NO20111626L - Røykeartikler og røykbare fyllstoffmaterialer derfor - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår røyktare fyllstoffmaterialer som kan være tobakksubstituttmaterialer, og røykeartikler som inkorporerer slike materialer.

Foreliggende søknad er avdelt fra norsk patentsøknad nr. 20040792.

Det har vært et formål over mange år å tilveiebringe et røykbart fyllstoffmateriale som har en redusert mengde biologisk materiale deri, for å redusere potentielle helseproblemer som synes å være relatert til brenning av slike biologiske materialer, for eksempel tobakk. På dette området er det en stor mengde litteratur som angår tobakksubstituttmaterialer eller alternative røykematerialer. Et problem med slike alternative materialer er at, med redusert mengde brennbart materiale i røykematerialet, kan forbrenningskarakteristikkene til de alternative materialene være vanskelig å kontrollere. Visse godt kjente forbrenningsmodifiserere, for eksempel brennadditiver, slik som alka!imetallsalt av organiske syrer, natrium eller kaliumacetat, for eksempel, eller brannretardenter, for eksempel kalsium eller magnesiumklorid, er deretter påkrevet for å kontrollere brennhastigheten.

US-patent nr. 4.109.664 beskriver anvendelsen av et cellulosebindemiddel, hvor minst en andel derav er en termogelerende substituert cellulose, i tillegg til dannelsen av luftbobler i slurryen ved anvendelse av en høyskjærblander. Internasjonal patentsøknad nr. WO 96/07336 og europeisk patentpublikasjon nr. 0 419 975 beskriver røykematerialer som anvender uorganiske fyllstoffmaterialerl (til tider agglomerert, som i EP 0 419 975), bindemiddel og aerosolgenererende midler. I ingen av disse dokumentene er det nevnt noe med partikkelstørrelse når det gjelder det uorganiske fyllstoffmaterialet, heller ikke deres effekt på den statiske brennhastigheten til en røykeartikkel som innbefatter disse røykemateri alene.

Foreliggende oppfinnelse angår funnet om at et nytt røykemateriaie har blitt fremstilt som inkorporerer ikke-brennbare uorganiske fyllstoffmaterialer, den midlere partikkelstørrelsen på disse materialene har en fordelaktig effekt på brennkarakteristikkene til røykematerialet.

Det er også et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et røykemateriaie som har positive effekter på en eller flere av smaks-, røyklukt- og vaskekarakteristikker til en røykeartikkel som inkorporerer disse materialene.

Det er videre et formål å tilveiebringe en fremgangsmåte for å kontrollere levering på en pr. dragbasis av en røykeartikkel som inkorporerer det nye røykematerialet.

Det er ytterligere et formål å tilveiebringe en fremgangsmåte for å kontrollere den statiske brennhastigheten til et røykemateriaie som har en forhåndsbestemt formulering.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et røykemateriaie som innbefatter et ikke-brennbart uorganisk fyllstoff, et bindemiddel, et aerosolgenererende middel, et ikke-brennbart fyllstoff som innbefatter en andel av materiale som har en midlere partikkelstørrelse i området 500 me som innbefatter et ikke-brennbart uorganisk fyllstoff, et bindemiddel, et aerosolgenererende middel, et ikke-brennbart fyllstoff som innbefatter en andel av materiale som har en midlere partikkelstørrelse i området 500 um til 20 um.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer ytterligere en fremgangmåte for å kontrollere den statiske brennhastigheten til en røykeartikkel, hvori røykeartikkelen innbefatter en stav av røykbart fyllstoffmateriale innpakket i et innpakningsmateriale, nevnte røykbare fyllstoffmateriale inkorporerer en del av et røykbart materiale som innbefatter et ikke-brennbart uorganisk fyllstoflfmateriale, et bindemiddel og aerosolgenererende midler, nevnte uorganiske fyllstoffmateriale innbefatter en andel materiale som har en midlere partikkelstørrelse i området 500 um - 20 um, partikkelstørrelsen av det uorganiske fyllstoffmaterialet er utvalgt for å tilveiebringe ønsket statisk brennhastighet, og/eller en mengde røykbart materiale er utvalgt i sammenheng med mengden tobakksmateriale i en blanding av røykbart fyllstoffmateriale for å tilveiebringe ønsket statisk brennhastighet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en røykeartikkel som innbefatter en stav av røykbart fyllstoffmateriale innpakket i et innpakningsmateriale, nevnte røykbare fyllstoffmateriale inkorporerer en andel av det røykbare materialet ifølge oppfinnelsen.

