272 - 274 (11. painos, 1973).

Esillä olevan keksinnön mukaisia parannettuja aromiaineiden va-pauttamisvälinettä käyttäviä tupakkatuotteita kuvataan yksityiskohtaisemmin oheisissa piirustuksissa ja seuraavassa keksinnön yksityiskohtaisessa selityksessä.

Kuvio 1 on pitkittäisleikkaus edullisesta savukkeesta, jossa käytetään esillä olevan keksinnön mukaista parannettua aromiaineen vapauttamisvälinettä.

Kuvio IA havainnollistaa, sytytettävästä päästä nähtynä, polttoaine-elementin edullista kanavarakennetta.

Kuvio 2 havainnollistaa kulkeutumistarkastelun tuloksia edullisilla savukkeilla, joista osa on varustettu esillä olevan keksinnön mukaisella hiilitäytteisel-lä arkkimateriaalilla.

Kuvio 3 havainnollistaa kaaviollisesti menetelmää, jolla muodostetaan hiilitäytteinen arkkimateriaali suo-datintulpan muotoiseksi sylinterisegmentiksi.

Kuvio 3A havainnollistaa kaksoiskartiojärjestelmää, jota käytetään aineen keräämiseksi tai taittamiseksi suoda-tintulpan muotoon.

9 81950

Esillä olevan keksinnön mukaisesti aikaansaadaan parannettu aromiaineen vapauttamisväline käytettäväksi tupakkatuotteessa. Aromiaineen vapauttamisväline soveltuu erityisen hyvin tupakkatuotteisiin, joissa on pieni palava polttoaine-elementti, fyysisesti erillinen aerosolin kehittämisväline sekä erillinen suu-kappale, kuten edellä mainitussa EP-julkaisuissa 174,645 ja 212,234 kuvatuissa tuotteissa.

Yleisesti ottaen parannettu aromiaineen vapauttamisväline käsittää hiilitäytteistä arkkimateriaalia, joka tyypillisesti muodostetaan lisäämällä hiiltä (aktiivista, ei-aktiivista, tai näiden sekoitusta) tavalliseeen paperimassaan, kuten sulputet-tuun puuhun tai pellavakuituihin ja/tai sulputettuihin tupak-karuoteihin ja -varsiin. Tästä aineesta muodostetaan sitten arkkimateriaalia käyttäen tavanomaisia paperinvalmistuksen menetelmiä.

Vaikka hiilitäytteisen arkkimateriaalin huokoisuus voi vaihdella suurella alueella, sillä edullisesti on ominainen huokoisuus välillä 100 - 250 CORESTA-yksikköä, ja nettohuokoisuus yli 150 CORESTA, edullisesti välillä 300 - 30.000 CORESTA. Nettohuokoi-suus saadaan tekemällä reikiä mekaanisin, sähköstaattisin tai laservälinein, ja/tai viiltämällä arkkimateriaalia. Tällä huo-koisuusalueella olevat arkkimateriaalit ovat erityisen edullisia, koska se sallii suuremman aromiainemäärän sijoittamisen hiilitäytteiseen arkkimateriaaliin adsobptio- ja/tai absorp-tiomekanismien avulla, ja koska aromiaineen vapauttamisvälineen kokonaispinta-alaa voidaan nostaa hyvin paljon lisäämättä hiilitäytteisen arkkimateriaalin suodatuksen tehokkuutta.

Arkkimateriaalin hiilipitoisuus voi vaihdella hyvin suurella alueella, riippuen useista tekijöistä, mukaan lukien käytetyn hiili- ja/tai aromiaine-tyypin ja määrä, hiilitäytteisen arkkimateriaalin sijainti tupakkatuotteessa, sekä arkkimateriaalin muoto ja rakenne. Yleisesti ottaen hiilipitoisuus voi vaihdella alueella 5-75 painoprosenttia arkkimateriaalista, edullisesti alueella 10 - 40%, ja edullisimmin alueella noin 10 81 950 15 - 30%. Vaikka suurempia hiilimääriä voidaan käyttää, aiheuttavat enemmän kuin noin 75% painoprosenttia hiiltä sisältävät arkit rajoituksia paperin valmistuksessa sekä rajoituksia paperin ominaisuuksissa, esim. sen vetolujuuden osalta, hyvin suurta pölyämistä, ja näihin liittyviä ongelmia.

Vaikka voidaan käyttää sekä aktiivista että ei-aktiivista hiiltä arkkimateriaalin hiilikomponenttina, pidetään aktiivihiiltä edullisena. Kuten alan ammattilainen ymmärtää, on olemassa lukuisia aktiivihiililaatuja, jotka ovat kaupallisesti saatavilla ja joita voidaan käyttää esillä olevan keksinnön oppien mukaisesti. On esimerkiksi olemassa hiiliperustaisia, puuperustaisia ja kookoskuoriperustaisia aktiivihiiliä, joita on saatavilla useista lähteistä. Eräs erityisen edullinen aktiivihiili, kookoskuoriperustainen hiili, on PCB jota valmistaa Calgon Carbon Corporation, Pittsburg, Pennsylvania. Tämä erityinen hiili voidaan jauhaa eri kokoihin. Vaikka lähes mitä tahansa hiukkaskokoja voitaisiin käyttää esillä olevan keksinnön mukaisessa arkkimateriaalissa, ovat edulliset koot välillä noin 250 - 600 U.S. mesh.

Kuten alan ammattilainen ymmärtää, voidaan muita adsorboivia/ab-sorboivia aineita sisällyttää arkkimateriaaliin arkkimateriaalin hiilikomponentin lisäksi tai sen sijaan. Sellaiset aineet käsittävät tervan, silikageelin, zeoliitin, perliitin, se-pioliitin, aktivoidun alumiinioksidin, magnesiumsilikaatin, ja vastaavat.

Kuten edellä mainittiin, voidaan hiilitäytteinen arkkimateri-aali tehdä tavallista paperimassaa käyttäen. Edullisesti se tehdään puumassan ja tupakan ruotien ja varsien massan sekoituksesta. Arkkimateriaalin hiilikomponentti lisätään yleensä massamateriaalien ja niiden sekoituksen sulppuun ja muodostetaan arkiksi tavanomaista paperikonetta käyttäen. Edullinen arkkimateriaali on hiilitäytteistä tupakkapaperia, joka on käsitelty lisäämällä toivottu määrä hiiltä tupakkapaperimassaan, jota käytetään P144-185-GAPF -merkkisen Kimberly-Clark -tupak- n 81950 kapaperin valmistamiseksi. Modifioimaton P144-185-GAPF sisältää noin 60% tupakkaa, pääasiassa savukaasukuivattuja/tukevia tupakkavarsia sekä 35% havupuumassaa (perustuen aineen kuiva-painoon) . Modifioimattoman arkkityyppimateriaalin kosteuspitoisuus on edullisesti välillä noin 11 - 14%. Aineen vetolu-juus kuivana on noin 630 - 1300 g/cm , ja neliömassa kuivana noin 38 - 44 g/m . Aine valmistetaan käyttäen tavanomaista paperinvalmistus-tyyppistä prosessia, jossa lisätään noin 2% gly-seriiniä tai muuta kostuttavaa ainetta, noin 1,8% kaliumkarbonaattia, noin 0,1% aromiaineita ja noin 1% kaupallista liima-ainetta.Liima-aine on kaupallisesti saatavilla merkillä Aquapel 360XC Ractive Size, yhtiöstä Hercules Corp., Wilmington, Delaware.

