RO103964B1

RO103964B1 - Smoking article of mouthpiece cigarette type

Info

Publication number: RO103964B1
Application number: RO134919A
Authority: RO
Inventors: Dean Barnes Russel; Roger Shelar Gary; Paul Bullwinkel Edward; Francis Cartwright William; Eugene Chambers Leon Jr; Francisc Durocher Donald; Gillete Geer Roberto; George Kasbo Loyd; Roberto Radwanski Fred
Original assignee: R J Reynolds Tobacco Company U
Priority date: 1987-08-25
Filing date: 1988-08-17
Publication date: 1993-11-29
Also published as: SU1805884A3; NO883785L; US4903714A; JPS6471470A; MX163667B; BR8804273A; CA1306164C; EP0304759A2; CS575488A2; DK471488D0; OA08903A; PH25486A; NO167352B; MA21361A1; PL274373A1; EP0568107A3; NO167352C; DD298594A5; DE3855848T2; HUT50023A

Description

Invenția se referă la un articol de furnal tip țigaretă alcătuit dintr-un element combustibil, un sistem generator de aerosoli care este prevăzut, la capătul dinspre gura fumătorului, cu un muștiuc 5 pentru dirijarea aerosolului produs către fumător.

Sînt cunoscute articole de fumat care conțin două zone coaxiale, dar separate, din care una conține o sursă de 10 nicotină și aerosol iar cealaltă un material de încălzire, ca de exemplu, tutun, care servește la încălzirea sursei de material din prima zonă și provoacă degajarea nicotinei și aerosolilor. Aceste 15 două zone pot. fi formate cu ajutorul unei banderole cilindrice exterioare și un tub coaxial plasat în poziție centrală, care conține nicotină și aerosolul și comunică cu un muștiuc prin intermediul 20 căruia fumătorul inspiră aer combinat cu aerosol si nicotină (Brevet SUA nr. 3258015). ’

Dezavantajul acestuia constă în faptul că tubul coaxial nu este consumabil 25 sub acțiunea căldurii și în timp ce tutunul sau alt materia] care se află în zona inelară se consumă el rămîne întreg, pătrunzind în capătul părții articolului care arde mocnit. 30

Se mai cunosc articole de fumat (Brevet SUA nr. 3356094) alcătuite dintr-un tub de tutun, avînd atașat la un capăt un muștiuc. în interiorul tubului de tutun este plasat un tub de material 35 casant sub influența căldurii și acoperit, pe suprafața sa interioară cu nicotină. Astfel în timpul fumatului gazele calde sînt transportate către tubul interior și pun în libertate nicotină sub formă de 40 aerosol, care este inhalat de fumător. Articolul prezintă dezavantajul că în timpul fumatului au loc pierderi mari de nicotină și alte substanțe cu arome.

Un alt articol de fumat tip țigaretă 45 (Brevet SUA nr. 4340072) este alcătuit dintr-o vergea de material combustibil, o incintă de comunicare a .gazelor prin care pătrund gazele fierbinți de la elementul combustibil care arde și în care 50 se află substanțe inhalante, care în contact cu gazele fierbințâ produc în timpul fumatului aerosoli care sînt inhalați de către fumător.

Este cunoscut dc asemenea (Brevet European nr. 117355) un articol de fumat prevăzut cu muștiuc și un capăt din cărbune și care conține o sursă de căldură carbonacee și un material generator de arome avînd un substrat adiacent la muștiuc care este impregnat sau conține arome care se degajă sub influența căldurii.

Articole de fumat avînd un element combustibil și un element generator de aerosol separat fizic și care sînt prevăzute cu muștiuc sînt descrise și în Brevetul European nr. 174645.

Dezavantajele acestor articole de fumat constau în generarea insuficientă de aerosol, atît Ia început, cît și în timpul vieții produsului, gust ♦necorespunzător, neplăcut, datorat degradării tehnice a generatorului de fum și/sau agenților aromați zanți, prezența substanțială a produselor de piroliză și ardere incompletă și a fumului lateral precum și aspectul neplăcut.

Este cunoscut faptul că la țigaretele convenționale capetele de gură (muștiucurile) sînt alcătuite din materiale filtrante moderate de mare eficiență, cum ar fi vata de celuloză, care conțin de obicei fibre care sînt în primul rînd orientate în direcția de deplasare a fumului, avînd ca rezultat canalizarea aerului printr-o fracțiune mică a filtrului. Astfel la fumatul țigaretelor cu filtru se poate observa că numai o porțiune a filtrului apare decolorată, evidențiinduse canalizarea fumului în acea porțiune a filtrului, fenomenul respectiv de canalizare fiind adesea perceput de fumător ca o zonă fierbinte pe buze sau pe limbă.

Scopul prezentei invenții constă în posibilitatea reducerii temperaturii aerosolilor, percepute de către fumător, fără a se interfera cu cantitatea de aerosol cedată fumătorului, deci fără a reduJt ce această cantitate.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă, în realizarea unui muștiuc, confecționat dintr-un material care în timpul arderii elementului combustibil să acționeze ca un reductor de căldură și să ajute la diminuarea efectelor de zonă fierbinte percepută de fumător prin distribuirea aerosolului generat în timpul fumatului pe întreaga suprafață a muștiucului, ceea ce determină creșterea timpului de staționare a aerosolului în interiorul acestui muștiuc și are drept consecință reducerea temperaturii sale la momentul în care este perceput de către fumător.

Invenția elimină dezavantajele articolelor de fumat tip țigaretă cunoscute, precum și a țigaretelor convenționale prevăzute cu muștiuc, prin aceea că muștiucul include un segment de material nețesut, alcătuit din fibre termoplastice și avînd forma unui dop cilindric filtrant, precum și un element distanțier plasat între substratul care conține materialul generator de aerosol și segmentul format din fibre termoplastice nețesute, și care este sub formă de împletitură sau hîrtie împăturită în formă cilindrică și care conține tutun, fibrele termoplastice nețesute putînd fi fibre poliolefinice, de preferință polipropilenice sau fibre poliesterice.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu fig.1...6, care reprezintă:

- fig.1, vedere longitudinală a articolului de fumat care folosește un material de filtru conform invenției;

- fig. 1 A, secțiune transversală prin capătul aprins al articolului de fumat, o configurație de canal de trecere prin elementul combustibil;

- fig.2, vedere longitudinală a capătului de gură (muștiuc) pentru un articol de fumat fără segmentul cu material nețesut;

- fig. 2 A...2D, diverse variante de muștiucuri construite conform invenției de față;

- fig.3, diagrama temperaturilor ga zelor de ieșire în cazul articolelor de fumat cu muștiucuri conform figurilor 2; _;

- fig.4, schema instalației de obține5 re a materialului nețesut din termoplastice prin topire prin injecție pentru producerea segmentului din muștiuc conform prezentei invenții;

- fig.5, schema instalației de forma10 re a materialului termoplastic într-un segment cilindric de forma unui dop de filtru;

- fig.5 A, secțiune transversală printr-un sistem dublu conic folosit pen- iru adunarea sau îndoirea materialului într-un dop de filtru;

- fig.6, diagrama variației de temperatură în muștiuc.

