BR112014033121B1 - Fonte de calor combustível, artigo de fumo, e método de produção de fonte de calor combustível - Google Patents

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Abstract

fonte de calor combustível, artigo de fumo, e método de produção de fonte de calor combustível. a presente invenção refere-se a uma fonte de calor combustível (4) para um artigo de fumo (2) que compreende carbono e um agente de ligação. o agente de ligação inclui uma combinação de três componentes ligantes: um material ligante polimérico orgânico, um sal de queima de carboxilato e um material ligante incombustível inorgânico. pelo menos um material ligante incombustível in orgânico compreende um material de silicato em folha. preferivelmente, a fonte de calor combustível compreende adicionalmente um auxiliador de ignição.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a uma fonte de calor combustível para um artigo de fumo, a fonte de calor compreendendo carbono e um agente de ligação aperfeiçoado incluindo uma combinação de materiais ligantes orgânicos e inorgânicos. A invenção se relaciona, adicionalmente, a um artigo de fumo aquecido compreendendo tal fonte de calor combustível e um substrato de formação de aerossol.
[0002] Um número de artigos de fumo em que o tabaco é aquecido preferivelmente do que queimado tem sido proposto na técnica. Um objetivo de tais artigos de fumo ‘aquecidos’ é reduzir constituintes de fumaça nocivos conhecidos do tipo produzido pela combustão e degradação pirolítica de tabaco em cigarros convencionais.
[0003] Em um tipo conhecido de artigo de fumo aquecido, um aerossol é gerado pela transferência de calor de uma fonte de calor combustível a um substrato de formação de aerossol localizado a jusante da fonte de calor combustível. Durante o ato de fumar, os compostos voláteis são liberados a partir do substrato de formação de aerossol por transferência de calor a partir da fonte de calor combustível, e arrastados no ar retirado através do artigo de fumo. A medida que os compostos liberados resfriam, eles condensam para formar um aerossol que é inalado pelo usuário.
[0004] Por exemplo, o WO-A-2009/022232 revela um artigo de fumo compreendendo uma fonte de calor combustível, um substrato de formação de aerossol a jusante da fonte de calor combustível, e um elemento de condução de calor ao redor e em contato com uma porção traseira da fonte de calor combustível e uma porção dianteira adjacente do substrato de formação de aerossol. O elemento de condução de calor no artigo de fumo do WO-A-2009/022232 ajuda a transferir o calor gerado durante combustão da fonte de calor ao substrato de formação de aerossol.
[0005] Algumas fontes de calor à base de carbono incorporam um ligante orgânico, tal como um derivado de celulose, para ajudar a aperfeiçoar a integridade da fonte de calor durante produção, processamento e armazenagem. Contudo, os ligantes orgânicos são tipicamente combustíveis nas temperaturas alcançadas dentro da fonte de calor durante queima. Como um resultado, os ligantes orgânicos verificaram-se se desintegrarem durante o ato de fumar do artigo de fumo aquecido, conduzindo a uma perda de integridade da fonte de calor.
[0006] A desintegração do ligante orgânico pode resultar na deformação da fonte de calor durante e após a queima, que pode, por sua vez, causar craqueamento ou quebra da fonte de calor, ou a liberação de cinza a partir da fonte de calor queimada. Além disso, durante queima do ligante orgânico, gases são tipicamente liberados, que criam pressão dentro da fonte de calor, aumentando adicionalmente a probabilidade de craqueamento ou quebra.
[0007] Seria desejável proporcionar uma fonte de calor combustível para um artigo de fumo aquecido, que tem integridade aperfeiçoada durante e após o ato de fumar. Seria particularmente desejável proporcionar tal fonte de calor combustível que também tem propriedades de queima aperfeiçoadas.
[0008] De acordo com a invenção, é proporcionada uma fonte de calor combustível para um artigo de fumo, a fonte de calor combustível compreendendo carbono e um agente de ligação incluindo pelo menos um material ligante polimérico orgânico, pelo menos um sal de queima de carboxilato, e pelo menos um material de ligante orgânico incombustível, no qual o pelo menos um material ligante incombustível inorgânico compreende um material de silicato em folha.
[0009] De acordo com a invenção, é também proporcionado um artigo de fumo compreendendo uma fonte de calor combustível, de acordo com a invenção, conforme definido acima, e um substrato de formação de aerossol a jusante da fonte de calor combustível.
[00010] A invenção proporciona, adicionalmente, o uso de um agente de ligação para aperfeiçoar a integridade de uma fonte de calor combustível contendo carbono para um artigo de fumo, o agente de ligação compreendendo pelo menos um material ligante polimérico orgânico, pelo menos um sal de queima de carboxilato, e pelo menos um material ligante incombustível inorgânico, no qual o pelo menos um material ligante incombustível inorgânico compreende um material de silicato em folha.
[00011] A invenção proporciona, adicionalmente, um método de produção de uma fonte de calor combustível tendo integridade aperfeiçoada, o método compreendendo as etapas de: combinar um ou mais materiais contendo carbono com um agente de ligação incluindo pelo menos um material ligante polimérico orgânico, pelo menos um sal de queima de carboxilato, e pelo menos um material ligante incombustível inorgânico, no qual o pelo menos um material ligante incombustível inorgânico compreende um material de silicato em folha; pré-formar a mistura do um ou mais materiais contendo carbono e o agente de ligação em uma haste alongada; e secagem da haste alongada.
[00012] A fonte de calor combustível da invenção pode ser uma fonte de calor extrudada, formada por um processo de extrusão, conforme descrito em mais detalhe abaixo. Alternativamente e preferivelmente, a fonte de calor combustível da invenção pode ser uma fonte de calor prensada, formada por um processo de prensagem, conforme também descrito em mais detalhe abaixo. As fontes de calor prensadas verificaram-se mostrar o maior aperfeiçoamento na integridade como um resultado do uso de um agente de ligação incluindo a combinação de três componentes definidos acima.
[00013] O termo "agente de ligação" é usado aqui para se referir ao componente da fonte de calor combustível que liga o carbono e quaisquer outros aditivos dentro da fonte de calor juntos, tal que uma fonte de calor sólida pode ser formada que retém sua estrutura.
[00014] O termo "sal de queima de carboxilato" é usado para se referir a um sal de um ácido carboxílico, que é acreditado modificar a combustão de carbono. Preferivelmente, o sal de queima de carboxilato compreende um cátion monovalente, divalente, ou trivalente, e um ânion de carboxilato à temperatura ambiente, no qual o ânion de carboxilato queima quando a fonte de calor combustível é acendida. Mais preferivelmente, o sal de queima de carboxilato é um sal de queima de carboxilato de metal alcalino compreendendo um cátion de metal alcalino monovalente e um ânion de carboxilato à temperatura ambiente, no qual o ânion de carboxilato queima quando a fonte de calor combustível é acendida. Exemplos específicos de sais de queima de carboxilato que podem ser incluídos no agente de ligação da fonte de calor combustível da invenção incluem, mas não são limitados a, acetatos de metal alcalino, citratos de metal alcalino, e succinatos de metal alcalino.
[00015] Em certas concretizações, o agente de ligação pode incluir um sal de queima de carboxilato simples. Em outras concretizações, o agente de ligação pode compreender uma combinação de dois ou mais sais de queima de carboxilato diferentes. Os dois ou mais sais de queima de carboxilato diferentes podem compreender ânions de carboxilato diferentes. Alternativamente ou em adição, os dois ou mais sais de queima de carboxilato diferentes pode compreender cátions diferentes. Por meio de exemplo, o agente de ligação pode compreender uma mistura de um citrato de metal alcalino e um succinato de metal alcalino terroso.
[00016] O termo "incombustível" é usado aqui para se referir a um material ligante inorgânico que não se queima ou se decompõe durante ignição e queima da fonte de calor combustível da invenção. O material ligante incombustível inorgânico é, portanto, estável nas temperaturas nas quais o agente de ligação é submetido durante queima da fonte de calor combustível, e permanecerá substan-cialmente intacto durante e após queima.
[00017] Os termos "a montante", "dianteiro", "a jusante" e "traseiro" são aqui usados para descrever as posições relativas dos componentes ou porções de componentes de artigos de fumo da invenção em relação a direção de ar retirado através dos artigos de fumo durante uso.
[00018] Na fonte de calor combustível da invenção, o carbono é combinado com um agente de ligação formado de uma combinação nova específica de materiais ligantes inorgânicos e orgânicos. Em particular, um material ligante polimérico orgânico, tal como aquele usado nas fontes de calor combustível da técnica anterior, é combinado com pelo menos um sal de queima de carboxilato e pelo menos um material ligante incombustível inorgânico no qual o pelo menos um material ligante incombustível inorgânico compreende um material de silicato em folha. Na seguinte descrição, o material ligante polimérico orgânico, o sal de queima de carboxilato, e o material ligante incombustível inorgânico, são referidos coletivamente como os "componentes ligantes".