Aromiaineita voidaan sisällyttää hiilitäytteiseen arkkimateri-aaliin tai sen päälle millä tahansa lukuisista tavoista, joita ovat esim. suihkutus, upotus, painaminen, höyrykerrostaminen ja vastaavat. Edullisesti aromiainetta lisätään arkkiin höyryker-rostusmenetelmällä. Höyrykerrostus on menettelytapa, johon tyypillisesti kuuluu aromiaineen lämmittäminen pisteeseen, jossa se on erittäin haihtuvaa, sekä hiilitäytteisen arkkimateriaa-lin kuljettamisen höyryjen ohi tai kosketuksessa niihin riittävän kauan, jotta toivottu määrä aromiainetta adsorboituisi/absorboituisi hiilitäytteiseen arkkimateriaaliin. Eräässä edullisessa kerrostusmenetelmässä, jota sanotaan sisäkerroksen siirtämiseksi (inner leaf transfer), hiilitäytteistä arkkima-teriaalia kosketetaan sisäkerrosaineella. Sisäkerrosaine voi olla jokin useammasta aineesta, kuten raskas mittatulkkipääl-lystys, edellyttäen että sen affiniteetti aromiaineeseen on pienempi kuin esillä olevan keksinnön mukaisen hiilitäytteisen ark-kimateriaalin.

Toinen edullinen menetelmä aromiaineen lisäämiseksi arkkimateriaaliin käsittää aromiaineen painamisen arkkimateriaalille. Yleensä painaminen käsittää arkkimateriaalin johtamisen telan kautta, joka pyörii kyseessä olevaa aromiainetta sisältävän kylvyn läpi.

i2 81 950

Eräs toinen menetelmä aromiaineiden lisäämiseksi hiileen joko ennen tai sen jälkeen kun se on lisätty arkkimateriaaliin, on alan ammattilaiselle ilmeinen.

Esillä olevaa keksintöä käytettäessä voidaan käyttää useampia aromiaineita, kuten mentolia, vaniljaa, keinotekoista kahvia, tupakkauutteita, nikotiinia, nikotiinisuoloja, kafeiinia, vä-kiviinoja, kookosvoita, ja muita aineita, jotka antavat aromia tupakkatuotteessa tuotetulle aerosolille. Muut mahdollisesti käytettävät aromiaineet sisältävät ne, jotka on lueteltu julkaisussa "Tobacco Flavorings for Smoking Products", R.J. Reynolds Tobacco Company, Winston-Salem, North Carolina (1972).

Arkkimateriaaliin kyllästetyn tai muutoin sisältämän aromiaineen määrää voi vaihdella suurella alueella, riippuen aromiaineen tyypistä, aromiaineen määrästä, arkkimateriaalin hiilipitoisuudesta, hiilen aktiivisuudesta, arkkimateriaalin sijainnista tupakkatuotteessa, tavasta jolla arkkimateriaali on kääritty, taitettu tai muutoin sijoitettu tupakkatuotteeseen, jne. Esimerkiksi, käytettäessä vahvaa aromiainetta, kuten alfa jononia, saattaa olla toivottavaa sisällyttää sitä niinkin vähän kuin 0,00001 painoprosenttia arkkimateriaalista. Mentolin ollessa aromiaineena, määrä voi vaihdella 0,001%:sta kyllästymiseen. Edullisessa tupakkatuotteessa, kuten esimerkissä I kuvatuissa, hiilitäytteiseen arkkimateriaaliin sisältyvän mentolin määrä on välillä noin 3-6%, edullisimmin välillä noin 4 - 5%.

Kuten edellä mainittiin, niin eräissä edullisissa suoritusmuodoissa hiilitäytteinen arkkimateriaali sijaitsee aerosolin kehittämisvälineen ja suukappaleen puoleisen suodattimen välissä, ja edullisesti muodostaen sylinterimäisen suodatintulpan. Arkkimateriaali voidaan muokata sylinterin muotoiseksi tai muuhun muotoon tavanomaisin suodatintulpan valmistusmenetelmin, kuten tavallisilla tulppien valmistuskoneilla, joilla valmistetaan selluloosa-asetaattirohtimia.

13 81 950

Kuvio 3 havainnollistaa erästä välinettä hiilitäytteisen ark-kimateriaalin muodostamiseksi suodatintulpan muotoon. Kuten kuviossa 3 kaaviollisesti esitetään, aromiaineella varustetun hiilitäytteisen arkkimateriaalin 50 rullaa 53 kelataan auki ja vedetään esimuokkausta varten kapenevaan kartioon 54, joka "kerää” tai "taittaa" arkkimateriaalin 50 sylinterin muotoon, joka soveltuu sylinterimäiseen tulpanvalmistuskoneeseen. Kaksi tai useampia eri ominaisuuksin varustettuja, esim. eri hiili-, aromiaine- jne. pitoisuudella, voidaan käsitellä erikseen tai samanaikaisesti useampiosastoisen tai -kerroksisen aromiaineen vapauttamisvälineen aikaansaamiseksi. Tämä muotoiltu sylinteri 55 saa käärepaperin 56 ja yhdistelmä leikataan toivottuihin pituuksiin 57 veistä 58 käyttäen. Ennen laitteeseen tuloa applikaattorilla lisätään jatkuva liima-aineen palle päällystepape-rin 56 toiseen reunaan. Kun nämä komponentit kulkevat laitteen läpi, muodostunut sylinteri 55 edelleen puristetaan sylinterin muotoisella poikkileikkauksella varustetuksi sauvaksi, jolloin samaan aikaan sen päälle kääritään paperia 56. Kun liima-aineen palle koskettaa sauvan peittoon jäävää osaa, se suljetaan sulki jasauvalla. Tämä päätön sylinterisauva katkaistaan sitten pituuksiin 57 leikkurilla 58.