Articolul de fumat tip țigaretă din 20 fig.1 are un element combustibil cărbunos 1 cu o multitudine de pasaje de trecere 2 preferabil cca. treisprezece aranjate conform fig. 1 A. Acest element combustibil este format dintr-un 25 amestec extrudat de carbon (de preferință din hîrtie carbonizată) liat cu carboximetil celuloză de sodiu SCMC, carbonat de sodiu și apă. Periferia 3 a elementului 1 este înconjurată de o ja30 chetă din fibre izolante 4, cum sînt fibrele de sticlă.

O capsulă metalică 5 acoperă o porțiune a capătului dinspre gură al elementului combustibil 1 și înglobează 35 elementul generator de aerosol separat fizic, care conține un material de substrat 6 ce poartă unul sau mai multe materiale producătoare de aerosol. Substratul poate fi sub formă de particu40 le, sub formă de tijă sau de alte forme. Capsula 5 este circumscrisă de o jachetă de tutun 7. Două pasaje sub formă de șliț 8 sînt prevăzute la capătul dinspre gură al .capsulei în centrul tubului ondulat. 45 La capătul dinspre gură al jachetei din tutun 7 se află o piesă 9 a capătului dinspre gură cuprinzînd un segment cilindric al unui element distanțier 10 și un segment de fibre termoplastice 50 nețesute 11 prin care ‘aerosolul trece mentele izolante au ca rezultat o degajare mare de căldură atît în timpul inspirării fumului cît și în timpul relativ lung de pauze între fumuri.

. Elementul combustibil 1 arc un dia-

103964
.5		6

spre fumător. Articolul, sau porțiuni ale acestuia sînt supraacoperite cu unul sau mai multe straturi de hîrtie de țigaretă 12...18.

La aprinderea articolului de fumat elementul combustibil arde, generînd căldura folosită pentru a volatiza materialul cu aromă de tutun și orice substanță sau substanțe suplimentare care formează aerosol din elementul generator de aerosol. Întrucît elementul combustibil este relativ scurt, conul de foc fierbinte, care arde, este întotdeauna închis față de elementul generator de aerosol maximizînd transferul de căldură spre elementul generator de aerosol și producția de aerosol care rezultă cînd este utilizat elementul conducător de căldură.

Datorită dimensiunilor mici și caracteristicilor de ardere ale elementului combustibil acesta începe de obicei să ardă practic pe aproape toată lungimea expusă în decurs de cîteva fumuri. Astfel această porțiune a elementului combustibil adiacentă generatorului de aerosol devine fierbinte în mod rapid crescînd semnificativ transferul de căldură spre generatorul de aerosol, în special, la fumurile de început sau de mijloc. Întrucît elementul combustibil este atît de scurt nu există niciodată o secțiune lungă de element combustibil care nu arde pentru a acționa ca reductor de căldură.

Întrucît substanțele producătoare de aerosol sînt separate fizic de elementul combustibil, acestea sînt expuse la temperaturi mai mici decît cele generate de combustibilul care arde reducînd la minim posibilitatea degradării termice.

Elementul combustibil cărbunos, scurt, clementul conducător de căldură și elementul izolant cooperează cu generatorul de aerosol pentru a furniza un sistem capabil să producă cantități substanțiale de aerosol în principiu, teoretic, la fiecare fum. Apropierea strînsă a conului de foc de generatorul de aerosol după cîteva fumuri, împreună cu ele10 metru mai mic decît o țigaretă convențională (adică mai mic sau egal cu 8 mm) și o lungime de aproximativ '30 mm, de preferință de cca. 10 mm sau mai puțin. Diametrul său este cuprins între cca. 2 și 8 mm de preferință cca. 4...6 mm. Densitatea elementului combustibil variază între cca.0,7 g/cm ...cca. 1,5 g/cm , este mai mare de cca. 0,85 g/cm. Elementul combustibil este confecționat. din carbon, conținutul său în carbon fiind de cel puțin 60...70%, de preferință cca.80% sau mai mult, în greutate. Sînt preferate elemente combustibile cu conținut înalt /de carbon deoarece ele produc produse de piroliză de ardere incompletă, în cantități minime puțin fum secundar sau chiar deloc, scrum puțin și au o capacitate carbonică mare. Pot fi folosite și elemente combustibile și cu un conținut mai scăzut de carbon, de exemplu, cca. 50...60%, în greutate, atunci cînd se folosește o cantitate mică de tutun sau o umplutură inerta.

Elementul generator de aerosol este separat fizic de elementul combustibil. Prin separație fizică se înțelege că substratul 6, containerul sau camera care conține materialele de generare a aerosolului nu este amestecat, cu elementul combustibil 1 sau cu o parte a lui. Acest aranjament facilitează reducerea sau eliminarea degradării termice a substanței care formează aerosol și a prezenței fumului lateral. Deși nu est.c o parte a elementului combustibil, elementul generator de aerosol este teșit, legat sau în orice caz adiacent clementului combustibil, astfel încît. acestea două sînt în relația de schimb de căldură prin conductibilitate. Relația de schimb de căldură prin conductibilitate se realizează prin existența unui element combustibil termic, cun ar fi o folie de

Ί metal, găurită, dinspre capătul aprins al elementului combustibil care conduce în mod eficient sau transferă căldura de la elementul combustibil care arde spre elementul generator de aerosol. Elementul generator de aerosol este distanțat la nu mai mult de 15 mm de capătul aprins al elementului combustibil 1 și are o lungime de cca. 2...60 mm, de preferință de cca. 5...40 mm fiind preferată lungimea de 20...35 mm. Diametrul variază între cca. 2 și 8 mm, de preferință cca. 3...6 mm. Elementul generator de aerosol include unul sau mai multe materiale termostabile care poartă una sau mai multe substanțe care formează aerosol, adică un material capabil să reziste la temperaturi înalte, controlate de cca. 400...600°C care pot exista lîngă combustibil fără descompunere semnificativă sau ardere. Utilizarea unui astfel de material ajută la menținerea chimismului simplu de fum al aerosolului, evidențiat de lipsa de activitate la testul Ames.