[00019] O uso de um agente de ligação incluindo uma combinação específica de um material ligante polimérico orgânico, um sal de queima de carboxilato, e um material ligante incombustível inorgânico compreendendo um material de silicato em folha, foi vantajosamente verificado aumentar a integridade da fonte de calor combustível durante e após queima, comparado a uma fonte de calor compreen-dendo somente material ligante orgânico. A fonte de calor combustível da invenção exibe deformação reduzida devido a queima, de modo que a ocorrência de fraturas, quebra ou fragmentação da fonte de calor, é reduzida. Além disso, a fonte de calor combustível da invenção forma uma cinza mais coesiva após queima, de modo que partículas ou fragmentos da cinza são menos prováveis de quebrar a partir da fonte de calor. A aparência da cinza é também verificada ser aperfeiçoada, com uma consistência mais uniforme e uma cor mais escura e mais uniforme.
[00020] O termo "integridade" é aqui usado para se referir a capacidade da fonte de calor combustível da invenção permanecer completa ou intacta. Qualquer perda significante de integridade da fonte de calor combustível pode resultar em craqueamento ou quebra da fonte de calor. A integridade pobre de uma fonte de calor combustível pode também ser indicada pela geração de faíscas ou chamas durante acendimento da fonte de calor.
[00021] Conforme descrito em mais detalhe abaixo, uma medida quantitativa da integridade de uma fonte de calor combustível pode ser proporcionada usando um teste experimental em que a probabilidade de uma parte da fonte de calor combustível dentro de um artigo de fumo aquecido diminui sob condições de queima controlada, conhecida como "diminuição", é medida. Em particular, o teste proporciona uma comparação direta da integridade das fontes de calor combustível incluindo agentes de ligação diferentes. Verificou-se que a probabilidade de diminuição de uma fonte de calor combustível da invenção é reduzida comparada a probabilidade de diminuição sob as mesmas condições para uma fonte de calor combustível da técnica anterior incluindo somente material ligante orgânico.
[00022] Quanto mais baixa a probabilidade de diminuição de uma fonte de calor combustível, melhor a integridade da fonte de calor combustível é considerada ser. Preferivelmente, a probabilidade da diminuição de uma fonte de calor combustível da invenção é menos do que 20 por cento, mais preferivelmente menos do que 10 por cento e, mais preferivelmente, próximo a 0 por cento, sob as condições experimentais descritas abaixo.
[00023] O aperfeiçoamento proporcionado na integridade da fonte de calor combustível como um resultado do uso da combinação específica de componentes ligantes definidos acima, é maior do que pode ser previsto baseado no comportamento dos componentes ligantes individuais. Em adição, o uso da combinação dos três componentes ligantes foi mostrado proporcionar um aperfeiçoamento inesperado na resistência mecânica da fonte de calor combustível, conforme demonstrado por um aumento na resistência compressiva da fonte de calor combustível. O agente de ligação, portanto, proporciona surpreendentemente, efeitos vantajosos nas propriedades físicas da fonte de calor combustível da invenção.
[00024] Foi também vantajosamente verificado que a razão dos três componentes ligantes do agente de ligação da fonte de calor combustível da invenção pode ser ajustada de modo a modificar e aperfeiçoar as propriedades de queima da fonte de calor. Por exemplo, a razão dos componentes ligantes pode ser adaptada para aumentar a temperatura de queima ou a vida útil de queima da fonte de calor, comparada a uma fonte de calor incluindo somente material de ligante orgânico.
[00025] O uso de um agente de ligação compreendendo a combinação de três componentes ligantes diferentes na fonte de calor combustível da invenção foi também vantajosamente mostrado aumentar a velocidade de propagação de combustão do carbono da fonte de calor a partir da extremidade dianteira para a extremidade traseira da fonte de calor após ignição da extremidade dianteira da mesma. A propagação da combustão do carbono através da fonte de calor combustível é claramente mostrada por uma mudança na cor na superfície da fonte de calor combustível devido ao movimento a jusante de uma deflagração dianteira a partir da extremidade dianteira para a extremidade traseira da fonte de calor combustível. A propagação mais rápida da combustão do carbono através da fonte de calor combustível após ignição, vantajosamente reduz o tempo para primeira tragada. Conforme descrito em mais detalhe abaixo, os três componentes ligantes diferentes do agente de ligação cada um proporciona uma estrutura e função diferentes dentro da fonte de calor combustível. Além disso, os componentes ligantes cada um torna-se diferentemente após queima da fonte de calor combustível. A combinação das propriedades e comportamentos diferentes dos componentes ligantes proporciona efeitos de ligação aperfeiçoados e, em particular, o surpreendente aperfeiçoamento na integridade da fonte de calor combustível.
[00026] O ligante polimérico orgânico no agente de ligação da fonte de calor combustível da invenção é tipicamente formado de polímeros orgânicos longos e flexíveis. O material ligante polimérico orgânico é tipicamente um bom combustível que aperfeiçoa as qualidades de queima da fonte de calor combustível. Conforme colocado acima, o material ligante polimérico orgânico também ajuda a ligar o carbono durante a produção da fonte de calor combustível e antes da queima. Contudo, o material ligante polimérico orgânico queima após ignição da fonte de calor e, assim, não proporciona qualquer efeito de ligação significante durante ou após queima.
[00027] O material ligante polimérico orgânico pode incluir quaisquer ligantes poliméricos orgânicos adequados que não produzem subprodutos nocivos após aquecimento ou queima. O material ligante polimérico orgânico pode incluir um tipo simples de polímero orgânico, ou uma combinação de dois de tipos mais diferentes de polímero orgânico. Preferivelmente, o material ligante polimérico orgânico compreende um ou mais materiais de polímero celulósico. Os materiais de polímero celulósico adequados incluem, mas não são limitados a, celulose, celulose modificada, metil celulose, carboximetil celulose, hidroxipropil celulose, hidroxipropil metilcelulose, e combinações destes. Em concretizações particularmente preferidas da invenção, o material ligante polimérico orgânico compreende carboximetil celulose (CMC). Uma fonte adequada de CMC para uso na invenção é disponível de Phrikolat GmbH, Alemanha. Alternativamente ou em adição ao um ou mais materiais de polímero celulósico, o material ligante polimérico orgânico pode compreender um ou mais materiais de polímero não celulósico, incluindo, mas não limitados a, gomas, tais como, por exemplo, goma guar; farinha de trigo; amidos; açúcares; óleos vegetais, e combinações destes.
[00028] Preferivelmente, o agente de ligação inclui entre cerca de 25 por cento em peso e cerca de 80 por cento em peso do material ligante polimérico orgânico, mais preferivelmente, entre cerca de 30 por cento em peso e cerca de 75 por cento em peso do material ligante polimérico orgânico.
[00029] Em contraste ao material ligante polimérico orgânico, o sal de queima de carboxilato no agente de ligação da fonte de calor combustível da invenção tipicamente compreende íons que são geralmente menores em tamanho entre si, moléculas maiores na fonte de calor. O sal de queima de carboxilato promove a combustão da fonte de calor. Em adição, diferente do ligante orgânico, o sal de queima de carboxilato verificou-se reter uma estrutura coesiva ao redor das outras moléculas dentro da fonte de calor combustível durante e após queima, que ajuda a ligar os materiais de fonte de calor juntos. O sal de queima de carboxilato, portanto, aperfeiçoa a integridade da fonte de calor combustível durante e após queima, e reduz a probabilidade de deformação e quebra da fonte de calor. A retenção do efeito de ligação do sal de queima de carboxilato após queima adicionalmente aperfeiçoa a coesão e aparência do material de cinza.
[00030] A inclusão de um sal de queima de carboxilato na fonte de calor combustível da invenção adicionalmente proporciona aperfeiçoamento nas propriedades de queima da fonte de calor combus-tível. Em particular, o sal de queima de carboxilato pode aumentar o tempo de queima da fonte de calor combustível da invenção compa-rada às fontes de calor combustível incluindo somente material de ligante orgânico. Além disso, a promoção de combustão da fonte de calor pelo sal de queima de carboxilato pode capacitar uma fonte de calor combustível de uma densidade mais alta a ser usada em um artigo de fumo aquecido. Isto capacita que uma fonte de calor combustível seja produzida com uma quantidade mais alta do combustível de carbono para uma fonte de calor de um dado tamanho, que pode, adicionalmente, aperfeiçoar o tempo de queima da fonte de calor combustível.
[00031] Preferivelmente, o sal de queima de carboxilato é um sal de potássio ou de sódio de um ácido carboxílico, tais como um citrato, acetato ou succinato. Em concretizações preferidas, o sal de queima de carboxilato é um sal de citrato de metal alcalino. Em concretizações particularmente preferidas da invenção, o sal de queima de carboxilato é citrato de potássio, mais preferivelmente, citrato de mono-potássio.