Vaihtoehtoisesti pidetään edullisena kuviossa 3A esitetyn kak-soiskartiojärjestelmän käyttämistä yhden ainoan kartion 54 sijasta. Tämä järjestelmä käsittää toisen kartion sisällä olevan kartion esimuokkauslaitteena. Hiilitäytteinen arkkimateriaali syötetään kartioiden väliseen rengastilaan oleellisesti jännity ksettömäs s ä tilassa, niin että tulokohdassa arkkimateriaali kiertyy sisemmän sydämen säteen suuntaisen osan ympäri. Kartioita voidaan siirtää toistensa suhteen sylinterikappaleen halutun tasaisuuden ja kiinteyden aikaansaamiseksi.

Vaikkei se ole oleellista hyväksyttyjen aromiaineella varustettujen hiilitäytteisten arkkimateriaalin sylinterikappaleiden valmistamiseksi, voidaan arkkimateriaaliin lisätä aromiaineita ennen sen muokkausta sylinterikappaleeksi. Kaksi sellaista käsittelyä, joita havainnollistetaan kuviossa 3, voivat sisältää i4 81950 uritettujen telojen 59 parin, joita käytetään poimuttamiseen, ja nestelevittimen 60, jota käytetään arkkimateriaalin pintakäsittelyyn esimerkiksi mentolilla, glyseriinillä tai muilla aromiaineilla tai kostutusaineilla.

Edullisissa suoritusmuodoissa, joissa hiilitäytteinen arkkima-teriaali sijaitsee aerosolin kehittämisvälineen ja suukappaleen puoleisen suodattimen välissä sylinterikappaleen eli tulpan muodossa, aromiaineella käsitellyn hiilitäytteisen arkkimateriaalin kappaleen pituus yleensä vaihtelee käytetyn aromiaineen tyypin ja määrän mukaan. Savukkeissa, joissa käytetään edullista suukappaletta, jota kuvataan esimerkissä I, alempana, hiilitäytteisen arkkimateriaalin kappaleen pituus on yleensä noin 5 - 30 mm, edullisesti noin 5-15 mm, ja mieluimmin noin 10 mm.

Suorituskyvyn kannalta ja/tai esteettiseltä kannalta aromiaineella varustetun hiilitäytteisen arkkikappaleen kiinteys, jota käytetään esillä olevan keksinnön mukaisesti, voi vaihdella suuresti vaikuttamatta oleellisesti aerosolin vapauttamiseen käyttäjälle. Kuitenkin on toivottavaa, että käsillä on kappale, joka tuntuu kiinteältä ja jolla on sellaisen savukkeen kiinteys, jossa käytetään tavanomaista selluloosa-asetaattisuoda-tinta.

Esillä olevan keksinnön mukaista parannettua aromiaineen vapaut-tamisvälinettä käyttävien tupakkatuotteiden kokonaispainehäviö on edullisesti samanlainen tai pienempi kuin muilla savukkeilla. Painehäviö hiilitäytteisessä arkkimateriaalissa ja suoda-tinaineessa varsinaisessa suukappaleessa vaihtelevat tupakkatuotteen etukappaleen painehäviön mukaisesti. Edullisilla tupakkatuotteilla, kuten alempana esimerkissä I mainituilla, painehäviö on yleensä pienempi kuin tavanomaisten suodatinpanos-ten, tavallisesti alueella noin 0,1 - 6,0 cm vettä/cm suodatin-pituutta, edullisesti alueella noin 0,5 - 4,0 cm vettä/cm suo-datinpituutta, ja edullisimmin alueella noin 0,7 - 1,5 cm vettä/cm suodatinpituutta. Suodattimen painehäviö on painehä-viö vesisenttimetreinä, kun 1050 cm /minuutti ilmaa johdetaan is 81950 suodatintulpan läpi. Nämä painehäviöt voidaan normalisoida suo-datintulpan yksikköpituutta kohti jakamalla arvot kyseisen suodattimen pituudella.

Esillä olevan keksinnön mukaista aromiaineen vapauttamisvä-linettä käyttäviä edullisia tupakkatuotteita kuvataan seuraa-vissa patenttihakemuksissa: hakija_numero_päiväys

Sensabaugh ym. 650,604 14.9.84

Shannon ym. 684,537 21.12.84

Farrier ym. 769,532 26.8.86

Banerjee ym. 939,203 8.12.86

Sensabaugh ym. EP 85111467.8 11.9.85 (julkaistu 19.3.86) Banerjee ym. EP 86109589.1 14.9.85 (julkaistu 4.3.87) Edellä mainitut julkaisut ovat tässä viitteinä.

Erästä sellaista tupakkatuotetta havainnollistetaan tähän selitykseen liittyvässä kuviossa 1. Kuvioon 1 viitaten havainnollistetaan savuke, jossa on pieni hiilipitoinen polttoaine-elementti 10, jonka läpi kulkee useita, edullisesti noin kolmetoista kanavaa 11, jotka on järjestetty kuviossa IA esitetyllä tavalla. Toisessa edullisessa suoritusmuodossa käytetään polttoaine-elementtiä, jossa on yksitoista reikää samaan tapaan kuin kuvion IA järjestelyssä, mutta vain viidellä keskeisellä kanavalla "X"-muotoisena kuviona. Tämä polttoaine-elementti muodostuu suulakepuristetusta hiilestä (edullisesti hiillettyä paperia), natrium-karboksimetyyliselluloosasta (SCMC) sideaineena, K2CO3, ja vedestä, kuten on selitetty edellä mainituissa patenttihakemuksissa ja EPO-hakemuksissa.

Polttoaine-elementin 10 kehää 8 ympäröi eristävien kuitujen 16, kuten lasikuitujen joustava vaippa.

ie 81950

Metallikapseli 12 peittää osan polttoaine-elementin 10 suukappaletta ja ympäröi fyysisesti erillisen aerosolin kehittämisvälineen, joka sisältää alusta-ainetta 14, jossa on yhtä tai useampaa aerosolia muodostavaa ainetta. Alusta voi olla hiuk-kasmuodossa, sauvan muodossa tai muussa muodossa, kuten edellä viitatuissa hakemuksissa selitetään.

Kapselia 12 ympäröi tupakkatäyterulla 18. Kaksi rakomaista kanavaa 20 on järjestetty kapselin suukappaleeseen kutistetun putken keskelle.

Tupakkarullan 18 suukappaleen puoleisessa päällä on suukappale 22, joka edullisesti käsittää sylinterikappaleen esillä olevan keksinnön mukaista, aromiaineella varustettua hiilitäytteistä arkkimateriaalia 24 ja kappaleen huopamaisia kestomuovikuituja 26, joiden läpi aerosoli kulkee käyttäjälle. Tuote, tai sen osa, on varustettu yhdellä tai useammalla savukepaperien 30 - 36 päälle käärityllä kerroksella.