Foretrukket er det uorganiske fyllstoffmaterialet tilstede i området 60-90%, mer foretrukket 65-85%, enda mer foretrukket mer enn 65%, og enda mer foretrukket >70%, i forhold til vekten av det endelige arkmaterialet. Fordelaktig er det uorganiske fyllstoffmaterialet tilstede ved ca. 75 vekt-% av det endelige arkmaterialet.

Foretrukket er den midlere partikkelstørrelsen av det uorganiske fyllstoffmaterialet i området 500 um - 30 um, mer foretrukket 400 um - 50 nm, enda mer foretrukket i området 200 - 150 um og er mest foretrukket ved eller ca. 170 nm. partikkelstørrelsen er til forskjell fra vanligvis anvendte uorganiske fyllstoffmaterialer i alternative tobakksprodukter, nemlig en partikkelstørrelse på ca. 2 - 3 um. Partikkelstørrelsesområdet som observeres for hvert uorganisk fyllstoffmateriale individuelt kan være fra 1 um - 1 mm (1000 um). Det uorganiske fyllstoffmaterialet kan være malt eller presipitert til den ønskede partikkelstørrelsen.

Fordelaktig er det uorganiske fyllstoffmaterialet et eller flere av perlitt, alumina, kiselgur, kalk, vermikulitt, magnesiumoksid, magnesiumsulfat eller andre uorganiske fyllstoffmaterialer. Tetthetsområdet til materialene er fortrinnsvis i området 0,1 - 3,97 g/cm3.

Hvis en kombinasjon av uorganiske fyllstoffmaterialer anvendes, kan et eller flere av fyllstoffmaterialene foretrukket være av en liten partikkelstørrelse og et annet kan være av en større partikkelstørrelse, hvor forholdet mellom fyllstoffmaterialer er egnet for å oppnå den ønskede midlere partikkelstørrelsen. Den statiske brennhastigheten som kreves i den ferdige røykartikkelen kan oppnås ved anvendelse av en passende blanding av tobakk og røykemateriaie i det røykbare fyllstoffmaterialet.

Foretrukket er det uorganiske fyllstoffmaterialet ikke i en agglomerert form. Det uorganiske fyllstoffmaterialet bør kreve lite forhåndsbehandling, i tillegg til mulig størrelsesgradering, før anvendelse.

Foretrukket er bindemiddelmaterialet tilstede i området fra ca. 5-13%, mer foretrukket mer enn 6% og enda mer foretrukket mer enn 7%, i forhold til vekten av det endelige arkmaterialet. Fordelaktig er bindemidlet ca. 7,5 vekt-% av det endelige arkmaterialet.