[00032] A natureza do cátion e a natureza do ânion selecionados para o sal de queima de carboxilato podem ambas ter um impacto nas propriedades de queima da fonte de calor combustível e, em particular, no tempo útil de queima, na temperatura de queima, e na temperatura inicial durante ignição da fonte de calor combustível. A natureza do sal de queima de carboxilato e a quantidade de sal de queima de carboxilato incorporada no agente de ligação podem, portanto, serem ajustadas dependendo das propriedades de queima desejadas da fonte de calor combustível.
[00033] Preferivelmente, o agente de ligação compreende entre cerca de 5 por cento em peso e cerca de 50 por cento em peso do sal de queima de carboxilato, mais preferivelmente, entre cerca de 8 por cento em peso e cerca de 40 por cento em peso do sal de queima de carboxilato.
[00034] O material ligante incombustível inorgânico compreende um material de silicato em folha.
[00035] O material de ligante inorgânico é, preferivelmente, formado de um material com moléculas planas e inflexíveis, relativamente grandes. O material de ligante inorgânico é incombustível nas temperaturas alcançadas dentro da fonte de calor combustível durante a queima, de modo que o material de ligante inorgânico está ainda presente após ignição e queima da fonte de calor. O material de ligante inorgânico, portanto, retém suas propriedades de ligação, e continuará a ligar junto os materiais de fonte de calor após o ligante orgânico ter sido queimado. Em certos níveis, a adição de um material de ligante inorgânico pode, adicionalmente, aumentar a temperatura de queima da fonte de calor combustível de modo que as propriedades de queima podem ser ajustadas. Em particular, o nível do material ligante incombustível inorgânico pode ser ajustado para aumentar a temperatura da fonte de calor durante ignição.
[00036] O material de ligante inorgânico pode incluir quaisquer ligantes inorgânicos adequados que são inertes e não se queimam ou se decompõem durante combustão da fonte de calor. O material ligante incombustível inorgânico pode incluir um tipo simples de ligante inorgânico, ou uma combinação de dois de tipos mais diferentes de ligante inorgânico. Os materiais de silicato em folha adequados para inclusão no material ligante incombustível inorgânico incluem, mas não são limitados a, argilas, micas, serpentinitas, e combinações destas. Em concretizações particularmente preferidas, o material ligante incombustível inorgânico compreende uma ou mais argilas. Outros ligantes inorgânicos adequados para inclusão no material ligante incombustível inorgânico incluem, mas não são limitados a, derivados de alumina-silicato, silicatos alcalinos, derivados de calcário, compostos alcalinos terrosos e derivados, compostos de alumínio e derivados, e combinações destes.
[00037] O termo "argila" é aqui usado para se referir a materiais de filosilicato de alumínio formados de duas folhas dimensionais de íons de silicato e de aluminato, que formam uma estrutura em camada distinta no interior da argila. Argilas adequadas para uso no agente de ligação da fonte de calor combustível da invenção incluem, mas não são limitadas a, bentonita, montmorilonita e caolinita. Argilas adequadas são disponíveis de Worlee-Chimie GmbH, Germany ou Nanocor.
[00038] Particularmente preferivelmente, a uma ou mais argilas usadas no agente de ligação da fonte de calor combustível da invenção são argilas esfoliadas. O termo "argilas esfoliadas" é aqui usado para se referir a argilas que suportam um processo de esfoliação ou delaminação, em que a separação entre as camadas de folhas de silicato e aluminato é aumentada, em alguns casos por até 20 vezes ou mais.
[00039] A estrutura plana grande de material de silicato em folhas, tais como argilas, é, em contraste às moléculas flexíveis longas, do material de ligante orgânico e os íons pequenos do sal de queima de carboxilato. A combinação das moléculas de ligante com estas estruturas diferentes foi verificada ser efetiva na provisão de propriedades de ligação, não somente durante a produção e armazenagem da fonte de calor combustível da invenção, mas também durante a após queima.
[00040] Preferivelmente, o agente de ligação compreende entre cerca de 10 por cento em peso e cerca de 35 por cento em peso do material ligante incombustível inorgânico, mais preferivelmente, entre cerca de 15 por cento em peso e cerca de 35 por cento em peso do material ligante incombustível inorgânico.
[00041] Em concretizações particularmente preferidas da invenção, a fonte de calor combustível compreende um agente de ligação compreendendo uma combinação de carboximetil celulose como o material de ligante orgânico, citrato de potássio como o sal de queima de carboxilato, e argila como o material ligante incombustível inorgânico. Em certas concretizações preferidas, o agente de ligação compreende cerca de 73 por cento em peso de carboximetil celulose como o material de ligante orgânico, cerca de 17 por cento em peso de citrato de potássio como o sal de queima de carboxilato, e cerca de 10 por cento em peso de argila como o material ligante incombustível inorgânico.
[00042] Esta combinação de componentes ligantes foi verificada mostrar propriedades de ligação particularmente efetivas, e as fontes de calor combustível resultantes retêm integridade, com pouca ou nenhuma deformação visível ou craqueamento durante ou após queima. A cinza que permanece após combustão da fonte de calor combustível incluindo esta combinação de componentes ligantes foi também verificada ter uma coesão aperfeiçoada e aparência comparada às fontes de calor combustível da técnica anterior incluindo somente material de ligante orgânico.
[00043] As fonte de calor combustível da invenção, preferivelmente, compreendem entre cerca de 2 por cento em peso e cerca de 10 por cento em peso do agente de ligação incluindo os três componentes ligantes diferentes, mais preferivelmente, entre cerca de 4 por cento em peso e cerca de 10 por cento em peso do agente de ligação e, mais preferivelmente, entre cerca de 5 por cento em peso e cerca de 9 por cento em peso do agente de ligação. Em certas concretizações preferidas, as fontes de calor combustível da invenção compreendem cerca de 8 por cento em peso do agente de ligação
[00044] O agente de ligação é, preferivelmente, incorporado na fonte de calor combustível da invenção durante produção da fonte de calor. Uma combinação dos três componentes ligantes do agente de ligação pode ser incorporada no material de fonte de calor em uma única etapa durante produção, ou os três componentes ligantes podem ser adicionados em duas ou três etapas separadas.
[00045] Um ou mais componentes ligantes do agente de ligação podem ser adicionados aos outros componentes da fonte de calor combustível na forma de um pó sólido substancialmente seco. Alternativamente, um ou mais dos componentes ligantes do agente de ligação podem ser adicionados aos outros componentes da fonte de calor combustível na forma de uma solução de ligante compreendendo o um ou mais componentes ligantes dissolvidos ou suspensos em um solvente adequado, tal como água. Preferivelmente, pelo menos o sal de queima de carboxilato é adicionado aos outros componentes da fonte de calor combustível na forma de uma solução. Por exemplo, onde o sal de queima de carboxilato compreende citrato de potássio, uma solução de entre 5% em peso e 10% em peso de citrato de potássio em água, pode ser usada.
[00046] Onde um ou mais dos componentes ligantes do agente de ligação são incorporados na forma de uma solução de ligante, o pH da solução de ligante é, preferivelmente, adaptado a um pH básico de pelo menos pH 8, mais preferivelmente, pelo menos pH 10 e, mais preferivelmente, cerca de pH 12. O pH natural da solução tipicamente será acídico e, em tais casos, o pH pode prontamente ser aumentado através da adição de um álcali adequado.
[00047] Os componentes ligantes e, em particular, o material ligante polimérico orgânico são tipicamente sensíveis à mudanças no pH. Isto pode ser particularmente verdadeiro para um material ligante polimérico orgânico carregado, para qual um aumento no pH da solução de ligante pode influenciar a carga nas moléculas de ligante e, portanto, a configuração molecular e as propriedades de ligação. Foi verificado que o uso de uma solução de ligante tendo um pH básico (pH 8 ou acima) aperfeiçoa as propriedades de queima da fonte de calor combustível da invenção comparadas a uma fonte de calor combustível similar formada usando uma solução de ligante acídica. Em particular, verificou-se que a fonte de calor combustível tem uma vida útil de queima aumentada de modo que a fonte de calor combustível pode continuar a queima por um tempo mais longo.
[00048] Além disso, o uso de uma solução de ligante básica verificou- se produzir uma fonte de calor combustível de densidade aumentada e aperfeiçoa a integridade da fonte de calor combustível após queima, comparada a uma fonte de calor combustível similar formada usando uma solução de ligante acídica.
[00049] As fontes de calor combustível da invenção são fonte de calor contendo carbono compreendendo carbono como um combustível. Preferivelmente, as fontes de calor combustível de acordo com a invenção têm um teor de carbono de pelo menos cerca de 35 por cento, mais preferivelmente, de pelo menos cerca de 40 por cento, mais preferivelmente, de pelo menos cerca de 45 por cento em peso seco da fonte de calor combustível.