Materialele termostabile utilizate ca purtător sau substrat pentru substanța producătoare de aerosol sînt poroase și capabile să rețină compusul care formează aerosol și să elibereze vaporii potențiali de formare a aerosolului la încălzirea de către combustibil. Materialele termostabile sînt cărbuni absorbanți cum ar fi cărbune poros, grafit, cărbuni activați sau neactivați și alte produse asemănătoare. Alte materiale adecvate sînt de naturaă anorganică, cum ar fi ceramicele, sticla, alumina, vermiculita, argilele tip bentonită sau amestecuri ale acestora. Substanțele preferate sunt cărbunele și alumina. Astfel se utilizează un substrat de alumină de mare suprafață (cca.280 mp/gram) care este sintetizată timp de circa o oră la temperatură înaltă, mai mare de 1000°C, de preferință cca. 1400... 1550°C, urmată de spălare și uscare înainte de utilizare.

Substanța sau substanțele producătoare de aerosol din elementul ge nerator de aerosol sînt capabile să formeze un aerosol la temperatura existentă în elementul generator de aerosol la încălzirea sa de către elementul com5 bustibil 1 care arde. Ele sînt substanțe fără tutun neapoase care formează aerosol și sînt compuse din carbon, hidrogen și oxigen, dar pot include alte materiale, și se prezintă în formă solidă, semiso10 lidă sau lichidă. Punctul de fierbere sau de sublimare al substanței și/sau amestecului de substanțe variază pînă la cca.500°C. Substanțele avînd aceste caracteristici sînt alcooli polihidrici cum 15 ar fi glicerina, trietilenglicolul și propilenglicolul precum și esteri! alifatici ai acizilor mono, di sau policarboxilici cum este stearatul de metil, dimetil dodecandicatul, dimetil tetradodecandica20 tul și altele. Elementul generator de aerosoli conțin de preferință alcooli polihidrici sau amestecuri»ale alcoolilor polihidrici, iar generatorii de aerosoli sînt. aleși dintre glicerina, frietilenglicol 25 și propilenglicol.

Substanța care formează aerosolul este plasată în substratul de material 6 purtător și poate fi dispersată în acesta prin orice tehnică cunoscută în concen30 trație suficientă pentru a pătrunde prin, sau a acoperi materialul. Substanța care formează aerosolul este aplicată ca atare sau într-o soluție diluată prin picurare, pulverizare, depunere de vapori sau alte 35 tehnici similare. Cu materialul de substrat pot fi amestecate componente solide care formează aerosoli și împrăștiate înainte de formarea substratului final, încărcarea substanței care formează ae40 rosoli variază de la purtător la purtător și de la o substanță producătoare de aerosol la alta iar cantitatea de substanță lichidă care formează aerosol este cuprinsă între cca.20 și 140 mg, de prefe45 rință cca. 40...110 mg. Formatorul de aerosol purtat pe substrat este furnizat fumătorului ca material umed total sub formă de particule în proporție de peste cca. 2% în greutate de preferință între 50 15 și cca. 20% în greutate.

Elementul generator de aerosol include eventual unul sau mai mulți agenți aromatizanți volatili cum sînt mentolul, vanilina, cafea artificială, extract de tutun, nicotină, cofeină, lichioruri și alți 5 agenți care conferă aerosolului aromă și ^;poate conține orice alte materiale volatile, solide sau lichide plasate în capătul de gură (muștiuc) sau în încărcătura de tutun. Astfel, elementul de generare a 10 aerosolului este alcătuit din substratul de alumină de mai sus care conține extract de tutun uscat pulverizat, acid levalinic, sau pentaacetat de glucoza, unul su mai mulți agenți aromatizanți și 15 ca formator de aerosol, glicerina.

în aval de elementul combustibil 1 există o încărcătură de tutun, prin care sînt trecuți vaporii fierbinți pentru a extrage și distila componenții volatili din 20 tutun tară combustie sau piroliză substanțială.

Capsula metalică 5 din material conducător de căldură folosită drept container pentru elementul generator de 25 aerosol este o folie metalică, de exemplu folie de aluminiu cu o grosime mai mică de cca.0,01...0,1 mm. Grosimea și/sau tipul materialului conductibil pot varia pentru a realiza gradul dorit al 30 transferului de căldură. Așa cum se arată în fig.l, elementul conducător de căldură contactează sau acoperă partea posterioară a elementului combustibil 1 și formează containerul sau capsula 5 35 care înconjoară substratul 6 producător de aerosol. Elementul conducător de căldură se extinde peste nu mai mult de jumătate din lungimea elementului combustibil 1, adică se suprapune sau 40 contactează mai puțin de cca. 5 mm din spate, de preferință 2...3 mm din elementul combustibil 1, și nu interfera cu caracteristicile de aprindere și de ardere ; ale elementului combustibil. Acestele- 45 ment -ajută la stingerea elementului combustibil atunci cînd acesta s-a consumat pînă la punctul de contact cu elementul conducător acționînd ca un reductor de căldură și nu pătrunde prin 50 capătul aprins al articolului de fumat chiar atunci cînd elementul combustibil s-a consumat.

Periferia 3 a elementului combustibil 1 este înconjurată de elementele izolante dispuse ca o jachetă 4 din unul sau mai multe straturi, jacheta avînd grosimea de cca. 0,5 mm de preferință cel puțin 1 mm. Ea se extinde peste mai mult de cca. jumătate, dacă nu chiar peste întreaga lungime a elementului combustibil 1, adică peste practic întreaga periferie exterioară a elementului combustibil 1 și capsula 5 pentru elementul generator de aerosol. Jacheta 4 este confecționată din materialele izolante cum sînt fibrele ceramice, de tipul fibrelor de sticlă, cu puncte de înmuiere de cca. 650°C.