Kuten edellä mainittiin, voidaan hiilitäytteinen arkkimateri-aali sijottaa yhteen tai useampiin tupakkatuotteen muihin palamattomiin osiin. Esimerkiksi hiilitäytteinen arkkimateriaali voitaisiin repiä ja sijoittaa osaksi kaikkeen tupakkarullaan tai sen osaan, tai sitä voitaisiin käyttää yhtenä tai useampana palamattomana kääreenä, jolla yhdistetään tupakkatuotteen eri osat.

Sytytettäessä edellämainittu savuke, polttoaine-elementti palaa kehittäen kuumuutta, jota käytetään haihduttamaan tupakan aromiainetta ja mitä tahansa muuta aerosolia muodostavaa ainetta tai aineita aerosolin kehittämisvälineessä ja tupakkarullas-sa. Koska edullinen polttoaine-elementti on suhteellisen lyhyt, kuuma palava tulikartio on aina lähellä aerosolin kehittämisvälinettä, joka maksimoi lämmön siirtymisen aerosolin kehittämisvälineeseen ja tupakkarullaan, josta seuraa aerosolin ja tupakan aromiaineiden tuottaminen, erityisesti edullista lämmönjohtoelintä käytettäessä. Kuumat kaasut, aerosoli ja aro- miaineet aerosolin kehittämisvälineestä ja tupakkarullasta kuu mentavat esillä olevan keksinnön mukaista hiilitäytteistä ark- kimateriaalia, joka vapauttaa aromiaineensa.

i7 81 950

Johtuen polttoaine-elementin pienestä koosta ja palamisominai-suuksista, polttoaine-elementti tavallisesti alkaa palaa oleellisesti koko paljaalta pituudeltaan muutaman henkäyksen kuluessa. Siten polttoaine-elementin se osuus, joka on lähellä aerosolin kehittämisvälinettä kuumenee nopeasti, joka merkittävästi lisää lämmön siirtymistä aerosolin kehittämisvälineeseen ja tupakkarullaan, erityisesti ensimmäisten ja välissä olevien henkäysten aikana. Koska edullinen polttoaine-elementti on niin lyhyt, siinä ei milloinkaan ole pitkää osuutta palamatonta polttoainetta, joka toimisi jäähdyttimenä, kuten oli tavallista aikaisemmissa lämpötermisissä aerosolituotteissa. Tämä nostaa vuorostaan lämpötilaa, joka kohdistuu aromiaineella varustettuun hiilitäytteiseen arkkimateriaaliin, mikä luultavasti nostaa aromiaineen vapautumista arkin hiilikomponentista. Koska kuitenkin aerosolia muodostavat aineet ja tupakkamakuai-neet ja aromiaineet hiilitäytteisessä arkkimateriaalissa ovat fyysisesti erossa polttoaine-elementistä, niihin kohdistuu oleellisesti alempia lämpötiloja kuin mitä palava polttoaine kehittää, jolloin minimoidaan aromiaineiden ja aerosolia muodostavien aineiden lämpötilasta johtuva heikkeneminen.

Edullisessa suoritusmuodossa lyhyt hiilipitoinen polttoaine-elementti, lämpöä johtava elin ja eristyselin ovat yhteistoiminnassa aerosolin kehittämisvälineen ja tupakkarullan kanssa aikaansaaden järjestelmän, joka pystyy tuottamaan oleellisen määrän aerosolia, tupakan aromiaineita ja aromiaineita hiili-täytteisestä arkkimateriaalista näennäisesti joka henkäyksellä. Tulikartion sijainti aerosolin kehittämisvälineen ja tupak-: karullan välittömässä läheisyydessä muutaman henkäyksen ’ jälkeen johtaa eristävän elimen kanssa suureen lämmön tuotok seen sekä henkäysten että suhteellisten pitkien henkäysten välillä olevien hehkumisaikojen aikana.

is 81950

Yleisesti ottaen palavien polttoaine-elementtien, joita voidaan käyttää edullisessa suoritusmuodossa, halkaisija ei ole suurempi kuin savukkeen (ts. 8 mm tai sen alle), ja sen pituus on yleensä alle noin 30 mm ennen polttamista. Edullisesti polttoaine-elementti on pituudeltaan noin 15 mm tai vähemmän, edullisesti noin 10 mm tai vähemmän. Edullisesti polttoaine-elementin halkaisija on välillä noin 2-8 mm, edullisesti noin 4-6 mm. Tässä käytettyjen polttoaine-elementtien tiheys voi yleensä vaihdella alueella noin 7 g/cm3 - 0,85 g/cm3.

Polttoaine-elementin muodostamiseen käytetty aine on edullisesti hiiltä. Edullisesti näiden polttoaine-elementtien hiilipitoisuus on ainakin 60 - 70%, edullisimmin noin 80% tai enemmän, painon mukaan. Suuren hiilipitoisuuden omaavia polttoaine-elementtejä pidetään edullisina, koska ne tuottavat minimaalisesti pyrolyysin ja epätäydellisen palamisen tuotteita, vähän tai ei lainkaan näkyvää sivuvirtauksen savua, ja minimaalisesti tuhkaa, ja niillä on suuri lämpökapasiteetti. Vähemmän hiilipitoi-sia polttoaine-elementtejä, esim. noin 50 - 60 painoprosenttia sisältäviä voidaan käyttää, erityisesti kun käytetään pienempää tupakkamäärää, tupakkauutteen määrää tai palamatonta täytettä. Edullisia polttoaine-elementtejä kuvataan yksityiskohtaisemmin edellä mainituissa patenttihakemuksissa ja EP-julkaisuissa.

Aerosolin kehittämisvälineet sijaitsevat edullisesti lähempänä kuin 15 mm päässä polttoaine-elementin sytytyspäästä. Aerosolin kehittämisvälineet voivat vaihdella pituudeltaan noin 2 mm - 60 mm, edullisesti alueella 5-40 mm ja edullisimmin alueella noin 20 - 35 mm. Aerosolin kehittämisvälineen halkaisija voi vaihdella alueella noin 2 mm - noin 8 mm, ja se on edullisimmin noin 3—6 mm.