[00050] Em algumas concretizações, a fonte de calor combustível de acordo com a invenção, é uma fonte de calor à base de carbono. Conforme aqui usado, o termo "fonte de calor à base de carbono" é usado para descrever uma fonte de calor compreendida principal-mente de carbono. As fontes de calor à base de carbono combustível para uso em artigos de fumo, de acordo com a invenção, têm um teor de carbono de pelo menos cerca de 50 por cento, preferivelmente de pelo menos cerca de 60 por cento, mais preferivelmente, de pelo menos cerca de 70 por cento, mais preferivelmente, de pelo menos cerca de 80 por cento em peso seco da fonte de calor à base de carbono combustível.
[00051] As fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem ser formadas de um ou mais materiais contendo carbono adequados. Os materiais contendo carbono adequados são bem conhecidos na técnica, e incluem, mas não são limitados a, pó de carbono.
[00052] As fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, preferivelmente compreendem adicionalmente pelo menos um auxiliador de ignição.
[00053] Conforme aqui usado, o termo "auxiliador de ignição" denota um material que libera um ou ambos de energia e oxigênio durante ignição da fonte de calor combustível, onde a taxa de liberação de um ou ambos de energia e oxigênio pelo material não é difusão de oxigênio ambiente limitada. Em outras palavras, a taxa de liberação de um ou ambos de energia e oxigênio pelo material durante ignição da fonte de calor combustível é grandemente independente da taxa na qual o oxigênio ambiente pode alcançar o material. Conforme aqui usado, o termo "auxiliador de ignição" também denota um metal elementar que libera energia durante ignição da fonte de calor combustível, no qual a temperatura de ignição do metal elementar é abaixo de cerca de 500°C, e o calor de combustão do metal elementar é pelo menos cerca de 5 kJ/g.
[00054] Conforme aqui usado, o termo "auxiliador de ignição" não inclui sais de queima de carboxilato, conforme definido acima.
[00055] Auxiliadores de ignição adequados para uso na fonte de calor combustível da invenção são conhecidos na técnica.
[00056] As fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender um ou mais auxiliadores de ignição consistindo de um elemento simples ou composto que libera energia após ignição da fonte de calor combustível. A liberação de energia pelo um ou mais auxiliadores de ignição após ignição da fonte de calor combustível diretamente causa um ‘impulso’ na temperatura durante um estágio inicial de combustão da fonte de calor combustível.
[00057] Por exemplo, em certas concretizações, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender um ou mais materiais energéticos consistindo de um elemento simples ou composto que reage exotermicamente com oxigênio após ignição das fontes de calor combustível. Exemplos de materiais energéticos adequados incluem, mas não são limitados a, alumínio, ferro, magnésio, e zircônia.
[00058] Alternativamente ou em adição, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender um ou mais auxiliadores de ignição compreendendo dois ou mais elementos ou compostos que reagem entre si para liberar energia após ignição da fonte de calor combustível.
[00059] Por exemplo, em certas concretizações, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender um ou mais termites ou compostos de termite compreendendo um agente de redução, tal como, por exemplo, um metal, e um agente de oxidação, tal como, por exemplo, um óxido de metal, que reagem entre si, para liberar energia após ignição das fontes de calor combustível. Exemplos de metais adequados incluem, mas não são limitados a, magnésio, e exemplos de óxidos de metal adequados incluem, mas não são limitados a, óxido de ferro (Fe2O3) e óxido de alumínio (Al2O3)
[00060] Em outras concretizações, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender um ou mais auxilia- dores de ignição compreendendo outros materiais que suportam reações exotérmicas após ignição da fonte de calor combustível. Exemplos de metais adequados incluem, mas não são limitados a, materiais intermetálicos e bimetálicos, cerbetos de metal, e hidretos de metal.
[00061] Em concretizações preferidas, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, compreendem pelo menos um auxiliador de ignição que libera oxigênio durante ignição da fonte de calor combustível.
[00062] Em tais concretizações, a liberação de oxigênio pelo pelo menos um auxiliador de ignição após ignição da fonte de calor combustível resulta indiretamente em um ‘impulso’ na temperatura durante um estágio inicial de combustão da fonte de calor combustível pelo aumento da taxa de combustão da fonte de calor combustível.
[00063] Por exemplo, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender um ou mais agentes de oxidação que se decompõem para liberação de oxigênio após ignição da fonte de calor combustível. As fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender agentes de oxidação orgânicos, agentes de oxidação inorgânicos, ou uma combinação dos mesmos. Exemplos de agentes de oxidação adequados incluem, mas não são limitados a: nitratos, tais como, por exemplo, nitrato de potássio, nitrato de cálcio, nitrato de estrôncio, nitrato de sódio, nitrato de bário, nitrato de lítio, nitrato de alumínio, e nitrato de ferro; nitritos; outros compostos nitro orgânicos e inorgânicos; cloratos, tais como, por exemplo, clorato de sódio e clorato de potássio; percloratos, tais como, por exemplo, perclorato de sódio; cloritos; bromatos, tais como, por exemplo, bromato de sódio e bromato de potássio; perbromatos; bromitos; boratos, tais como, por exemplo, borato de sódio e borato de potássio; ferratos, tais como, por exemplo, ferrato de bário; ferritos; manganatos, tais como, por exemplo, manganato de potássio; permanganatos, tais como, por exemplo, permanganato de potássio; peróxidos orgânicos, tais como, por exemplo, peróxido de benzoil e acetona; peróxidos inorgânicos, tais como, por exemplo, peróxido de hidrogênio, peróxido de estrôncio, peróxido de magnésio, peróxido de cálcio, peróxido de bário, peróxido de zinco e peróxido de lítio; superóxidos, tais como, por exemplo, superóxido de potássio e superóxido de sódio; iodatos; periodatos; ioditos; sulfatos; sulfitos; outros sulfóxidos; fosfatos; fosfinatos; fosfitos; e fosfinitos.
[00064] Alternativamente ou em adição, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender um ou mais materiais sequestrantes ou de armazenagem de oxigênio que liberam oxigênio após ignição da fonte de calor combustível. As fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender materiais sequestrantes ou de armazenagem de oxigênio que armazenam e liberam oxigênio por meio de encapsulamento, fisisorção, quimiosorção, mudança estrutural, ou uma combinação dos mesmos. Exemplos de materiais sequestrantes ou de armazenagem de oxigênio adequados incluem, mas não são limitados a: superfícies de metal, tais como, por exemplo, superfícies de prata metálica ou de ouro metálico; óxidos de metal misturados; peneiras moleculares; zeólitos; estruturas de metal-orgânica; estruturas orgânicas cova-lentes; espinélios; e perovskites.
[00065] As fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender um ou mais auxiliadores de ignição consistindo de um elemento simples ou composto que libera oxigênio após ignição da fonte de calor combustível. Alternativamente ou em adição, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender um ou mais auxiliadores de ignição compreendendo dois ou mais elementos ou compostos que reagem entre si para liberar oxigênio após ignição da fonte de calor combustível.
[00066] As fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender um ou mais auxiliadores de ignição que liberam, ambos energia e oxigênio após ignição da fonte de calor combustível. Por exemplo, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender um ou mais agentes de oxidação que se decompõem exotermicamente para liberar oxigênio após ignição da fonte de calor combustível.
[00067] Alternativamente, ou em adição, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender um ou mais primeiros auxiliadores de ignição que liberam energia após ignição da fonte de calor combustível, e um ou mais segundos auxiliadores de ignição, que são diferentes do um ou mais primeiros auxiliadores de ignição, e que liberam oxigênio após ignição da fonte de calor combustível.
[00068] Em certas concretizações, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender pelo menos um sal de nitrato de metal tendo uma temperatura de decomposição térmica de menos do que cerca de 600°C, mais preferivelmente, de menos do que cerca de 400°C.
[00069] Preferivelmente, o pelo menos um sal de nitrato de metal tem uma temperatura de decomposição de entre cerca de 150°C e cerca de 600°C, mais preferivelmente, de entre cerca de 200°C e cerca de 400°C.
[00070] Em tais concretizações, quando a fonte de calor combustível é exposta a uma chama amarela convencional mais clara, ou a outro meio de ignição, o pelo menos um sal de nitrato de metal se decompõe para liberar oxigênio e energia. Isto causa um aumento inicial na temperatura da fonte de calor combustível, e também auxilia na ignição da fonte de calor combustível. Em seguida a decomposição do pelo menos um sal de nitrato de metal, a fonte de calor combustível continua a queimar a uma temperatura mais baixa.
[00071] A inclusão de pelo menos um sal de nitrato de metal resulta vantajosamente na ignição da fonte de calor combustível sendo iniciada internamente, e não somente em um ponto na superfície da mesma. Em certas concretizações, o pelo menos um sal de nitrato de metal é distribuído substancialmente homogeneamente através de toda a fonte de calor combustível.