Pentru a mări cantitatea furnizată de aerosol, care altfel poate fi diluată prin infiltrația de aer radială (adică din afară) prin articol, se folosește hîrtia neporoasă de țigarete de la elementul generator de aerosol spre capătul de gură.

Aerosolul produs de un astfel de articol de fumat, constă din aer, oxid de carbon, formator de aerosol incluzînd orice aromă dorită și alte materiale volatile, apă și cantități minore de alte materiale. Aerosolul măsurat ca material umed total sub formă de particule produs de articolul de fumat nu aie activitate mutagenă Ia Testul Ames, adică nu există o relație de răspuns la doză între aerosol și numărul de modificări produse la microorganismele de test standard expuse la aceste produse. Conform testelor Ames un răspuns semnificativ dependent de doză indică prezența materialelor mutagene în produsele testate.

Articolul de fumat este prevăzut cu capătul de gură sau muștiucul 9 care cuprinde segmentul cilindric 11 dintrun material nețesut din fibre termoplastice formate prin topire cu insuflare, adunate sau îndoite sub forma unui dop filtrant convențional lung de 10...40 mm, preferabil de 15...35 nun și elementul distanțier 10 din hîrtie de tutun îndoită sau adunată, lung de aproximativ 5...30 mm, preferabil de 5...15 mm, amplasat între segmentul de material nețesut 11 și elementul generator de aerosol.

în fig.2 este ilustrat un articol de fumat control fără muștiuc, și în fig. 2 A...2 D este ilustrat un articol de fu’mat avînd configurație de piesă pentru capătul de gură 9. Conform fig.2, un tub gol din acetat de celuloză (30 mm lungime) supraacoperit cu o învelitoare de dop se îmbină cu un element de filtru de eficiență scăzută, supraacoperit. de asemenea cu hîrtie de dop filtrant. Secțiunea combinată de piesă pentru capăt de gură (muștiuc) se îmbină la secțiunea element combustibil jachetat - capsulă, printr-o mică secțiune din hîrtie albă-și clei.

Piesa pentru capăt, de gură din fig.2A are o secțiune de 10 mm de tutun de fumat și o secțiune de 30 mm din material nețesut din fibre de propilena topită prin insuflare. Piesa de capăt, de gură din fig.2 B are o secțiune de 10 mm din tub din acetat de celuloză și o secțiune de 30 mm din polipropilenă. Fig.2 C este similară cu fig. 2 B, cu excepția că ambele secționări au o lungime de 20 mm. Fig.2 D are o secțiune de 10 mm tutun de fumat, o secțiune de 10 mm din tub de acetat de celuloză și o secțiune de 20 mm din material polipropilenic.

Aceste articole au fost fumate în condiții umane care constau în 50 ml de volume de fumuri cu durata de 2 s, urmate de pauze de 28 s.

în fig.3 sîht ilustrate temperaturile gazelor de ieșire ale acestor articole. Aceste temperaturi au fost măsurate prin folpsirea unui termocuplu la cca. 1 mm de capătul piesei capătului de gură. Temperaturile gazelor de ieșire ale articolelor de fumat cu piesa de capăt de gură sînt substanțial reduse comparativ cu articolul de fumat de control. Această reducere în temperatura gazului de ieșire corespunde reducerii fierbințelii aerosolului perceput de fumător.

In fig.4, în care se ilustrează topirea 5 prin injecție a materialelor termoplastice extruderul 19 acționat de motorul 20 primește pelete de polimer termoplastic 21 din buncărul 22. Extruderul este încălzit suficient pentru a aduce polime10 rul la viscozitatea dorită pe măsură ce intră în matrița 23. Pe măsură ce polimerul iese din matrița 23, în mod normal vertical în jos, este contactat din ambele părți de aerul fierbinte din con15 ducta 24. Dacă este necesar, matrița 23 poate fi încălzită electric sau prin alte mijloace folosind conductele 25. Fibrele 26 sînt conduse de curentul de aer pe suprafața colectoare 27 formînd o 20 împletitură 28. Suprafața colectoare 27 poate cuprinde un tambur rotativ 29 care se mișcă în jurul axei *30. Materialul termoplastic este format într-o configurație cilindrică sau altă formă adecvată. 25 în fig.5 în care se ilustrează formarea materialului ca un dop de filtru, cilindrul rulat 31 din material de. fibră termoplăstică 28 este desfășurat și tras în conul 32 de preformare care adună 30 sau împachetează banda plată 28 întro configurație cilindrică adecvată pentru a intra într-un dispozitiv de producere a filtrelor. Cilindrul 33 primește o acoperire din bandă de hîrtie 34 (așa 35 numită învelitoare de filtru) și această combinație este tăiată în bucăți de lungimi dorite 35 folosind lama 36. înainte de intrarea în dispozitiv cu ajutorul unui aparat de aplicare, pe marginea înveli40 lorii dopului de filtrare se aplică un strat continuu de material adeziv. Pe măsură ce aceste componente trec prin dispozitivul de produs filtre, materialul format este comprimat în continuare sub forma 45 unei tije cu secțiune transversală cilindrică, în timp ce este acoperită cu învelitoarea 34. Pe măsură ce materialul adeziv contactează secțiunea învelită a tijei acoperite, aceasta este izolată cu un 50 mijloc de izolare. Această tijă de filtru

14 fără sfîrșit este apoi tăiată în bucățile 35 * cu ajutorul lamei 36. Materialele termQplastice sînt supuse și unei pretratări înainte de transformarea în formă de tije. Două astfel de tratamente ilustrate 5 în fig.5, pot include o pereche de role ; canelațe 37 folosite pentru încrețire și un dispozitiv de aplicare a lichidului 38 pentru tratarea superficială a materialelor, de exemplu, cu glicerină sau cu alți 10 umectanți. Se mai poate utiliza sistemul dublu conic ilustrat în fig.5 A, în locul conului simplu 32. Acest sistem cuprinde un con într-un alt con drept aparat de preformare. Materialul termoplastic sub 15 formă de bandă este introdus într-un spațiu inelar între conuri în stare tensionată, astfel îneît la punctul de intrare materialul se înfășoară în jurul porțiunii radiale a conului interior. Conurile se 20 pot mișca unul față de altul pentru a se asigura uniformitatea dorită și tăria dopului de filtru.