Fordelaktig er bindemidlet er organisk bindemiddel og er mest fordelaktig et algininbindemiddel. Hvis bindemidlet er en blanding av alginat og ikke-alginatbindemidler, da består foretrukket bindemidlet av minst 50% alginat, foretrukket minst 60% alginat og enda mer foretrukket minst 70% alginat. Mengden kombinert bindemiddel som kreves kan passende reduseres når et ikke-alginatbindemiddel anvendes. Mengden alginat i en bindemiddelkombinasjon øker fordelaktig, idet mengden kombinert bindemiddel reduseres. Egnet inkluderer bindemidlene løselige alginater, slik som ammoniumalginat, natriumalginat, natriumkalsiumalginat, kalsiumammoniumalginat, kaliumalginat, magnesiumalginat, trietanolaminalginat og propylenglykolalginat. Andre organiske bindemidler slike som cellulosebindemidler, gummier eller geler kan også anvendes. Egnede cellulosebindemidler inkluderer cellulose og cellulosederivater, slik som natriumkarboksymetylcellulose, metylcellulose, hydroksypropylcellulose, hydroksyetylcellulose eller celluloseetere. Egnede gummier inkluderer gummi arabicum, gummi ghatti, gummi tragakant, Karaya, locustbønne, acacia, guar, quincefrø eller xantangummier. Egnede geler inkluderer agar, agarose, karrageenaner, furoidan og furcellaran. Stivelser kan også anvendes som organiske bindemidler. Andre egnede gummier kan velges med referanse til håndbøker, slik som Industrial Gums, E. Whistler (Academic Press).

Mest foretrukket som bindemiddel er algininbindemtdler. Alginater er foretrukket i oppfinnelsen for deres brennegenskaper.

Foretrukket er det aerosolgenererende midlet tilstede i området 5-15%, mer foretrukket 7-13% og enda mer foretrukket 10-13%. Mest foretrukket er det aerosolgenererende midlet mellom 11 og 13%, og kan fordelaktig være 11,25 eller 12,5 vekt-% av det endelige arkmaterialet. Hensiktsmessig er mengden av aerosolgenererende middel valgt i kombinasjon med mengden tobakksmateriale til å være tilstede i blandingen omfattende det røykbare fyllstoffmaterialet av en røykeartikkel. For eksempel, i en blanding innbefattende en høy andel av arkmateriale med en lav andel av tobakksmateriale, kan arkmaterialet kreve et lavere ladningsnivå av aerosolgenererende middel deri.

Fordelaktig kan en del av det aerosolgenererende midlet være innkapslet, fortrinnsvis mikroinnkapslet, eller stabilisert på en eller annen måte. I slike tilfeller kan mengden aerosolgenererende middel være høyere enn det gitte området.

Foretrukket innbefatter en røykeartikkel ifølge oppfinnelsen tobakksmaterialet behandlet med aerosolgenererende midler. Foretrukket er mengden av aerosolgenererende midler tilsatt tobakken i området 2-6 vekt-% av tobakken, men kan være foretrukket opp til 12%.

Egnede aerosolgenererende midler inkluderer aerosoldannende midler utvalgt fra polyhydroksyalkoholer, slike som glycerol, propylenglykol og trietylenglykol; estere slik som trietylcitrat eller triacetin, høytkokende hydrokarboner eller ikke-polyoler, slik som glykoler, sorbitol eller melkesyre, for eksempel. En kombinasjon av aerosolgenererende midler kan anvendes. En ytterligere funksjon av de aerosolgenererende midlene er mykgjøring av arkmaterialet. Egnede ytterligere mykgjørere inkluderer vann.

Fordelaktig innbefatter røykematerialet et fargestoff for å mørkgjøre materialet og/eller et smaksstoff for å bevirke en spesiell smak. Egnede smaks- og fargematerialer inkluderer kakao, lakris, karamell, sjokolade eller toffee, for eksempel. Fint malt, granulert eller homogenisert tobakk kan også anvendes. Industrielt godkjente matfarger kan også anvendes, slik som El 50a (karamell), E151 (brilliant svart BN), El 53 vegetabilsk karbon eller El55 (brun MT). Egnede smaksstoffer inkluderer mentol og vanilin, for eksempel. Andre støpematerialer kan også være egnet. I et alternativ kan tilstedeværelsen av vermikulitt eller annet uorganisk fyllstoffmateriale gi en mørkere farge på røykematerialet. Det har blitt funnet at hvis hvitheten til det uorganiske fyllstoffmaterialet er mindre enn 95 Y, slik som for V100 kritt, er fargestoff ikke nødvendigvis påkrevet.