[00072] Preferivelmente, o pelo menos um sal de nitrato de metal está presente na fonte de calor combustível em uma quantidade de entre cerca de 20 por cento e cerca de 50 por cento em peso seco da fonte de calor combustível.
[00073] Preferivelmente, o pelo menos um sal de nitrato de metal é selecionado a partir do grupo consistindo de nitrato de potássio, nitrato de sódio, nitrato de cálcio, nitrato de estrôncio, nitrato de bário, nitrato de lítio, nitrato de alumínio, e nitrato de ferro.
[00074] Em certas concretizações, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender pelo menos dois sais de nitrato de metal diferentes.
[00075] Em uma concretização, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, compreendem nitrato de potássio, nitrato de cálcio, e nitrato de estrôncio. Preferivelmente, o nitrato de potássio está presente em uma quantidade de entre cerca de 5 por cento e cerca de 15 por cento em peso seco das fontes de calor combustível, o nitrato de cálcio está presente em uma quantidade de entre cerca de 2 por cento e cerca de 10 por cento em peso seco da fonte de calor combustível, e o nitrato de estrôncio está presente em uma quantidade de entre cerca de 15 por cento em peso e cerca de 25 por cento em peso seco da fonte de calor combustível.
[00076] Em outras concretizações, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender pelo menos um peróxido ou superóxido que envolve ativamente oxigênio a uma temperatura de menos do que cerca de 600°C, mais preferivelmente, a uma temperatura de menos do que cerca de 400°C.
[00077] Preferivelmente, o pelo menos um peróxido ou superóxido envolve ativamente oxigênio a uma temperatura de entre cerca de 150°C e cerca de 600°C, mais preferivelmente, de entre cerca de 200°C e cerca de 400°C, mais preferivelmente, a uma temperatura de cerca de 350°C.
[00078] Em uso, quando a fonte de calor combustível é exposta a uma chama amarela mais clara, ou a outros meios de ignição, o pelo menos um peróxido ou superóxido se decompõe para liberar oxigênio. Isto causa um impulso inicial na temperatura das fontes de calor combustível, e também auxilia na ignição das fontes de calor combustível. Em seguida à decomposição do pelo menos um peróxido ou superóxido, a fonte de calor combustível continua a queimar a uma temperatura mais baixa.
[00079] Preferivelmente, o pelo menos um peróxido ou superóxido está presente nas fontes de calor combustível em uma quantidade de entre cerca de 20 por cento e cerca de 50 por cento pelo peso seco das fontes de calor combustível, mais preferivelmente em uma quantidade de entre cerca de 30 por cento e cerca de 50 por cento pelo peso seco da fonte de calor combustível.
[00080] Os peróxidos e superóxidos adequados para inclusão na fonte de calor combustível, de acordo com a invenção, incluem, mas não são limitados a, peróxido de cálcio, peróxido de estrôncio, peróxido de magnésio, peróxido de bário, peróxido de lítio, peróxido de zinco, superóxido de potássio, e superóxido de sódio.
[00081] Preferivelmente, o pelo menos um peróxido é selecionado a partir do grupo consistindo de peróxido de cálcio, peróxido de estrôncio, peróxido de magnésio, peróxido de bário, e combinações destes.
[00082] Alternativamente ou em adição ao pelo menos um auxiliador de ignição, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender um ou mais outros aditivos para aperfeiçoar as propriedades das fontes de calor combustível. Os aditivos adequados incluem, mas não são limitados a, aditivos para promover consolidação da fonte de calor combustível (por exemplo, auxiliadores de sinterização), e aditivos para promover decomposição de um ou mais gases produzidos pela combustão da fonte de calor combustível (por exemplo, catalisadores, tais como CuO, Fe2O3 e Al2O3).
[00083] As fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, são, preferivelmente, formadas por mistura de um ou mais materiais contendo carbono com o agente de ligação e outros aditivos, onde incluídos, e pré-formação da mistura em uma forma desejada. A mistura de um ou mais materiais contendo carbono, agente de ligação, e outros aditivos opcionais, pode ser pré-formada em uma forma desejada usando quaisquer métodos de formação de cerâmica conhecidos adequados, tais como, por exemplo, fundição por deslizamento, extrusão, moldagem por injeção, compactação ou prensagem de molde. Em certas concretizações preferidas, a mistura é pré-formada em uma forma desejada por extrusão ou prensagem.
[00084] Preferivelmente, a mistura de um ou mais materiais contendo carbono, agente de ligação, e outros aditivos, é pré-formada em uma haste alongada. Contudo, será apreciado que a mistura de um ou mais materiais contendo carbono, agente de ligação, e outros aditivos, pode ser pré-formada em outras formas desejadas.
[00085] Após formação, particularmente após extrusão, a haste alongada ou outra forma desejada é, preferivelmente, secada para reduzir seu teor de umidade e, em seguida, pirolisada em uma atmosfera não oxidante a uma temperatura suficiente para carbonizar o agente de ligação e substancialmente eliminar quaisquer voláteis na haste alongada ou outra forma. A haste alongada ou outra forma desejada é pirolisada, preferivelmente em uma atmosfera de nitrogênio a uma temperatura de entre cerca de 700°C e cerca de 900°C.
[00086] A fonte de calor combustível preferivelmente tem uma porosidade de entre cerca de 20 por cento e cerca de 80 por cento, mais preferivelmente, de entre cerca de 20 por cento e 60 por cento. Ainda mais preferivelmente, a fonte de calor combustível tem uma porosidade de entre cerca de 50 por cento e cerca de 70 por cento, mais preferivelmente, de entre cerca de 50 por cento e cerca de 60 por cento, conforme medida por, por exemplo, porosimetria de mercúrio, ou picnometria de hélio. A porosidade requerida pode ser prontamente alcançada durante a produção da fonte de calor combustível usando métodos e tecnologia convencionais.
[00087] Vantajosamente, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, têm uma densidade aparente de entre cerca de 0,6 g/cm3 e cerca de 1,0 g/cm3.
[00088] Preferivelmente, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, têm uma massa de entre cerca de 300 mg e cerca de 500 mg, mais preferivelmente, de entre cerca de 400 mg e cerca de 450 mg.
[00089] Preferivelmente, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, têm um comprimento de entre cerca de 5 mm e cerca de 20 mm, mais preferivelmente, de entre cerca de 7 mm e cerca de 15 mm, mais preferivelmente, de entre cerca de 11 mm e cerca de 13 mm. Conforme aqui usado, o termo "comprimento" denota a dimensão longitudinal máxima de fontes de calor combustível alongadas, de acordo com a invenção entre a extremidade a montante e a extremidade a jusante destas.
[00090] Preferivelmente, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, têm um diâmetro de entre cerca de 5 mm e cerca de 10 mm, mais preferivelmente, de entre cerca de 7 mm e cerca de 8 mm. Conforme aqui usado, o termo "diâmetro" denota a dimensão transversal máxima de fontes de calor combustível alongadas, de acordo com a invenção.
[00091] Preferivelmente, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, são de diâmetro substancialmente uniforme. Contudo, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem, alternativamente, serem afiladas de modo que o diâmetro da porção traseira da fonte de calor combustível é maior do que o diâmetro da porção traseira da porção dianteira desta. Particularmente preferidas são fontes de calor combustível que são substancialmente cilíndricas. A fonte de calor combustível pode, por exemplo, ser um cilindro ou cilindro afilado de seção transversal substancialmente circular, ou um cilindro ou cilindro afilado de seção transversal substancialmente elíptica.
[00092] As fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem ser fontes de calor combustível "cegas". Conforme aqui usado, o termo "fonte de calor combustível cega" é usado para denotar uma fonte de calor combustível que não contém quaisquer canais de fluxo de ar longitudinais. Conforme aqui usado, o termo "canal de fluxo de ar longitudinal" é usado para denotar um furo que passa através de uma porção interna da fonte de calor combustível, e se prolongando ao longo do comprimento da fonte de calor combustível.
[00093] Alternativamente, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender pelo menos um canal de fluxo de ar longitudinal. Por exemplo, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender um, dois ou três canais de fluxo de ar longitudinal. Em tais concretizações, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, preferivelmente com-preendem um canal de fluxo de ar longitudinal simples, mais preferivelmente, um canal de fluxo de ar longitudinal simples substan-cialmente central. O diâmetro do canal de fluxo de ar longitudinal simples é preferivelmente entre cerca de 1,5 mm e cerca de 3 mm. A superfície interna do pelo menos um canal de fluxo de ar longitudinal das fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, pode ser parcialmente ou completamente revestida. Preferi-velmente, o revestimento cobre a superfície interna de todos os canais de fluxo de ar longitudinal.