Pregătirea materialului sub formă de bandă pentru obținerea segmentului 25 din fibre termoplastice, utilizează ca polimeri termoplastici poliolefinele, ciim ar fi polipropilenă izostatică și polimerii de tipul poli (butilentereftalatul). Datorită naturii procesului de termoficare 30 cu topire prin injecție se pot folosi diverși aditivi (de exemplu, carbonat de calciu), care sînt încorporați în interiorul polimerului topit, prin aplicarea lor pe suprafața polimerului topit pe 35 măsură ce acesta este extrudat pentru a schimba structura benzii topite prin injectare și astfel performanța ei într-un element de filtru.

Greutatea de bază a materialelor 40 poate varia în funcție de un număr de factori ce includ procedeul folosit pentru formarea materialului respectiv precum și polimerul termoplastic specific folosit. Pentru materialele din polipro- 45 pilenă preferate folosite, greutatea de bază este cuprinsă în intervalul de la cca. 16,9...33,9 g/m².

Rezistența la întindere prin tracțiune a unor astfel de materiale este de la 50 cca. 45,3 pînă la 1359 g în direcția transversală a mașinii (CD) și cel puțin dea. 45,3 g în direcția mașinii (MD). Domeniile preferate sînt cuprinse între 317,1 g și cca. 1087,2 g în direcția mașinii (MD) și de cca. 226,5 g... 1041,9 g in direcția transversală a mașinii (CD). Materialele au, de asemenea, o rezistența la întindere prin tracțiune astfel aleasă, îneît raportul între MD și CD să fie de 1:1...4:1, de preferință 1:1...2:1. Această rezistență depinde de un număr de factori incluzînd orientarea fibrelor materialului în raport cu direcția mașinii și cu direcția transversală a mașinii, gradul fuziunii fibră cu fibră și distribuția fibrelor pe lățime.

Porozitatea Frazier a acestor materiale jfiețesute^ variază de la cca. 0,5 m/xn .s la 5^n ^n .s, de ppfșrință de la cca. 0,76 m/m .s la 5 m /m .s (pentru o probă de 5 pliuri). Testele de porozitate Frazier pe aceste materiifle sînt determinate folosind un tester Frazier cu permeabilitate la aer. Aceste măsurători de porozitate reflectă permeabilitatea la aer a materialului. Procedura este conformă cu Metoda 5450, din Normele Federal Test Methods Standard Nr. 191 A, iar o probă cu 5 pliuri este măsurată cu o duză de aer de 20 mm.

Proporția suprafeței deschise a acestor materiale este cuprinsă între 10 și 60% cu un domeniu preferat de la cca. 14 la 52%. Acest indicator este o măsură a gradului de deschidere a materialului și proprietatea este semnificativă în determinarea caracteristicilor de filtrare ale cilindrilor confecționatți din materiale termoplastice.

Materialul utilizat pentru formarea dopului filtrant este polipropilenă formată experimental prin topire cu injecție denumită P P - 10 F și care are o permeabilitate Frazier de-.cca. 600, o rezistență la întindere prin tracțiune de cca. 588,9 g (MD) și 317,1 g (CD) și o greutate de bază de cca. 25,35 g/m . Acest material are, de asemenea, încorporată în el glicerină într-o cântitate de cca. 2% în greutate, pentru a facilita formarea materialului sub forma unui cilindru. Cantitatea de glicerină poate varia între cca. 0,5 și 8% de preferință între cca. 1 și 4%.

Din punctul de vedere al performanței și/sau esteticii stabilitatea filtrului din segmente termoplastice folosite conform cu prezenta invenție poate varia în mod larg fără interferare semnificativă cu furnizarea de aerosol către fumător. Totuși este dezirabil a avea segment care se simte și are stabilitatea unei țigarete care folosește filtrul convențional din acetat de celuloză. Rezultate pentru evaluarea stabilității materialului filtrant, în acest sens pentru segmente de filtrare termoplastice din P P - 100 F, s-au obținut prin plasarea unui dop filtrant sub o placă de 19 mm diametru. Placa a fost adusă în contact cu filtrul și s-a citit un diametru inițial necomprimat. în aceste condiții asupra filtrului s-a aplicat o forță de 27 g. Placa a fost apoi încărcată cu o greutate suplimentară de 100 g. După cca. 10 s, sub această greutate s-a făcut o nouă citire. Stabilitatea a fost definită procentual și s-a calculat prin multiplicarea raportului dintre a doua citire și prima citire cu 100. în general, domeniul de stabilitate al filtrului este cuprins între cca. 94 și 99% cu un domeniu preferat de cca. 96...98%.

Căderea totală de presiune a articolelor care folosesc capătul de gură, conform prezentei invenții, este similară sau mai mică decît a țigaretelor convenționale. Căderea de presiune în capătul de gură însuși, variază în funcție de căderea de presiune din piesa de capăt frontală a articolului de fumat. Astfel ea este cuprinsă în intervalul de cca. 0,1...6,0 cm de apă/cm lungime de filtru, de preferință de cca. 0,7...1,5 cm/cm lungime de filtru. Căderea de presiune în filtru este căderea de presiune ^în centimetru de apă cînd 1050 cnr/min aer este trecut printr-un dop filtrant.. Aceste căderi de presiune pot. fi normalizate pe unitatea de lungime de filtru prin divizarea la lungimea filtrului.

Eficiența filtrului pe unitatea de lungime a unui segment de fibre termoplastice nețesute preparate conform invenției este cu mult mai mică decît cea a unui filtru convențional din acetat de celuloză, ceea ce permite să se folosească segmente mai lungi din fibre termoplastice nețesute fără interferarea cu furnizarea dorită de aerosol.

Lungimea segmentului de fibre termoplastice nețesute folosite în capătul de gură variază în mod larg în funcție de un număr de factori, incluzînd reducerea dorită de temperatură a aerosolului percepută de fumător, și este cuprinsă între cca. 10 și 40 mm, preferabil între cca. 15 și 30 mm.

Distanțierul 10 este preparat dintr-o serie de materiale incluzînd materialele de filtrare pentru țigaretele convenționale cum este vata din acetat de celuloză și materiale cum ar ti tutun, hîrtie cu conținut de tutun și un segment de materiale convenționale de filtru care înconjoară tubul.