·* Edullisesti aerosolin kehittämisvälineet sisältävät yhtä tai useampaa termisesti pysyvää ainetta, joka sisältää yhtä tai useampaa aerosolia muodostavaa ainetta. Tässä käytettynä "termisesti pysyvä" aine on sellainen, joka kestää korkeita, vaik i9 81 950 kakin hallittuja lämpötiloja, esim. alueella noin 400 °C - 600°C, joita voi esiintyä lähellä polttoainetta, ilman merkittävää hajoamista tai palamista. Sellaisen aineen käytön uskotaan edistävän aerosolin yksinkertaisen "savu"kemian ylläpitämistä, mitä todistaa Ames-testin aktiviteetin puuttuminen edullisella suoritusmuodolla. Vaikka niitä ei pidetä edullisina, voidaan muitakin aerosolin kehittämisvälineitä, kuten kuumuudessa rikkoutuvia mikrokapseleita tai kiinteitä aerosolia muodostavia aineita, pitää tämän keksinnön puitteisiin kuuluvina, edellyttäen että ne pystyvät vapauttamaan riittävästi aerosolia muodostavia höyryjä.

Sellaiset pysyvät aineet, joita voidaan käyttää aerosolia muodostavan aineen kantoaineena tai alustana, ovat alan ammattilaisten hyvin tuntemia. Käyttökelpoisen alusta-aineen tulisi olla huokoista, ja se on voitava pidättää aerosolia muodostavaa yhdistettä kun sitä kuumennetaan polttoaineella. Käyttökelpoisia termisesti pysyviä aineita ovat adsorbenttihiilet, kuten huokoiset laatuhiilet, grafiitti, aktiivihiilet aktivoimattomat hiilet, ja vastaavat, kuten PC-25 ja PG-60, joita on saatavilla Union Carbide Corp. -yhtiöstä, samoinkuin SGL-hiili, jota on saatavissa yhtiöstä Calgon Carbon, Corp. Muita soveltuvia aineita ovat epäorgaaniset kiinteät aineet, kuten keraamit, lasi, alumiinioksidi, vermikuliitti, savet kuten ben-toniitti, tai näiden seokset. Hiili- ja alumiinioksidialustoja pidetään edullisina.

Erityisesti edullinen alumiinioksidialusta on suuripinta-alai-nen alumiinioksidi (noin 280 m2/g), kuten laatu jota saadaan yhtiöstä Davison Chemical Division of W.R.Grace & Co. merkinnällä SMR-14-1896. Tämä alumiinioksidi (-14 ... +20 U.S. mesh) on edullisesti sintrattu noin tunnin ajan suuressa lämpötilassa, esim. yli 1000 °C lämpötilassa, edullisesti välillä 1400 °C - 1500 °C, jota seuraa soveltuvat pesu- ja kuivausvaiheet ennen käyttöä.

20 81 950

Aerosolia muodostavan aineen tai aineiden, joita käytetään esillä olevassa keksinnössä, on voitava kehittää aerosolia aerosolin kehittämisvälineessä vallitsevissa lämpötiloissa palavan polttoaine-elementin lämmittäessä. Sellaiset aineet ovat edullisesti ei-tupakkaa, ei-vesipitoisia aerosolia muodostavia aineita, ja ne muodostuvat hiilestä, vedystä ja hapesta, mutta ne saattavat sisältää muita aineita. Sellaiset aineet voivat olla kiinteässä, puolikiinteässä tai nestemuodossa. Aineen ja/tai aineiden seoksen kiehumis- tai sublimointipiste voi olla jopa noin 500 °C. Näillä ominaisuuksilla varustetut aineet käsittävät: moniarvoisia alkoholeja, kuten glyseriini, trieteeniglykoli, ja propeeniglykoli, samoin kuin mono-, di- tai polykarbonihapon alifaattisia estereitä, kuten metyylistearaatti, dimetyylido-dekandioaatti, dimetyylitetradekandioaatti, ja muita.

Edulliset aerosolia muodostavat aineet ovat moniarvoisia alkoholeja, tai moniarvoisten alkoholien sekoituksia. Edullisemmat aerosolin muodostajat valitaan glyseriinin, trieteeniglykolin ja propeeniglykolin joukosta.

Kun alusta-ainetta käytetään alustana, aerosolia muodostava aine voidaan dispergoida jollakin tunnetulla menetelmällä alustaan tai sen pinnalle pitoisuutena, joka on riittävä tunkeutumaan aineeseen tai päällystämään aineen. Esimerkiksi aerosolia muodostava aine voidaan levittää sellaisenaan tai laimennettuna liuoksena upottamalla, suihkuttamalla, höyrykerrostuksella tai muilla vastaavilla tavoilla. Kiinteitä aerosolia muodostavia tekijöitä voidaan käyttää alusta-aineen joukossa ja jakaantuneena tasaisesti ennen lopullisen alustan muodostamista.

Vaikka aerosolia muodostavan aineen määrä voi vaihdella alustasta toiseen sekä aerosolia muodostavasta aineesta toiseen, nestemäisten aerosolia muodostavien aineiden määrä voi yleensä vaihdella noin 20 mg - 140 mg, ja edullisesti alueella noin 40 mg - 110 mg. Mahdollisimman paljon aerosolia muodostavaa ainetta alustassa tulisi vapauttaa käyttäjälle WTPM-muodossa. Edullisesti yli 2 painoprosenttia, vielä edullisemmin yli 15 pai 21 81950 noprosenttia ja edullisimmin yli 20 painoprosenttia alustassa olevasta aerosolia muodostavasta aineesta vapautetaan käyttäjälle WTPM-muodossa.

Aerosolin kehittämisväline voi myös sisältää yhden tai useampia höyrystyviä aromiaineita, kuten mentolia, vaniljaa, keinotekoista kahvia, tupakkauutteita, nikotiinia, nikotiinisuolo-ja, kafeiinia, väkiviinoja, ja muita aineita, jotka antavat aromia aerosolille. Se voi myös sisältää mitä tahansa muita toivottuja haihtuvia kiinteitä tai nestemäisiä aineita, kuten niitä, joita on kuvattu julkaisussa Leffingwell ym. edellä.Vaihtoehtoisesti nämä lisäaineet voidaan sijoittaa suukappaleeseen, tai edulliseen tupakka-annokseen.

Erityisen edullisena pidetty aerosolin kehittämisväline käsittää edellä mainitun alumiinioksidialustan, joka sisältää suih-kukuivattua tupakkauutetta, levuliinihappoa tai glukoosipenta-asetaattia, yhtä tai useampaa aromiainetta, sekä aerosolin muodostajaa, kuten glyseriiniä.

Tupakka-annos voidaan sijoittaa polttoaine-elementin alavirran puolelle. Sellaisissa tapauksissa kuumat höyryt kulkevat tupakan läpi ekstrahoiden ja tislaten haihtuvat osat tupakasta, ilman palamista tai oleellista pyrolyysiä. Siten käyttäjä vastaanottaa aerosolin, joka sisältää luonnollisen tupakan maut ja aromit, ilman niitä lukuisia palamistuotteita, joita tuotetaan tavanomaisessa savukkeessa.