[00094] Opcionalmente, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender uma ou mais, preferivelmente até, e incluindo seis, ranhuras longitudinais que se prolongam ao longo de parte de ou da periferia total das fontes de calor combustível. Se desejado, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem compreender uma ou mais ranhuras longitudinais e pelo menos um canal de fluxo de ar longitudinal. Alternativamente, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem ser fontes de calor combustível cegas compreendendo uma ou mais ranhuras longitudinais.
[00095] Preferivelmente, pelo menos uma parte das fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, é envolvida em um envoltório resistente à combustão. O termo "resistência à combustão" é aqui usado para se referir a um envoltório que permanece substancialmente intacto através de toda a combustão da fonte de calor combustível. O envoltório resistente à combustão é, preferivelmente, envolvido ao redor e em contato direto com pelo menos uma parte da fonte de calor combustível. Preferivelmente, pelo menos uma parte traseira ou a jusante da fonte de calor combustível é envolvida no envoltório resistente à combustão. Preferivelmente, pelo menos uma parte dianteira ou a montante da fonte de calor combustível não é envolvida no envoltório resistente à combustão.
[00096] As fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem ser envolvidas em um envoltório resistente à combustão que é condutor de calor.
[00097] No uso nos artigos de fumo, de acordo com a invenção, o calor gerado durante combustão das fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, envolvidas em um envoltório resistente à combustão de condução de calor, pode ser transferido por condução ao substrato de formação de aerossol dos artigos de fumo, via o envoltório resistente à combustão de condução de calor.
[00098] Alternativamente ou em adição, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem ser envolvidas em um envoltório resistente à combustão de restrição de oxigênio que restringe ou impede o acesso de oxigênio a pelo menos parte das fontes de calor combustível envolvidas no envoltório resistente à combustão de restrição de oxigênio. Por exemplo, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem ser envolvidas em um envoltório resistente à combustão substancialmente impermeável à oxigênio. Em tais concretizações, a pelo menos parte das fontes de calor combustível envolvidas no envoltório resistente à combustão de restrição de oxigênio substancialmente carece de acesso a oxigênio e, portanto, não queima.
[00099] Preferivelmente, as fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, são envolvidas em um envoltório resistente à combustão que é ambos de condução de calor e de restrição de oxigênio.
[000100] Os envoltórios resistente à combustão adequados para uso na invenção incluem, mas não são limitados a: envoltórios de folha de metal, tais como, por exemplo, envoltórios de folha de alumínio, envoltórios de folha de aço, envoltórios de folha de aço, e envoltórios de folha de cobre; envoltórios de folha de liga; envoltórios de folha de grafite; envoltórios de fibra de vidro; envoltórios de fibra cerâmica; e certos envoltórios de papel.
[000101] Nos artigos de fumo, de acordo com a invenção, preferivelmente, pelo menos uma parte traseira da fonte de calor combustível, e pelo menos uma parte dianteira do substrato de formação de aerossol, são envolvidas no envoltório resistente à combustão, conforme descrito acima. Preferivelmente, uma parte dianteira da fonte de calor combustível não é envolvida no envoltório resistente à combustão. Preferivelmente, uma parte traseira do substrato de formação de aerossol não é envolvida no envoltório resistente à combustão.
[000102] Preferivelmente, a parte traseira da fonte de calor combustível envolvida no envoltório resistente à combustão é entre cerca de 2 mm e cerca de 8 mm de comprimento, mais preferivelmente entre cerca de 3 mm e cerca de 5 mm de comprimento.
[000103] Preferivelmente, a parte dianteira da fonte de calor combustível não envolvida no envoltório resistente à combustão é entre cerca de 4 mm e cerca de 15 mm de comprimento, mais preferivelmente entre cerca de 4 mm e cerca de 8 mm de comprimento.
[000104] Preferivelmente, o substrato de formação de aerossol tem um comprimento de entre cerca de 5 mm e cerca de 20 mm, mais preferivelmente, de entre cerca de 8 mm e cerca de 12 mm. Preferivelmente, a parte dianteira do substrato de formação de aerossol envolvida no envoltório resistente à combustão é entre cerca de 2 mm e cerca de 10 mm de comprimento, mais preferivelmente, entre cerca de 3 mm e cerca de 8 mm de comprimento, mais preferi-velmente entre cerca de 4 mm e cerca de 6 mm de comprimento. Preferivelmente, a parte traseira do substrato de formação de aerossol não envolvida no envoltório resistente à combustão é entre cerca de 3 mm e cerca de 10 mm de comprimento. Em outras palavras, o substrato de formação de aerossol preferivelmente se prolonga entre cerca de 3 mm e cerca de 10 mm a jusante além do envoltório resistente à combustão. Mais preferivelmente, o substrato de formação de aerossol se prolonga pelo menos cerca de 4 mm a jusante além do envoltório resistente à combustão.
[000105] Os artigos de fumo, de acordo com a invenção, podem compreender uma fonte de calor combustível, de acordo com a invenção, e um substrato de formação de aerossol localizado imediatamente a jusante da fonte de calor combustível. Em tais concretizações, o substrato de formação de aerossol pode apoiar a fonte de calor combustível.
[000106] Alternativamente, os artigos de fumo, de acordo com a invenção, podem compreender uma fonte de calor combustível de acordo com a invenção, e um substrato de formação de aerossol localizado a jusante da fonte de calor combustível, no qual o substrato de formação de aerossol é espaçado à parte a partir da fonte de calor combustível.
[000107] Preferivelmente, os artigos de fumo, de acordo com a invenção, compreende substratos de formação de aerossol compreendendo pelo menos um formador de aerossol e um material capaz de emitir compostos voláteis em resposta ao aquecimento.
[000108] O pelo menos um formador de aerossol pode ser qualquer composto ou mistura de compostos conhecidos adequados que, em uso, facilitam a formação de um aerossol denso e estável. O formador de aerossol é preferivelmente resistente a degradação térmica na temperatura de operação do artigo de fumo. Formadores de aerossol adequados são bem conhecidos na técnica, e incluem, por exemplo, álcoois polihídricos, ésteres de álcoois polihídricos, tais como glicerol mono-, di- ou triacetato, e ésteres alifáticos de mono-, di- ou ácidos policarboxílicos, tais como, dimetil dodecanedioato e dimetil tetradecanodioato. Formadores de aerossol preferidos para uso em artigos de fumo, de acordo com a invenção, são álcoois polihídricos ou misturas destes, tais como trietileno glicol, 1,3-butanodiol e, mais preferido, glicerina.
[000109] Preferivelmente, o material capaz de emitir compostos voláteis em resposta ao aquecimento é uma carga de material à base de planta, mais preferivelmente, uma carga de material à base de planta homogeneizado. Por exemplo, o substrato de formação de aerossol pode compreender um ou mais materiais derivados de plantas incluindo, mas não limitados a: tabaco; chá, por exemplo, chá verde; hortelã; louro; eucalipto; manjericão; salva; verbena; e estragão. O material à base de planta pode compreender aditivos incluindo, mas não limitados a, umectantes, aromatizantes, ligantes, e misturas destes. Preferivelmente, o material à base de planta consiste essencialmente de material de tabaco, mais preferivelmente, material de tabaco homogeneizado.
[000110] Os artigos de fumo, de acordo com a invenção, podem compreender um elemento de direcionamento de fluxo de ar a jusante do substrato de formação de aerossol. O elemento de direcionamento de fluxo de ar define uma trajetória de fluxo de ar através do artigo de fumo. Pelo menos uma entrada de ar é, preferivelmente, provida entre a extremidade a jusante do substrato de formação de aerossol e uma extremidade a jusante do elemento de direcionamento de fluxo de ar. O elemento de direcionamento de fluxo de ar direciona o ar a partir de pelo menos uma entrada para a extremidade da boca do artigo de fumo.
[000111] O elemento de direcionamento de fluxo de ar pode compreender um corpo vazado substancialmente impermeável a ar de extremidade aberta. Em tais concretizações, o ar retirado através da pelo menos uma entrada de ar é primeiro retirado a montante ao longo da porção exterior do corpo vazado substancialmente impermeável a ar de extremidade aberta e, em seguida, a jusante através do interior do corpo vazado substancialmente impermeável a ar de extremidade aberta.
[000112] O artigo de fumo, de acordo com a invenção, preferivelmente compreende adicionalmente uma câmara de expansão a jusante do substrato de formação de aerossol e, onde presente, a jusante do elemento de direcionamento de fluxo de ar. A inclusão de uma câmara de expansão vantajosamente permite resfriamento adicional do aerossol gerado pela transferência de calor a partir da fonte de calor combustível para o substrato de formação de aerossol. A câmara de expansão também vantajosamente permite que o comprimento total de artigos de fumo, de acordo com a invenção, seja ajustado a um valor desejado, por exemplo, a um comprimento similar àquele de cigarros convencionais, através de uma escolha apropriada do comprimento da câmara de expansão. Preferivelmente, a câmara de expansão é um tubo vazado alongado.