Materialul prezentat utilizat, pentru construirea elementului distanțier este hîrtia cu conținut de tutun, care cuprinde o banda din material de tutun reconstituit care conține cca. 60% tutun în principal sub formă de tulpini curățate de scame și 35% tulpină de lemn moale (raportat la greutatea netă a materialului). Conținutul de umiditate al materialului sub formă de foiță este de cca

11...14%. Materialul are o rezistență netă la întindere de cca. 630...130 g/cm și o greutate de bază de cca. 38...44 g. Materialul este confecționat folosind un procedeu convențional de fabricare a hîrtiei incluzînd adăugarea a cca. 2% glicerină sau alt umectant, cca. 1,8% carbonat de potasiu, cca. 0,1% arome și cca. 1% agent pentru aspect comercial. Hîrtia de tutun poate fi formată ca un dop prin sistemul cu dublu con utilizat pentru formarea segmentului de fibre termoplastice nețesute.

Lungimea elementului distanțier variază invers cu lungimea segmentului de fibre termoplastice nețesute și este cuprinsă între 5 și 30 mm, preferabil între cca. 5 și 10 mm.

Confecționarea articolului de fumat de tipul celui prezentat în fig. 1 se face în modul următor (procentele sînt date în greutate, iar temperturile în °C).

Prepararea sursei de combustibil

Elementul combustibil (10 mm lungime, 4,5 mm diametru exterior) avînd o'densitate aparentă (în vrac) de cca. 0,86 g/mm·³ se prepară din cărbune (90% în greutate), liant SCMC (10% în greutate) și carbonat de calciu (1% în greutate).

Cărbunele se prepară prin carbonizarea unei hîrtii din esență de lemn tare fără conținut de talc sub o pătură de azot cu creșterea temepraturii în rate de cca. 10°C pe oră pînă la o temperatură finală de carbonizare de 750°C. După răcirea sub azot sub cca. 35°C, cărbunele se macină la o dimensiune dc 200 oehiuri/rețea. Cărbunele pulverizat se încălzește apoi la o temperatură de cca. 85O°C pentru eliminarea produselor volatile. După o nouă răcire sub azot la mai puțin de cca. 35°C, cărbunele se macină sub formă de pulbere fină adică o pulbere avînd un diametru mediu de particulă de aproximativ

Această pulbere fină se amestecă cu liant SCMC (9 părți carbon : 1 parte liant) 1% în greutate carbonat de calciu și apă suficientă pentru a se forma o pastă tare, de consistența unui aluat. Elementele combustibile sînt extrudate din această pastă avînd mai multe găuri centrale avînd fiecare un diametru de 0,55 mm și 6 găuri periferice avînd fiecare un diametru de cca 0,25 mm. Grosimea materialului sau spațiul dintre găurile centrale este de aproximativ 0,20 mm, iar grosimea medie exterioară (spațiul dintre periferie și găurile periferice) este de 0,48 mm după cum se vede în fig.l A.

.

Aceste elemente combustibile se coc apoi în atmosferă de azot la 900°C timp de 3 h după formare.

Extract, uscat pulverizat

Un amestec de tutun curățat se macină sub formă de praf și se extrage cu apă într-un rezervor din oțel inoxidabil la o concentrație de cca. 450...680 g de tutun la 3,78 1 de apă. Extracția se face la temperatură ambiantă prin agitație mecanică timp de 1...3 h. Amestecul este centrifugat pentru a elimina solidele suspendate, iar extractul apos se usucă prin pulverizare prin pompare continuă a soluției apoase într-un uscător convențional tip Anbydror Size Nr. 1 la o temperatură de intrare de la cca. 215 la 230 °C, urmat, de colectarea materialului pulverizant uscat la ieșirea din uscător. Temperatura de ieșire este de cca. 82...90°C.

Prepararea aluminei sinterizate

Alumina cu suprafață de^arie mare (aria suprafeței la cca.280 m/g) avînd o granulometrie de -14...+20 ochiuri/rețea sc sinterizează la o temperatură de cca. 1400...1550°C, timp de cca. 1 h, se spală cu apă și se usucă. Această alumină sînt erizată se combină într-un proces în două faze cu ingredienții arătați în tabelul I, în proporțiile indicate:

- Alumină......................68,0%;

- Glicerina.....................19,0%;

- Extract uscat.................7,0%;

- Material aromatizant......6,0%.

TOTAL....................100,0% .

Materialul aromatizant este un amestec de compuși aromați care simulează gustul fumului de țigaretă.

în prima fază extractul de tutun uscat se amestecă cu suficientă apă pentru a forma un nămol. Acest nămol se aplică apoi pe purtătorul de alumină descris mai sus prin amestecarea pînă ce acest, nămol se absorbă uniform de către alumină. Alumina tratată se usucă apoi pentru a reduce conținutul în umezeală la cca. 1% în greutate. în faza a doua, această alumină tratată se amestecă cu o combinație a celorlalți ingredienți .22

SCMC, se adaugă K2CO3 la 1 % în greutate, iar pentru a obține un nămol fin se adaugă apă, după care materialul se toarnă ca o foaie și se usucă. Hîrtia uscată se macină din nou într-o pulbere fină și se adaugă suficientă apă pentru a obține un amestec plastic, care este suficient de tare pentru a-și menține forma după extrudare și anume: un bulgăre din amestec manifestă numai o ușoară tendință de curgere într-o zi. Acest amestec plastic se încarcă apoi într-un extruder în trepte la temperatura camerei. Matrița de extrudere pentru tăierea extrudatului are suprafețe teșite pentru a facilita o curgere lină a masei plastice. Se aplică pe masa plastică y presiune joasă (sub 7,03 x 10,6 kg/ni ) pentru a o forța să treacă prin matriță de diametru de 4,6 mm. Tija umedă se lasă apoi să se usuce la temperatura camerei, peste noapte. Pentru a se asigura că s-a uscat complet se introduce apoi într-un cuptor la 80°C timp de două ore. Această tija uscată are o densitate de 0,85 g/cm³, un diametru de 4,5 nun și o abatere de la forma cilindrică de cca. 3%. Tija extrudată uscată se taie în bucăți de 10 mm lungime iar pe lungimea ei se execută găuri.

Extractul uscat pulverizat

Tutunul se macină pînă la un praf care se extrage cu apă într-un tanc din oțel inoxidabil la o concentrație de la cca. 450 la 680 g la 3,78 1 apă. Extracția ' se execută la temperatura ambiantă folosind agitația mecanică timp de cca.