Foretrukket er farge- eller smaksstoffer tilstede fra 0-10%, og mer fordelaktig 5-7% i forhold til vekten av det endelige røykematerialet. Fordelaktig er farge og smak 5%, 6% eller 7% av det endelige røykematerialet. Når farge eller smak er kakao eller lakris, er for eksempel minimumsmengden derav 2-3%. Kakao kan foretrukket være tilstede i området 0-5%, foretrukket ca. 4% og lakris kan være tilstede i området 0-4%, foretrukket ca. 2%, i forhold til vekten av det ferdige røykematerialet.

Fordelaktig, hvis matfarge anvendes i alternativet er den tilstede i minst 0,5% i forhold til vekten av det ferdige røykematerialet. Fargestoffet kan alternativt være støvet inn i arket etter arkfremstitlingen.

Fibrene, slik som tremasse eller celluloseflbrer, kan tilsettes for å tilveiebringe arkmaterialet med en eller flere av en høy styrke, lav tetthet eller høy fyllstoffverdi. Fibrene kan være tilstede i området 1-10%, foretrukket 2-5%, og enda mer foretrukket ca. 3 vekt-% av det endelige arkmaterialet.

Overraskende har arkmaterialet ifølge oppfinnelsen tilstrekkelig styrke og har akseptabel tetthet uten behovet for høy skjærblanding for å generere lufting eller tilsetning av termogetererende bindemidler. Foretrukket er strekkstyrken av røykamateiralarket i området 1-2 N/mm. Selv om det er lavere enn vanlig rekonstitusjonerte tobakksark (på grunn av fravær av fiber bundet til slike rekonstitusjonerte ark), er materialet fremdeles sterkt nok til å gjennomgå den rigorøse behandlingen for vanlig arkprosessering. Det antas at dette er mulig på grunn av mindre mengde tverrbinding som opptrer mellom kalsiumioner i krittet og natriumioner i arket i løpet av tørkeprosessen. Det har blitt funnet at en forbedring i styrke kan oppnås hvis ytterligere mengder tverrbindingskatsiumsalter tilsettes til arkslurryen.

Foretrukket er tettheten til arket, som måles ved anvendelse av kvikksølvporøsitets-fremgangsmåten, i området 0,7-1,5 g/cc, foretrukket 0,9-1,2 g/cc. Kvikksølvporøsitets-fremgangsmåten gir en tilsynelatende eller skjelettetthetsmåling.

Fylleverdien til arket er i området 1,2-1,8 cc/g, og er foretrukket ca. 1,5 cc/g. rekonstitusjonerte tobakksark har en fylleverdi i området 3-6 cc/g.

Foretrukket blandes røykematerialet med tobakksmateriale for å tilveiebringe røykbart fyllstoffmateriale. Fordelaktig er hoveddelen av tobakksmateriale kuttet tobakk. Inklusjonsnivåene til røykematerialet ifølge oppfinnelsen og tobakksmateriale er fordelaktig i området 25:75 (røykemateiraie: tobakk) - 75:25, og er foretrukket i området 60:40 for fullsmakstilsatt produkt som leverer ca. 12 mg nikotinfritt tørt partikulært materiale (NFDPM).

Ventilering kan fordelaktig anvendes i røykeartikkelen ifølge oppfinnelsen for å redusere leveringen til < 9 mg NFDPM. Leveringen kan gjøres i området 2-6 mg NFDPM. Alternativt, eller i tillegg dertil, kan blandingen av røykbart fyllstoffmateriale forandres for å øke mengden røykbart materiale ifølge oppfinnelsen for å redusere røykekomponentteveringen.

Søkeren har funnet at med skjønnsomt utvalg av partikkelstørrelse av uorganisk fyllstoffmateriale, for en gitt formulering, kan den statiske brennhastigheten til røykematerialet forandres uten behovet for forandring i formuleringen. Dette representerer et signifikant nytt verktøy for produktutvikleren og sigarettdesign. I tillegg kan røyksmak og smakskarakteristikker og fysiske karakteristikker til røykeartikkelen inkorporeres i.røykematerialet ifølge oppfinnelsen og er for en stor del kontrollert av partikkelstørrelsesseleksjonen til det organiske fyllstoffmaterialet.