Edullisessa suoritusmuodossa aerosolin kehittämisvälineen säiliönä käytetty lämpöä johtava aine on tyypillisesti metallikal-voa, kuten alumiinikalvoa, jonka paksuus vaihtelee vähemmästä kuin 0,01 mm noin 1,00 mm tai suurempaan. Johtavan aineen paksuutta ja/tai tyyppiä voidaan vaihdella (esim. Grafoil, Union Carbide) toivotun lämmönsiirtomäärän saavuttamiseksi.

Kuten kuviossa 1 havainnollistetussa suoritusmuodossa on esi-: tetty, lämpöä johtava elin edullisesti koskettaa tai peittää 22 8 1 9 5 0 polttoaine-elementin takaosan, ja se voi muodostaa säiliön tai kapselin, joka ympäröi esillä olevan keksinnön mukaista aerosolia tuottavaa alustaa. Edullisesti lämpöä johtava elin ulottuu vähemmän kuin noin puolet polttoaine-elementin pituudesta. Vielä edullisemmin lämpöä johtava elin ulottuu vähemmän kuin noin 5 mm, edullisesti 2-4 mm, polttoaine-elementin takaosan yli sitä koskettaen. Edullisena pidetyt tämän tyyppiset syvennetyt elimet eivät vaikuta polttoaine-elementin sytyttämis- tai palamisominaisuuksiin. Sellaiset elimet edistävät polttoaine-elementin sammumista, kun se on käytetty siihen pisteeseen saakka, jossa se koskettaa johtavaa elintä, joka toimii jäähdyttä-jänä. Nämä elimet eivät myöskään ulkone tuotteen sytytyspäästä vaikka polttoaine-elementti on käytetty.

Edullisissa tupakkatuotteissa käytetyt eristävät elimet ovat edullisesti muodostettuja yhden tai useamman eristävän kerroksen joustavaksi vaipaksi. Edullisesti tämä vaippa on ainakin noin 0,5 mm paksu, edullisemmin ainakin 1 mm paksu. Edullisesti vaippa ulottuu ainakin puolen, jopa koko polttoaine-elementin pituuden yli. Vielä edullisemmin se myös ulottuu oleellisesti koko polttoaine-elementin ulkokehän ja aerosolin kehittämisvälineen yli. Kuten kuvion 1 suoritusmuodossa on esitetty, voidaan käyttää erilaisia aineita tuotteen näiden kahden osan eristämiseksi.

Tällä hetkellä edullisena pidetyt eristysaineet, erityisesti polttoaine-elementtiä varten ovat keraamisia kuituja, kuten lasikuituja. Edulliset lasikuidut sisältävät kokeellisia aineita, joita on tuottanut Owens - Corning, Toledo, Ohio merkinnällä C GLASS S-158, 6432 ja 6437. Muita soveltuvia eristysaineita, mieluimmin palamattomia epäorgaanisia aineita voidaan myös käyttää.

Aerosolin vapauttamisen maksimoimiseksi, joka muutoin voisi liueta säteen suunnassa (ts. ympäriöivästä) tuotteen läpi suodattuvaan ilmaan, voidaan käyttää ei-huokoista paperia aerosolin kehittämisvälineestä suukappaleeseen saakka.

23 81 950 Tällaiset paperit ovat tunnettuja savuke- ja/tai paperialalla, ja sellaisten paperien sekoituksia voidaan käyttää erilaisia toiminnallisia vaikutuksia varten. Edullisiin papereihin, joita käytetään esillä olevan keksinnön mukaisissa tuotteissa, kuuluvat: RJR Archer's 88-17234 -paperi; RJR Archer's 8-0560-36 Tipping with Lip Release -paperi; Ecusta 646 Plug Wrap; ja ECUSTA 30637-801-12001, joita valmistaa Ecusta, Pisgah Forest, North Carolina; sekä Kimberley-Clark Corporationiin paperit P1768-182, P780-63-5, P850-186-2, P1487-184-2 ja P850-1487-125. Suodatin varustetaan edullisesti sarjalla reikiä, jotka sijaitsevat noin 23 mm tupakkatuotteen suukappaleesta noin 22% ilmalaimennuksen aikaansaamiseksi.

Esillä olevan keksinnön mukaisessa edullisissa tupakkatuotteissa tuotettu aerosoli on kemiallisesti yksinkertainen, käsittäen oleellisesti ilmaa, hiilen oksideja, aerosolin muodostajan, joka sisältää mitä tahansa haluttuja aromiaineita tai muita toivottuja haihtuvia aineita, vettä sekä jäämämääriä muista aineista. Esillä olevan keksinnön mukaisissa edullisissa tuotteissa tuotetulla WTPM-aineella ei ole mitään mutageenisia vaikutuksia, mitattuna Ames Test-järjestelyllä, ts. ei esiinny merkittävää annosreaktion suhdetta esillä olevan keksinnön mukaisilla edullisilla tupakkatuotteilla tuotetun WTPM-aineen ja niiden palautuvien aineiden välillä, joita esiintyy sellaisille tuotteille altistetuissa standarditestin mikro-organismeissa. Ames Testiin esittäjien mukaan merkittävä annoksesta riippuva rak-tio osoittaa mutageenisen aineen läsnäoloa testattavassa tuotteessa. Ks. Ames ym., Mut. Res., 31: 347 - 364 (1975); Nagao ym., Mut. Res., 42: 335 (1977).

Esillä olevan keksinnön mukaisten edullisten suoritusmuotojen toisena etuna on suhteellinen tuotetun tuhkan puuttuminen verrattuna muiden savukkeiden tuhkaan. Kun edullinen hiili-polt-toaine-elementti palaa, se muuttuu oleellisesti hiilen oksideiksi, kehittäen suhteellisen vähän tuhkaa, eikä siten ole tarvetta poistaa tuhkaa esillä olevan keksinnön mukaista tupak- : katuotetta käytettäessä.

2« 81950

Esillä olevan keksinnön mukaisen parannetun aromiaineen vapaut-tamisvälineen käyttöä savukkeissa havainnollistetaan edelleen viitaten seuraaviin esimerkkeihin, jotka auttavat ymmärtämään esillä olevaa keksintöä, mutta joita ei pidä käsittää sen rajoituksina. Kaikki tässä esitetyt prosenttiluvut ovat painoprosentteja, ellei muuta sanota. Kaikki lämpötilat on ilmoitettu Celsius-asteina, eikä niitä ole korjattu.

ESIMERKKI I

Kuviossa 1 havainnollistetun tyyppinen savuke valmistettiin seu-raavalla tavalla.