1.. .3 h. Amestecul se centrifughează pentru a elimina solidele suspendate iar extractul apos se usucă prin pompare continuă a soluției apoase într-un uscător pul veri zator convențional tip Anhydro - Size Nr. 1 la o temperatură de intrare de cca. 215...230°C urmat de colectarea materialului sub formă de pulbere uscată la ieșirea din uscător. Temperatura de ieșire este de cca.

82.. .90°C.

Prepararea substratului

Se sinterizează alumină cu suprafață mare (arie de 280 nr/g) avînd granulo-.

metrie de -14...+20 ochiuri/rețea) la o temperatură de cca. 1400°C (timp de cca. 1 h) și apoi se răcește.

Alumina sinterizată (640 mg) se tratează în continuare cu o soluție apoasă conținînd 107 mg de extract, de tutun condiționat, uscat prin pulverizare și se usucă pînă la o umiditate de cca. 1% în greutate. Acest material se tratează apoi cu un amestec de 233 mg de glicerina și 17 mg de component, aromat.

Asamblarea

Capsula metalică pentru substrat este confecționată dintr-un tub de aluminiu înfășurat în spirală de 30 mm lungime avînd un diametru de circa 4,5 mm. Se poate utiliza și o capsulă trasă puternic dintr-un tub de aluminiu avînd o grosime de cca. 0,1016 mm, o lungime de cca. 32 mm și un diametru exterior de cca. 4,5 mm. Un capăt al tubului se ondulează pentru a izola capătul de gură al capsulei. Capătul izolat al capsulei este prevăzut cu două deschideri sub formă de fante (fiecare de cca. 0,65 mm x 3,45 mm - distanțate la 1,14 mm) pentru a permite trecerea formatorului de aerosol spre fumător. Pentru umplerea capsulei se folosesc aproximativ 170 mg de alumină modificată. După ce capsula metalică este umplută, se îmbină cu un element combustibil prin introducerea a cca. 2 mm din elementul combustibil în capătul deschis al capsulei.

Jacheta de izolare . Combinația element, combustibil capsulă se acoperă la capătul elementului combustibil cu o jachetă din fibră de sticlă lungă de 10 mm (avînd un punct de înmuiere de circa 650°C) cu 4% în greutate liant pe bază de pectină, la un diametru de cca. 7,5 mm peste care se suprapune hîrtie.

Jacheta din tutun

O tijă din tutun cu diametrul de 7,5 mm (lungă de 28 mm) avînd o supraacoperire din hîrtie pentru acoperit filtre 646 (de exemplu, de la o țigaretă fără filtru) este modificată cu o probă pentru menționați în tabel pînă cînd lichidul este absorbit total în purtătorul de alumină.

Asamblarea

Capsula folosită pentru a realiza articolul de fumat din fig. 1 se prepară din aluminiu tras. Capsula are o grosime medie de perete de cca. Q,01 mm și o lungime de cca. 30 mm, diametrul exterior fiind ce cca. 4,5 mm. Spatele containerului se izolează cu excepția a două deschideri mici (fiecare de cca. 0,65 x 3,45 mm la distanțe de cca. 1,14 mm) pentru a permite trecerea formatorului de aerosol spre fumător. Pentru încărcarea capsulei se utilizează cca. 325 mg de substrat producător de aerosol descris mai sus. Un element combustibil preparat ca mai sus se introduce în capătul deschis al capsulei umplute pe o adîncime de cca. 3 mm.

Jacheta de izolare

Combinația element combustibil capsulă se învelește la capătul elementului combustibil cu o jachetă din fibre de sticlă de 10 mm lungime (avînd un punct de înmuiere la cca. 650°C, cu 3 % în greutate liant de pectină la un diametru de cca. 7,5 mm. Jacheta din fibră de sticlă se învelește apoi cu un material de învelire interior, hîrtie.

Jacheta din tutun

Se modifică o tijă de 7,5 mm diametru din tutun 28 mm lungime învelită cu hîrtie prin introducerea unei probe care are în interior un pasaj longitudinal de

4,5 mm diametru.

Asamblarea

Combinația jachetă - element combustibil - capsulă se introduce într-un pasaj dc tijă cu tutun pînă ce jacheta din fibră de sticlă atinge tutunul. Secțiunile din fibră de sticlă și de tutun sc îmbină între ele cu un materia] exterior de învelire care circumscrie, atît combinația element combustibil - jachetă de izolare învelitoarc interioară, cît și tija de tutun acoperită. învelișul exterior este din hîrtie.

Se construiește un capăt de gură de tipul celui ilustrat în fig.1 prin combinarea a două secțiuni : (1) un distanțier de 10 mm lungime, 7,5 mm diametru adiacent capsulei, preparat dintr-un material de hîrtie de tutun și (2) un segment cilindric de 30 nun lungime, 7,5 mm diametru dintr-o bandă de polipropilenă nețesută preparată cu topire prin injectare, acoperit cu hîrtie. Ambele secțiuni ale piesei dc gură se prepară prin trecerea hîrtiei de tutun și a benzii din fibre termoplastice prin sistemul dublu con menționat mai sus. Aceste două secțiuni se combină cu o învelitoare din hârtie. Secțiunea piesei de gură combinată se îmbină cu secțiunea element combustibil - jachetat-capsulă cu o acoperitoare finală din hîrtie.

Articole de fumat similare cu piese pentru capătul de gură conform fig. 2 și 2 A... 2 D, se confecționează în modul următor: (Articolul din fig. 2 servește ca articol de control pentru articolele din fig. 2 A...2 D care au piese de capăt de gură conform prezentei invenții).

Prepararea elementului combustibil

Hîrtia Kraft (fără talc) din esență de lemn tare se toacă și se introduce într-un cuptor cu diametrul de 228 mm și cu adîncimea de 228 mm din oțel inoxidabil. în interiorul cuptorului se purjează azot, temperatura în cuptor sc ridică la 200°C și este menținută la această valoare timp de 2 h. Temperatura în cuptor se mărește cu 5°C/h pînă la 350°C și se menține la această valoare 2 h'. Temperatura este apoi crescută tot cu 5^QC/h pînă la 750°C pentru piroliza în continuare a celulozei. Cuptorul se menține din nou timp de 2 h la această ultimă temperatură pentru a se asigura încălzirea uniformă a carbonului. Cuptorul se răcește apoi la temperatura camerei, iar cărbunele se macină într-o pulbere fină (sub 400 ochiuri). Această pulbere are o densitate de 0,69 g/cm³ iar nivelul de hidrogen + oxigen de 4%.