Foretrukket er den statiske brennhastigheten til røykeartikkelen som innbefatter arkmaterialet ifølge oppfinnelsen innenfor området 3 mm/min. til 8 mm/min. Mer foretrukket er den statiske brennhastigheten i området 4-7,5 mm/min. Mest foretrukket er den statiske brennhastigheten i området 4-6 mm/min.

Fordelaktig er røykematerialet et ikke-tobakksinneholdende ark.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1

Røykematerialene ifølge oppfinnelsen ble fremstilt ved oppveiing av 3 kg tørr formulering bestående av 74% kritt (uorganisk fyllstoffmateriale), 12% glycerol (aerosolgenererende middel), 8% natriumalginat (bindemiddel), 4% kakao og 2% lakris (farge/smaksstoffer). 8 1 vann ble gradvis tilsatt til en tørrblanding av kritt, glycerol, kakao og lakris. Alginater tilsettes tit blandingen med vannet. Blandingen blandes ved anvendelse av en Silverson-blander til slurryen når en passende konsistens (150.000 eps). Slurryen ble deretter støpt ved anvendelse av varmetrommelstøper for å fremstille et vått ark med en 1 mm tykkelse. Materialet strimles ved 31 cpi ved anvendelse av en strimler, blandes med oppkuttet tobakk og fremstilles til sigaretter. Sigaretter med 84 mm lengde som innbefatter et 27 mm filter ble pakket med papir med 50 CU. Tabell 1 detaljerer sammensetning og fysiske karakteristikker til krittet som anvendes. En kontrollsi gårett som innbefatter en blanding av 100% tobakk ble anvendt, værende en full laminamiks bestående av flyherdet Burley og Orientalkvaliteter, 40% av totalblandingen være DIET ekspandert tobakk. Hvert sett av testsigaretter innbefattet en blanding av 40% tobakk og 60% røykematerialark ifølge oppfinnelsen. Sigarettene ble røykt under ISO standardmaskinrøykebetingelser hvor et 35 cm<3>drag med to sekunders varighet ble tatt hvert minutt.

Det fremgår av tabell 1 at idet partikkelstørrelsen reduseres, øker den statiske brennhastigheten til røykeartikkelen. Optimalisering av partikkelstørrelsen og blandingen av forskjellige partikkelstørrelser vil gi et signifikant nytt verktøy for sigarettdesign. EKSEMPEL 2 Et ytterligere arkmateriale ble fremstilt ved å trommelstøpe formuleringen bestående av 75,25% kritt, 11,25% glycerol, 7,5 bindemiddel, 4% kakao og 2% lakris. Middel partikkelstørrelse av krittet var ca. 170 nm. Dette arkmaterialet fremviste akseptable røykekarakteristikker og fysiske karakteirstikker, slik som asking. EKSEMPEL 3 Tre sett sigaretter ble fremstilt med samme dimensjoner som i eksempel 1. Et sett innbefattet 100% tobakk (som for tobakken i eksempel 1), det andre settet innbefattet arkmateriale ved anvendelse av 100% V100 kritt og det tredje settet innbefattet arkmateriale som anvendte 100% presipitert kritt. Formuleringen av arkmaterialet var den samme som eksempel 2. Brennmålingene gitt i tabell 2 ble oppnådd under ISO standard røykebetingelser.

Fra tabell 2 fremgår det overraskende at røykeartikler ifølge oppfinnelsen, til tross for å ha et røykbart fyllstoffmateriale som innbefatter 60% arkmateriale ifølge oppfinnelsen, blir samme eller tilsvarende forbrenningsmekanismer som sigaretter som innbefatter 100% tobakk opprettholdt.