A. Polttoainelähteen valmistelu

Polttoaine-elementti (pituus 10 mm, ulkohalkaisija 4,5 mm), jolla on näennäinen (kokonais-) tiheys noin 0,86 g/cm3, valmistettiin hiilestä (90 painoprosenttia), SCMC-sideaineesta (10 painoprosenttia) ja (1 painoprosentti).

Hiili valmistettiin hiiltämällä ei-talkkipitoista laatua Grand Canadian Kraft lehtipuupaperia typpipatjän alla, nostamalla lämpötilaa portaittain noin 10 °C tunnissa lopulliseen hiiltämis-lämpötilaan 750 °C.

Sen jälkeen kun hiili oli jäähdytetty typen alla alle 35 °C lämpötilaan, hiili jauhettiin hiukkaskokoon mesh -200 (U.S.). Hienonnettu hiili kuumennettiin sitten lämpötilaan n. 850 °C haihtuvien aineiden poistamiseksi.

Sen jälkeen kun sitä jälleen oli jäähdytetty typen alla alle 35°C lämpötilaan, hiili jauhettiin hienoksi jauheeksi, ts. jauheeksi jonka keskimääräinen hiukkaskoko oli 0,1 - 50 pm.

Tähän hienoon jauheeseen sekoitettiin sideainetta Hercules 7HF SCMC (9 osaa hiiltä : 1 osa sideainetta), 1 painoprosentti K2CO3, 25 81950 ja riittävästi vettä sen saamiseksi jäykäksi, taikinamaiseksi tahnaksi.

Tästä tahnasta suulakepuristettiin polttoaine-elementtejä, joissa oli seitsemän keskeistä, kukin halkaisijaltaan noin 0,53 mm olevaa reikää, ja kuusi kehällä olevaa, kukin halkaisijaltaan noin 0,25 mm olevaa reikää. Ristikkopaksuus eli keskeisten reikien välinen etäisyys oli noin 0,2 mm, ja keskimääräinen ulompi ristikkopaksuus (etäisyys kehän ja kehäreikien välillä) oli 0,48 mm, kuten on esitetty kuviossa IA.

Nämä polttoaine-elementit paistettiin sitten typpikaasussa 900 °C lämpötilassa kolmen tunnin ajan muodostamisen jälkeen.

B. Suihkukuivattu uute

Savukaasukuivattujen tupakkalaatujen sekoitus jauhettiin kes-kihienoksi pölyksi ja ekstrahoitiin vedellä ruostumattomassa teräsastiassa pitoisuutena noin 0,1 - 0,15 g tupakkaa vesilit-raa kohti. Ekstrahointi suoritettiin ympäristön lämpötilassa käyttäen mekaanista sekoitusta noin 1-3 tunnin ajan. Sekoitus lingottiin suspendoituneiden kiintoaineiden poistamiseksi ja vesipitoinen ekstrakti suihkukuivattiin pumppaamalla vesipitoista liuosta jatkuvasti tavanomaiseen suihkukuivaimeen, An-hydro Size No. 1, tulolämpötilan ollessa noin 215 - 230 °C, ja keräämällä kuivunut jauheaine kuivaimen ulostulossa. Lähtöläm-pötila vaihteli alueella noin 82 - 90 °C.

C. Sintratun alumiinioksidin valmistaminen •y

Suuripinta-alaista alumiinioksidia (pinta-ala noin 280 m /g) yhtiöltä W.R.Grace & Co, jonka hiukkaskoko oli noin mesh -14.. +20 (U.S.) sintrattiin kosteana pitävässä lämpötilassa noin 1400 - 1550 °C noin tunnin ajan, pestiin vedellä ja kuivattiin. Tämä sintrattu alumiinioksidi yhdistettiin kahdessa vaiheessa taulukon I aineisiin osoitetuissa suhteissa: 26 81 950

Taulukko I

Alumiini 68,11%

Glyseriini 19,50%

Suihkukuivattu ekstrakti 8,19% HFCS (invertoosi) 3,60%

Kaakaotisle 0,60%

Yhteensä: 100,0% Käsitelty alumiinioksidi kuivattiin sitten kosteuspitoisuuden pienentämiseksi noin 1 painoprosenttiin. Toisessa vaiheessa tämä käsitelty alumiinioksidi sekoitettiin muiden edellä lueteltujen aineiden kanssa, kunnes neste oli oleellisesti absorboitunut alumiinioksidialustaan.

D. Kokoonpano

Kuvion 1 mukaisen savukkeen rakenteen muodostava kapseli valmistettiin syvävedetystä alumiinista. Kapselin keskimääräinen seinämäpaksuus oli noin 0,1 mm, ja sen pituus noin 30 mm, ja ulkohalkaisija noin 4,5 mm. Säiliön takaosa suljettiin kahta rakomaista aukkoa (kumpikin noin 0,65 x 3,45 mm, noin 1,14 mm välillä) lukuunottamatta aerosolin päästämiseksi käyttäjälle. Noin 330 mg edellä kuvattua aerosolia tuottavaa alustaa käytettiin kapselin täyttämiseen. Edellä kuvatulla tavalla valmistettu polttoaine-elementti sijoitettiin täytetyn kapselin avoimeen päähän noin 3 mm syvyydelle.

E. Eristävä vaippa

Polttoaine-elementti - kapseli -yhdistelmä käärittiin polttoaine-elementin päästä 10 mm pitkään Owens-Corning C GLASS S-158 olevaan lasikuituvaippaan 3 painoprosentilla pektiinisideainet-ta, noin 7,5 mm halkaisijan muodostamiseksi. Lasikuituvaippa käärittiin sen jälkeen sisempään kääreaineeseen, Kimberley-Clark kokeelliseen paperiin, merkiltään P780-63-5.

27 81 950 F. Tupakkarulla

Halkaisijaltaan 7,5 mm tupakkasauvaa (pituus 28 mm), päällysteenään Kimberley-Clark P1487-125 -paperikääre, muunneltiin asettamalla siihen puikko, halkaisijaltaan noin 4,5 mm, pituussuuntaisen kanavan muodostamiseksi siihen.

G. Kokoonpano

Vaipalla varustettu polttoaine-elementti - kapseli -yhdistelmä sijoitettiin tupakkasauvan kanavaan, kunnes lasikuituvaippa kosketti tupakkaa. Lasikuitu- ja tupakkaosastot liitettiin yhteen ulkopuolelle käärityllä aineella, joka peitti sekä polt-toaine-elementti/eristävä vaippa/sisäpäällyste -yhdistelmän että käärityn tupakkasauvan. Ulkokääre oli Kimberley-Clark -paperia merkiltään P1768-182.