[000113] Os artigo de fumos, de acordo com a invenção, podem também compreender adicionalmente um bocal a jusante do substrato de formação de aerossol e, onde presente, a jusante do elemento de direcionamento de fluxo de ar e câmara de expansão. O bocal pode, por exemplo, compreender um filtro produzido de acetato de celulose, papel, ou outros materiais de filtração conhecidos adequados. Preferivelmente, o bocal é de baixa eficiência de filtração, mais preferivelmente, de eficiência de filtração muito baixa. Alternativamente ou em adição, o bocal pode compreender um ou mais segmentos compreendendo absorventes, adsorventes, aroma-tizantes, e outros modificadores de aerossol e aditivos que são usados nos filtros para cigarros convencionais, ou combinações destes.
[000114] Se desejado, ventilação pode ser proporcionada em uma localização a jusante da fonte de calor combustível de artigos de fumo, de acordo com a invenção. Por exemplo, onde presente, ventilação pode ser provida em uma localização ao longo do bocal integral de artigos de fumo, de acordo com a invenção.
[000115] Os artigos de fumo, de acordo com a invenção, podem ser montados usando métodos e maquinaria conhecidos.
[000116] A invenção será adicionalmente descrita, por meio de exemplo somente, com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais: A Figura 1 mostra uma seção transversal longitudinal esquemática de um artigo de fumo de acordo com a invenção; e A Figura 2 mostra um gráfico do perfil de temperatura de uma fonte de calor combustível de acordo com a invenção produzida de acordo com o Exemplo 1 abaixo, e um perfil de temperatura comparativo de uma fonte de calor da técnica anterior.
[000117] O artigo de fumo 2 mostrado na Figura 1 tem um comprimento total de 70 mm, um diâmetro de 7,9 mm, e compreende uma fonte de calor combustível 4 de acordo com a invenção, um substrato de formação de aerossol 6, uma câmara de expansão alongada 8, e um bocal 10. Conforme mostrado na Figura 1, a fonte de calor combustível 4, substrato de formação de aerossol 6, câmara de expansão alongada 8, e bocal 10, estão em alinhamento coaxial de apoio e são embalados em um envoltório externo de papel de cigarro 12 de permeabilidade de ar baixa.
[000118] A fonte de calor combustível 4 é 11 mm de comprimento e 7,8 mm de diâmetro, e tem uma densidade de cerca de 0,84 g/cm3. A fonte de calor combustível 4 compreende um canal de fluxo de ar central 16 de seção transversal circular que se prolonga longitudi-nalmente através da fonte de calor combustível 4. Um revestimento resistente ao calor substancialmente impermeável a ar (não mostrado), tendo uma espessura de 80 mícrons, é provida na superfície interna do canal de fluxo de ar central 16, que é 2 mm de diâmetro.
[000119] O substrato de formação de aerossol 6, que é 10 mm de comprimento, 7,8 mm de diâmetro, e tem uma densidade de cerca de 0,8 g/cm3, está localizado imediatamente a jusante da fonte de calor combustível 4. O substrato de formação de aerossol 6 compreende um obturador cilíndrico de material de tabaco homogeneizado 18 compreendendo glicerina como um formador de aerossol e circunscrito pelo envoltório de obturador de filtro 20. O material de tabaco homogeneizado 18 consiste de filamentos longitudinalmente alinhados de material de tabaco extrudado.
[000120] Um envoltório resistente à combustão 22 consistindo de um tubo de folha de alumínio tendo uma espessura de 20 mícrons, um comprimento de 9 mm, e um diâmetro de 7,8 mm, circunda e está em contato com uma parte traseira 4b da fonte de calor combustível 4 de 4 mm de comprimento, e uma parte dianteira de apoio 6a do substrato de formação de aerossol 6 de 5 mm de comprimento. Conforme mostrado na Figura 1, uma parte dianteira da fonte de calor combustível 4 de 7 mm de comprimento, e uma parte traseira do substrato de formação de aerossol 6 de 5 mm de comprimento, não são circundadas pelo envoltório resistente à combustão 22.
[000121] A câmara de expansão alongada 8, que é 42 mm de comprimento e 7,8 mm de diâmetro, está localizada a jusante do substrato de formação de aerossol 6, e compreende um tubo de extremidade aberta cilíndrico de papelão 24. O bocal 10 do artigo de fumo 2, que é 7 mm de comprimento e 7,8 mm de diâmetro, está localizado a jusante da câmara de expansão 8, e compreende um obturador cilíndrico de reboque de acetato de celulose 26 de eficiência de filtração muito baixa circunscrito pelo envoltório de obturador de filtro 28. O bocal 10 pode ser circunscrito pelo papel de filtro (não mostrado).
[000122] Em uso, o consumidor acende a fonte de calor combustível 4 e, em seguida, retira ar através do canal de fluxo de ar central 16 a jusante em direção ao bocal 10. A parte dianteira 6a do substrato de formação de aerossol 6 é aquecida principalmente pela condução através da parte traseira 4b de não combustão de apoio da fonte de calor combustível 4 e o envoltório resistente à combustão 22. O ar retirado é aquecido a medida que ele passa através do canal de fluxo de ar central 16 e, em seguida, aquece o substrato de formação de aerossol 6 por convecção. O aquecimento do substrato de formação de aerossol 6 libera compostos voláteis e semi-voláteis, incluindo o formador de aerossol a partir do material de tabaco 18, que são arrastados no ar retirado aquecido a medida que ele escoa através do substrato de formação de aerossol. O ar aquecido e compostos arrastados passam a jusante através da câmara de expansão 8, resfriam e condensam, para formar um aerossol que passa através do bocal na boca do consumidor a cerca de temperatura ambiente.
[000123] Para produzir o artigo de fumo 2, uma peça retangular do envoltório resistente à combustão 22 é colada ao papel de cigarro 12. A fonte de calor combustível 4, o obturador do substrato de formação de aerossol 6, e a câmara de expansão 8, são adequadamente alinhados e posicionados no papel de cigarro 12 com o envoltório resistente à combustão 22 fixado. O papel de cigarro 12 com o envoltório resistente à combustão 22 fixado é envolvido ao redor da parte traseira 4b da fonte de calor combustível 4, o substrato de formação de aerossol 6, e a câmara de expansão 8, e colados. O bocal 10 é fixado à extremidade aberta da câmara de expansão usando tecnologia de combinação de filtro conhecida.
[000124] As fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, podem ser produzidas de acordo com o Exemplo 1 ou Exemplo 2 abaixo. O Exemplo 1 descreve um processo de prensagem para produção de uma fonte de calor combustível, e o Exemplo 2 descreve um processo de extrusão.
EXEMPLO 1 - Prensagem
[000125] Fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, foram preparadas pela mistura dos componentes mostrados na Tabela 1 abaixo para formar uma mistura granulada.
Figure img0001
[000126] 800 mg da mistura foi introduzido na cavidade de molde cilíndrica de um molde de prensagem usando um funil, e a mistura foi prensada dentro da cavidade de molde usando uma prensa manual para obter uma fonte de calor cilíndrica tendo um comprimento de 13 mm. A fonte de calor prensada foi removida a partir da cavidade do molde e, em seguida, secada a cerca de 100°C por cerca de 1 hora, e condicionada a cerca de 22°C, 30 por cento de umidade relativa, por cerca de 12 horas. A densidade da fonte de calor foi entre cerca de 0,80 g/cm3 e cerca de 0,85 g/cm3.
[000127] A temperatura de uma fonte de calor combustível 4 produzida de acordo com o Exemplo 1 durante ignição e combustão da fonte de calor combustível 4 foi medida usando um termopar inserido na parte intermediária da fonte de calor combustível. Os resultados são mostrados na Figura 2. Para gerar o perfil mostrado na Figura 2, a extremidade a montante da fonte de calor combustível foi acendida usando uma chama amarela mais clara convencional.
[000128] Para a proposta de comparação, a temperatura de uma fonte de calor da técnica anterior, incluindo somente um material de ligante orgânico, foi medida sob condições experimentais similares. A fonte de calor da técnica anterior foi produzida de acordo com o Exemplo 1, mas com os três componentes ligantes substituídos por 15 gramas de carboximetil celulose. A densidade da fonte de calor da técnica anterior foi cerca de 0,84 g/cm3. Os resultados são também mostrados na Figura 2.
[000129] Conforme pode ser visto da Figura 2, a fonte de calor combustível 4 da invenção, incluindo o agente de ligação compreendendo uma combinação de materiais ligantes orgânicos e inorgânicos, alcança uma temperatura de queima mais alta, e uma vida útil de queima mais longa, do que a fonte de calor da técnica anterior, incluindo somente material de ligante orgânico. Estes resultados demonstram um aperfeiçoamento nas propriedades de queima providas através do uso do agente de ligação aperfeiçoado, incluindo a combinação específica de três componentes ligantes, conforme descrito acima. Em particular, estes resultados demonstram que o uso do agente de ligação aperfeiçoado, incluindo a combinação específica de três componentes ligantes, surpreendentemente resulta na fonte de calor combustível 4 da invenção tendo uma vida útil de queima mais alonga do que a fonte de calor da técnica anterior, mesmo embora a fonte de calor combustível 4 da invenção compreenda menos material orgânico combustível do que a fonte de calor da técnica anterior.