Nouă părți din această pulbere de carbon se amestecă cu o pulbere de

24 a avea un pasaj longitudinal (cu un diametru de 4,5 mm).

Asamblarea

Combinația element combustibil jachetat - capsulă se introduce în pasajul din tija de tutun pînă cc jacheta din fibre de sticlă apasă pe tutun. Secțiunile din fibră de sticlă și din tutun se supraacoperă cu hîrtie. Articolele de fumat se asamblează în modul descris mai sus.

în înțelesul prezentei descrieri și numai în scopurile prezentei cereri, termenul aerosol este definit ca incluzînd vapori, gaze particule și altele asemănătoare, atît vizibile și invizibile și în special, acei componenți resimți ți de fumători ca de tip fum generat de acțiunea căldurii de la arderea elementului combustibil, asupra substanțelor conținute în elementele generatoare de aerosol sau în altă parte a articolului, de fumat. Termenul aerosol include de asemenea, agenți aromați volatili și/sau agenți activi farmacologic sau psihologic indiferent de faptul că produc sau nu aerosol vizibil.

Așa cum este utilizată în descriere expresia în relație de schimb de căldură conductivă de finește un aranjament fizic al elementului generator de aerosol și al elementului combustibil în care căldura este transferată prin conducție de la elementul combustibil care arde spre elementul de generare a aerosolului în mod practic în întreaga perioadă de ardere a elementului combustibil. Relația de schimb de căldură conductivă poate fi realizată prin plasarea elementului generator de aerosol în contact cu elementul combustibil și astfel, foarte aproape de porțiunea aprinsă a elementului combustibil și/sau prin utilizarea unui element conductibil pentru a transfera căldura de la elementul combustibil spre elementul de generare a aerosolului.

Sînt utilizate ambele metode de a asigura transferul dc căldură conductiv.

Termenul carbonaceu, conform prezentei descrieri înseamnă în primul rînd un material care conține carbon.

Termenul element de izolare, se aplică tuturor materialelor care acționează în special ca izolanți. De preferință, aceste materiale nu ard în timpul folosirii, dar ele pot include materiale cu carbon sau asemănătoare care ard lent ca și materiale care devin fuzibile în timpul utilizării, cum ar fi specii de fibre dc sticlă de temperaturi joase. Izolanții adecvați au o conductibilitate termică în gigacalorii (sec) (cin ) (°C/cm) de mai puțin decît cca. 0,05, de preferință sub 0,02 cel mai preferabil mai puțin de cca. 0,005 (Hackh’S Chemical Dictionary 672 ed.4, 1969 și Lange’s Handbook of Chemistry 10, 272-274 ediția 1 l-a, 1973).

Articolele de fumat care folosesc capetele de gură (muștiucurile) îmbunătățite conform prezentei invenții sînt capabile să furnizeze cel puțin 0,6 mg de aerosol, măsurat ca material umed total sub formă de particule în primele trei fumuri, în condițiile de fumat F.T.C. care constau în 35 ml de fumuri timp de 2 s, separate de 58 s dc pauză. Se mai pot emite 1,5 mg sau mai mult aerosol în primele 3 fumuri. De preferință se pot furniza 3 mg, sau chiar mai mult aerosol în primele 3 fumuri în condițiile de fumat F.Ț.C. în plus, la unele articole de fumat confecționate conform invenției se asigură în medie cel puțin 0,8 mg de material umed total sub formă de particole, timp de cel puțin circa 6 fumuri, de preferință cel puțin cca. 10 fumuri în condiții de fumat F.T.C.

Articolele de fumat de tipul descris se pot utiliza ca atare sau pot fi modificate pentru a fi folosite ca articole pentru administrarea de medicamente, de exemplu, materiale volatile active farmacologic sau psihologic cum sînt efedrina, metaprotenerolul, ferbutalina sau altele similare.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- se reduce sau se elimină degradarea termică a substanței care generează aerosol și prezența fumului secundar, prin separarea elementului generator de aerosol de clementul combustibil;

- piesele conductoare de căldură acționează ca un absorbant de căldură și nu ies în evidență din capătul de aprindere nici după ce clementul combustibil s-a consumat;

- piesa de introdus în gură (muștiucul) care canalizează substanțele generatoare de aerosol vaporizate către gura fumătorului ține departe căldura conului de foc de gură și dc degetele fumătorului și asigură o răcire a aerosolului fierbinte înainte de a ajunge la fumător;

- cantitatea totală de particule umede degajate în timpul fumatului nu are activitate mutagenică, după cum s-a dovedit prin tesle standard, cu microorganisme, expuse la aceste produse;

- lipsa de cenușă în timpul fumatului, întrucît elementul combustibil este ars, în esență fiind transformat în oxizi de carbon, cu generare relativ mică dc cenușă, astfel încît nu este necesară depozitarea acesteia;

- se produc aerosoli asemănători cu fumul de tutun fără gust nedorit datorat arderii superficiale sau descompunerii termice a materialului care formează aerosoli;

- reducerea temperaturii gazului care ajunge la dispozitivul generator de aerosoli, ceea ce duce la reducerea degradării termice și/sau a pirolizei com-.

ponentclor aerosolului utilizat.

Claims

Revendicări

1. Articol de fumat tip țigaretă prevăzut cu un muștiuc (9) și care închide un substrat (6) conținînd un material care generează un aerosol asemănător fumului dc tutun prin acțiunea căldurii în timpul fumatului, caracterizat prin aceea că, în scopul reducerii temperaturii aerosolilor percepuți de către fumător, fără a se interfera cu cantitatea de aerosol cedată fumătorului muștiucul (9) include un segment (11) de material nețesut alcătuit din fibre termoplastice și avînd forma unui dop cilindric filtrant precum și un element distanțier (10) plasat între substratul (6) și segmentul (Π) avînd forma cilindrică și care conține tutun.
2. Articol de fumat tip țigaretă, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că fibrele termoplastice din materialul nețesut pot fi fibre poliolefinice, de preferință polipropilenice sau pot fi fibre poliesterice.