Claims (1)

1. Røykemateriaie, karakterisert ved at det omfatter tre hovedkomponenter som er et ikke-brennbart uorganisk fyllstoffmateriale, et bindemiddel og aerosolgenererende midler, idet det ikke-brennbare fyllstofftnaterialet innbefatter en andel av materiale som har en midlere partikkelstørrelse i området 500 u.m til 20 (im, og hvori: (a) de tre hovedkomponentene er til stede i området 93,75 - 95 vekt-% uttrykt ved vekten av røykematerialet; og (b) det ikke-brennbare uorganiske fyllstoffmaterialet er kritt og er til stede i området 74-90 %, de aerosolgenererende midlene er glycerol og er til stede i området 11,25 - 15 %, og bindemidlet er natriumalginat og er til stede i området 7,5 -13 %, alle uttrykt ved vekten av røykematerialet.

2. Røykemateriaie, karakterisert ved at det uorganiske fyllstoffmateriale er tilstede i området 75-85 vekt-% av det endelige arkmaterialet.

3. Røykemateriaie iføtge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det uorganiske fyllstoffmaterialet er tilstede ved 75 vekt-% av det endelige arkmaterialet.

4. Røykemateriaie ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den midlere partikkel størrelsen av det uorganiske fyllstoffmaterialet er i området 500 um - 30 um.

5. Røykemateriaie ifølge krav 4, karakterisert ved at den midlere partikkelstørrelsen av det uorganiske fyllstoffmaterialet er i området 400 um - 50 um.

6. Røykemateriaie ifølge krav 5, karakterisert ved at den midlere partikkelstørrelsen av det uorganiske fyllstoffmaterialet er i området 200 - 150 um.

7. Røykemateriaie ifølge krav 6, karakterisert ved at den midlere partikkelstørrelsen av det uorganiske fyllstoffmaterialet er ca. 170 um.

8. Røykemateriaie ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at tetthetsområdet til det uorganiske fyllstoffmaterialet er i området 0,1 - 3,97 g/cm <3> .

9. Røykemateriaie ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at bindemidlet er til stede i området fra ca.7,5 -13 vekt-% av det endelige arkmaterialet.

10. Røykemateriaie ifølge krav 9, karakterisert ved at bindemidlet er tilstede ved eller ca. 7,5 vekt-% av det endelige arkmaterialet.

12. Røykemateriaie ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at fibre er til stede i området 1 - 10 vekt-% av det endelige arkmaterialet.

13. Røykeartikkel, karakterisert ved ved at den omfatter en stav av røykbart fyllstoffmateriale som inkorporerer en andel av røykemateriaie i henhold til krav 1, hvori: (a) partikkelstørrelsen av det uorganiske fyllstoffmaterialet; og/eller (b) en mengde av røykemateriaie sammen med en mengde tobakkmateriale i en blanding av røykbart fyllstoffmateriale utvelges for å tilveiebringe den ønskede statiske brennhastigheten.

14. Røykeartikket ifølge krav 13, karakterisert ved at den statiske brennhastigheten er innenfor området 3mm/min til 8mm/min.

15. Røykeartikkel ifølge krav 14, karakterisert ved at den statiske brennhastigheten er i området 4 - 7,5 mm/min.

16. Røykeartikkel ifølge krav 15, karakterisert ved at den statiske brennhastigheten er i området 4-6 mm/min.

17. Røykeartikkel ifølge et hvilke som helst av kravene 13-16, karakterisert ved at nevnte røykeartikkel innbefatter tobakksmateri ale behandlet med aerosolgenererende midler, der mengden av de aerosolgenererende midlene tilsatt tobakken er i området 2-12 vekt-% av tobakken.

18. Røykeartikkel ifølge et hvilke som helst av kravene 13-16, karakterisert ved at inklusjonsnivåene av røykematerialet ifølge oppfinnelsen og tobakksmaterialet er i området 25:75 (røykemateriale:tobakk) - 75:25.