[000130] Durante ignição de uma amostra de fontes de calor combustível 4 produzidas de acordo com o Exemplo 1, nenhuma faísca ou chamas foram visíveis para qualquer fonte de calor. Em contraste, durante acendimento de uma amostra correspondente das fontes de calor da técnica anterior, incluindo somente um material de ligante orgânico, faíscas ou chamas foram observadas durante acendimento por pelo menos dois terços das fontes de calor na amostra. Isto proporciona uma indicação qualitativa da integridade aperfeiçoada das fontes de calor combustível da invenção, incluindo os três componentes ligantes, comparados às fontes de calor da técnica anterior, incluindo somente o material de ligante orgânico.
[000131] De modo a demonstrar mais quantitativamente a integridade aperfeiçoada da fonte de calor combustível produzida de acordo com o Exemplo 1, um teste de "queda" foi conduzido em uma amostra de 20 artigos de fumo aquecidos incorporando uma das fontes de calor combustível preparadas de acordo com o Exemplo 1. Um teste de queda correspondente foi conduzido em uma amostra de 20 artigos de fumo aquecidos da mesma construção, mas incluindo uma fonte de calor da técnica anterior, compreendendo somente material de ligante orgânico.
[000132] Em cada caso, as fontes de calor combustível foram primeiro condicionadas por 12 horas a 22°C e 50 por cento de umidade relativa. Cada fonte de calor foi, em seguida, inserida em um artigo de fumo aquecido, no qual a mesma construção de artigo de fumo aquecido foi usada para todas as amostras para a proposta de comparação. Para cada artigo de fumo testado, o artigo de fumo foi montado em uma barra de retenção em um bloco de metal. O artigo de fumo montado foi conectado a um sistema de vácuo para realização de tragadas por retirada de ar através do artigo de fumo, no qual o sistema de vácuo inclui uma bomba de vácuo capaz de produzir 177,8 mmHg durante uma tragada, com uma taxa de fluxo de 2 litros por minuto.
[000133] A fonte de calor combustível foi acendida usando uma chama amarela mais clara. Cada artigo de fumo aceso foi, em seguida, submetido a quatro ciclos de queda, cada ciclo com-preendendo vinte quedas no qual o bloco de metal no qual o artigo de fumo que foi montado foi jogado por uma altura de 3,81 cm. Os ciclos de queda foram atuados imediatamente após acendimento, 3 minutos após acendimento, 6 minutos após acendimento, e 9 minutos após acendimento. Após cada ciclo, uma tragada de dois segundos foi tomada no artigo de fumo.
[000134] Para cada ciclo de queda, o número de quedas foi observado, no qual uma "queda" é constituída por pelo menos um sexto do comprimento da fonte de calor combustível que cai a partir do artigo de fumo. Para a amostra de 20 cigarros, a percentagem de taxa de queda foi calculada para cada ciclo, por divisão do número de quedas durante este ciclo pelo número total de artigos de fumo, isto é 20, e, em seguida, multiplicando este valor por 100.
[000135] Durante o teste conduzido com a amostra de 20 artigos de fumo incorporando fontes de calor combustível de acordo com a invenção produzidas de acordo com o Exemplo 1, uma taxa de queda de 0 por cento (0%) foi observada para todos os ciclos de queda. Nenhuma queda foi observada durante o teste experimental total.
[000136] Durante os testes comparativos conduzidos com a amostra de 20 artigos de fumo incorporando as fontes de calor da técnica anterior, incluindo somente um material de ligante orgânico, uma taxa de queda de pelo menos 20 por cento foi observada após o primeiro ciclo de queda conduzido imediatamente após ignição, e uma percentagem de queda de pelo menos 40 por cento foi observada após o segundo ciclo de queda conduzido 3 minutos após ignição. Nenhuma queda foi tipicamente observada durante os ciclos de queda efetuados a 6 e 9 minutos após ignição. Estes resultados demonstram que a integridade das fontes de calor da técnica anterior durante queima é menor do que a integridade das fontes de calor combustível da invenção. As fontes de calor da técnica anterior foram observadas para tornarem-se menos propensas a craqueamento e quebra durante queima do que a fonte de calor combustível da invenção, incorporando o agente de ligação aperfeiçoado.
EXEMPLO 2 - Extrusão
[000137] As fontes de calor combustível, de acordo com a invenção, tendo propriedades similares àquelas exibidas pelas fontes de calor combustível preparadas de acordo com o Exemplo 1, foram preparadas conforme descrito abaixo.
[000138] Os mesmos componentes mostrados na Tabela 1 foram primeiro misturados em um misturador amassador de alto cisalhamento para formar uma mistura granulada. Usando-se uma extrusora ram, a mistura granulada foi, em seguida, extrudada a uma velocidade de 60 cm3/min através de um molde tendo um orifício de molde central de seção transversal circular com um diâmetro de 8,7 mm, para formar hastes cilíndricas tendo um comprimento de cerca de 20 cm a cerca de 22 cm, e um diâmetro de cerca de 9,1 mm a cerca de 9,2 mm.
[000139] As hastes cilíndricas foram secadas a cerca de 22°C, 45 por cento de umidade relativa, por cerca de 24 horas. Após secagem, as hastes cilíndricas foram cortadas para formar fontes de calor combustível individuais tendo um comprimento de cerca de 13 mm e um diâmetro de cerca de 7,8 mm. As fontes de calor combustível individuais foram, em seguida, secadas a cerca de 100°C por cerca de 1 hora, e condicionadas a cerca de 22°C, 30 por cento de umidade relativa, por cerca de 12 horas. As fontes de calor individuais tem uma massa de cerca de 800 mg.

Claims (15)

1. Fonte de calor combustível (4) para um artigo de fumo (2), a fonte de calor combustível (4) sendo caracterizada pelo fato de compreender: carbono; e um agente de ligação incluindo pelo menos um material ligante polimérico orgânico, pelo menos um sal de queima de carboxilato e pelo menos um material ligante incombustível inorgânico, em que o pelo menos um material ligante incombustível inorgânico compreende um material de silicato em folha.
2. Fonte de calor combustível (4), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um sal de queima de carboxilato inclui um ou mais dentre: pelo menos um sal de citrato de metal alcalino; pelo menos um sal de acetato de metal alcalino; e pelo menos um sal de succinato de metal alcalino.
3. Fonte de calor combustível (4), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um sal de queima de carboxilato inclui pelo menos um sal de citrato de metal alcalino.
4. Fonte de calor combustível (4), de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um material ligante polimérico orgânico compreende um material celulósico.
5. Fonte de calor combustível (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um material ligante incombustível inorgânico compreende uma ou mais argilas.
6. Fonte de calor combustível (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o agente de ligação compreende entre 25 por cento e 80 por cento em peso do material ligante polimérico orgânico.
7. Fonte de calor combustível (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o agente de ligação compreende entre 5 por cento e 50 por cento em peso do sal de queima de carboxilato.
8. Fonte de calor combustível (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o agente de ligação compreende entre 10 por cento e 35 por cento em peso do material ligante incombustível inorgânico.
9. Fonte de calor combustível (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de compreender entre 2 por cento e 10 por cento em peso do agente de ligação.
10. Fonte de calor combustível (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente pelo menos um auxiliador de ignição.
11. Fonte de calor combustível (4), de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um auxiliador de ignição compreende pelo menos um peróxido ou superóxido.
12. Fonte de calor combustível (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que a fonte de calor combustível é uma fonte de calor prensada, formada por um processo de prensagem.
13. Artigo de fumo (2), caracterizado pelo fato de compreender uma fonte de calor combustível (4) tal como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 12 e um substrato de formação de aerossol (18) a jusante da fonte de calor combustível.
14. Artigo de fumo (2), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte traseira da fonte de calor combustível (4b) e pelo menos uma parte dianteira do substrato de formação de aerossol (6a) são envolvidos em um envoltório resistente à combustão (22).
15. Método de produção da fonte de calor combustível (4) conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, o método sendo caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: combinar um ou mais materiais contendo carbono com um agente de ligação incluindo pelo menos um material ligante polimérico orgânico, pelo menos um sal de queima de carboxilato, e pelo menos um material ligante incombustível inorgânico, em que o pelo menos um material ligante incombustível inorgânico compreende um material de silicato em folha; pré-formar a mistura dos um ou mais materiais contendo carbono e o agente de ligação em uma haste alongada; e secar a haste alongada.
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