Kuviossa 1 havainnollistetun tyyppinen suukappale rakennettiin yhdistämällä kaksi osastoa: 1) 10 mm pitkä, halkaisijaltaan 7,5 mm hiilitäytteinen tupakka-arkki materiaali lähellä kapselia, käärittynä Kimberley-Clark -paperiin P850-184-2 ja 2) 30 mm pitkä, halkaisijaltaan 7,5 mm sylinterimäinen osasto huopamaista sulapursutettua kestomuovi-polypropeenirainaa, jota saatiin Kimberley-Clark Corporationista, merkiltään PP-100-F, ja käärittynä Kimberley-Clark Corporationin paperiin P1487-184-2.

Hiilitäytteinen tupakka-arkkimateriaali valmistettiin sisältämällä noin 17% PCB-G aktiivihiiltä Calgon Carbon Corporation -yhtiöstä paperiaineeseen, jota käytetään arkkimateriaalin valmistamiseen, ja jota saatiin Kimberley-Clark Corporation'ista merkillä P144-185-GAPF. Tämä aine varustetuin noin 4,5 painoprosentilla mentoli-aromiaineella sisäkerros-siirtomenetelmällä. Kummatkin suukappaleen osaston valmistettiin johtamalla tu-pakkapaperi ja kestomuovirainan kuidut kaksoiskartio-muotoilujärjestelmän läpi, jota edellä on selitetty. Nämä kaksi osastoa yhdistettiin yhdistävällä päällystekääreellä Kimberley-Clark Corporation'in paperia P850-186-2.

28 81 950

Yhdistetty suukappaleosa liitettiin vaipalliseen polttoaine-elementti - kapseli -osastoon lopullisella päällystekääreellä Ecusta 30637-801-12001 -paperia.

Näin valmistetut savukkeet tuottivat mentoli-aerosolia ilman mitään ei-toivottuja makuvirheitä, jotka johtuisivat kärventy-misestä tai mentolin tai muiden aerosolia muodostavien aineiden lämpöheikkenemisestä. Aistinvaraiset vertailut, joilla verrattiin sellaisia tuotteita kaupallisesti saataviin vähätervaisiin mentolisavukkeisiin, osoittivat samanlaisia tuloksia mentolin maun havaitsemisesta ja sen vapautumisesta.

ESIMERKKI II

Muodostettiin samanlaisia savukkeita kuin esimerkissä I kuvattiin, mentolin kulkeutumisen tutkimiseksi alkupaikasta poltto-ainelähteeseen, 10 päivän jakson aikana 24/40 -kosteusoloissa (24 °C ja 45% suhteellinen kosteus). Kaikki prototyypit varustettiin likimain samalla määrällä mentolia. Protyypeillä A ja B mentolia lisättiin suoraan sekä tupakkavaippaan että aerosolia sisältävään alustaan. Prototyypeillä C ja D mentolia oli Kim-berley-Clark'in tupakkapaperiarkissa P144-185-GAPF (arkkimate-riaali valmistettu ilman hiilisisältöä), joka sijaitsi aerosolin kehittämisvälineen ja suodattimen välissä. Prototyypillä E mentoli oli sijoitettu muovin tapaisten helmien päälle, joita saatiin Narrden Flavor House, Saksa, merkillä NFM. Helmet sijoitettiin onkaloon, joka oli tehty tuotteen suodatinosaan. Prototyypillä F mentoli sijoitettiin kokeelliseen sieniainee-seen, jota saatiin yhtiöstä Advanced Polymer Systems, merkillä DH-43-16 ja, ja joka sisällytettiin P144-185-GAPF tupakkapape-riarkkiin (arkkimateriaali valmistettu ilman hiilisisältöä), joka sijoitettiin aerosolin kehittämisvälineen ja tuotteen suo-datinosan välille. Prototyypillä G, joka valmistettiin esillä olevan keksinnön mukaisesti, mentoli sijoitettiin 10 mm pitkän esillä olevan keksinnön mukaisen hiilitäytteisen arkkimateri-aaliosuuden päälle, joka sijoitettiin aerosolin kehittämisvälineen ja suodattimen väliin.

29 81950

Kuten kuviosta 2 voidaan nähdä, on olemassa oleellinen mentolin kulkeutumisen väheneminen sellaisten tuotteiden poltto-ainelähteeseen, kun mentoli sijoitetaan esillä olevan keksinnön mukaiseen hiilitäytteiseen arkkimateriaaliin jota käytetään normaalin tupakkapaperikääreen sijasta.

Claims (13)

30 81 950

1. Tupakkatuote, johon kuuluu: polttoaine-elementti (10), fyysisesti erillinen aerosolin muodostusväline (12) sisältäen ainakin yhtä aerosolia muodostavaa ainetta ja erilliset välineet (24) aerosolin muodostusvälineen tuottaman aerosolin vapauttamiseksi tupakoitsijalle, tunnettu siitä, että vapauttamisväline (24) sisältää hiilitäytteistä arkkimateriaa-lia, joka sisältää ainakin yhtä aromiainetta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tupakkatuote, tunnettu siitä, että hiilitäytteinen arkkimateriaali on sylinterin muodossa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tupakkatuote, tunnettu siitä, että hiilitäytteinen arkkimateriaali on revitty.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen tupakkatuote, tunnettu siitä, että arkkimateriaalin hiilipitoisuus painoprosentteina on välillä noin 5-75 %.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tupakkatuote, tunnettu siitä, että arkkimateriaalin hiilipitoisuus painoprosentteina on välillä noin 10-40 %.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tupakkatuote, tunnettu siitä, että arkkimateriaalin hiilipitoisuus painoprosentteina on välillä noin 15-30 %.

7. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tupakkatuote, tunnettu siitä, että aromiaine on mentolia määränä, joka painoprosentteina on alueella noin 0,001 kyllästymiseen saakka. 31 81950

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen tupakkatuote, tunnettu siitä, että mentolin määrä painoprosentteina on välillä noin 3- 6 %.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen tupakkatuote, tunnettu siitä, että mentolin määrä painoprosentteina on välillä noin 4- 5 %.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 tai 7-9 mukainen tupakkatuote, tunnettu siitä, että hiilitäytteinen arkkimateriaa-li on tupakkaa sisältävää paperia.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen tupakkatuote, tunnet-t u siitä, että arkkimateriaalin tupakkapitoisuus painoprosentteina on noin 65 %.

12. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tupakkatuote, tunnettu siitä, että hiilitäytteisen arkkimateriaalisylinterin pituus on välillä noin 5-30 mm.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen tupakkatuote, tunnettu siitä, että hiilitäytteisen arkkimateriaalisylinterin pituus on välillä noin 5-15 mm. 32 81 950