CN101102684A - 具有增加的填充值的可点燃抽吸的烟草替代物填料及其制备方法 - Google Patents

具有增加的填充值的可点燃抽吸的烟草替代物填料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有增加的填充值的可点燃抽吸的填料材料和制备可点燃抽吸的填料的方法。可点燃抽吸的填料的填充值为至少5cc/g和包括纤维素材料、湿润剂、惰性填料、粘结剂、和任选地含烟草的材料。

Description

具有增加的填充值的可点燃抽吸的烟草替代物填料及其制备方法
相关申请的交叉参考
本国际专利申请是2004年7月30日提交的U.S.专利申请系列号10/902,760的继续并要求2004年7月30日提交的U.S.专利申请系列号10/902,760的优先权和权益。
关于联邦赞助的研究或开发的说明
不适用。
发明领域
本发明涉及用于吸烟制品的可点燃抽吸的填料材料，和特别地涉及用于吸烟制品的可点燃抽吸的填料材料，其中填料具有增加的填充值和贴切地显示吸烟制品中烟草的性能同时降低与烟草相关的Hoffman Analytes。
发明背景
在为了提供具有降低的Hoffman Analyte输送的替代性可点燃抽吸的填料材料的大量努力中，发现非常少(如果存在的话)能产生对常规含烟草的产品的抽吸者可接受的烟雾味道和香味。许多这些填料主要包含，如果不是全部，白垩或其它惰性填料。因此，大多数替代填料材料与切割的烟草叶或含烟草的再生产品结合使用。然而，甚至采用此形式，这些填料材料的不可接受味道也是值得注意的并减损了吸烟乐趣。另外，许多非烟草填料材料具有低填充值，这导致具有低燃烧速率、低烟雾输送，和高熄灭倾向的重的吸烟制品。
发明内容
在此要求的具有增加的填充值的可点燃抽吸的烟草替代物填料及其制备方法具有含纤维素的材料、湿润剂、任选地含烟草的材料，其中一部分含烟草的材料可以是烟草提取物，任选的惰性材料，和粘结剂。另外，如需要本发明的填料材料可加入香精和料液。
在此要求的填料材料可以通过造纸工艺，带式流延工艺，或挤出工艺生产。本发明的填料材料的填充值为至少5cc/g和更贴切地显示由天然烟草显示的性能。
本发明的目的是提供具有增加的填充值的可点燃抽吸的烟草替代物。
本发明的目的也是提供具有改进烟草味道和风味特性与最小Hoffman Analyte输送的可点燃抽吸的填料材料。本发明的进一步目的是提供具有改进燃烧速率、烟雾输送、和抗熄灭倾向的可点燃抽吸的填料材料。
本发明通过采用具有更小粒度的沉淀的和精炼的白垩替代现有技术填料中发现的大天然粒状白垩并采用较不致密的填料替代至少一部分白垩，来满足这些目的和为了吸烟制品提供另外的益处，该较不致密的填料具有包含纤维素的材料。
本发明提供用于吸烟制品的可点燃抽吸的填料材料，其中填料材料具有增加的填充值和烟草特性和制备抽吸填料材料的方法。
更特别地，本发明提供填充值为至少5cc/g的可点燃抽吸的填料，其中可点燃抽吸的填料具有湿润剂、基本不可燃的惰性填料材料、粘结剂、纤维素纤维材料、和任选地含烟草的材料。
甚至更特别地，本发明提供制备可点燃抽吸的填料的方法。方法包括混合和精炼含纤维素的材料和惰性材料。惰性材料可以是有机物、无机物或有机物和无机物的组合。烟草、烟草提取物、湿润剂、粘结剂、香精和料液可以在方法的特定步骤加入以形成含纤维的材料。将含纤维的材料通过造纸工艺、带式流延工艺、或挤出工艺浇铸成片。将片切割成条，以形成填充值超过5cc/g的可点燃抽吸的添料。
附图简述
图1是结合造纸工艺的本发明的代表性工艺步骤的框图。
图2是结合带式流延和挤出工艺的本发明的代表性工艺步骤的框图。
优选实施方案的详细描述
图1显示根据本发明制备吸烟制品，如卷烟，的方法，其中通过造纸工艺生产片。在步骤1中，提供从木材、棉花、或亚麻衍生的含纤维素的材料。步骤1中含纤维素的材料量占步骤11中获得的片材料的约5％-50wt％。特别地，步骤1中含纤维素的材料占步骤11中获得的片材料的至多约10％-15wt％。纤维素在步骤1中的使用用于改进填料材料的填充值并也能够或促进通过造纸方法制备片的方法。步骤2是提取烟草的任选步骤。用于获得烟草提取物和烟草固体的步骤2中的烟草提取可以是仅使用水的含水提取或在提取工艺中使用其它添加剂，例如酸或碱，的含水提取。典型地，在步骤2中烟草的提取由如下方式进行：将一份烟草采用约11-20份水溶液在约140-180提取约15-45分钟。水溶液可以是酸性或碱性，用于释放烟草果胶(粘结剂)，它在片制备期间增加片拉伸强度，改进片柔韧性，和降低加入的粘结剂例如藻酸盐的量。在步骤3中由离心或过滤将烟草固体和烟草提取物分离。
步骤4是任选的步骤，其中将来自步骤3的烟草固体加入步骤1的含纤维素的材料。将步骤1的含纤维素的材料和任选地，在步骤4中加入的烟草固体在步骤5中精炼。在步骤5中精炼之后，将惰性填料和/或粘结剂在步骤6中与步骤5中获得的精炼材料混合。步骤6中的惰性材料可以是有机物和/或无机物。用于步骤5的有机填料包括脱乙酰壳多糖和甲壳素(liposan)而无机填料材料包括例如碳酸钙、碳酸镁、氧化钙、和氧化镁。这些无机填料材料是沉淀和精炼的，导致小粒度。惰性填料的精炼典型地包括碾磨填料到非常细的粒度如约0.5μm-1μm。此小粒度允许制备薄片材料和因此当切割或切碎成条时有助于增加可点燃抽吸的填料的填充值。步骤6中的惰性材料可以是单一有机或无机惰性材料或可以是惰性材料(有机或无机)的组合。在步骤6中加入的惰性材料量占至多步骤11中获得的片材料的35wt％。优选，步骤6中的惰性材料占步骤11中获得的片材料的约20wt％-25wt％。
在步骤7中将从步骤6得到的材料通过造纸工艺成形为片。衍生自步骤7的片材料可任选地具有在步骤11中加入片的含烟草提取物的材料。将由步骤3中与烟草固体的分离获得的步骤8中的烟草提取物在步骤9中浓缩。在步骤10中将湿润剂和粘结剂与步骤9的浓缩烟草提取物充分混合。步骤10中的湿润剂可以如下浓度加入：其中从步骤11获得的片基于干重包括至多15wt％湿润剂。通常，步骤10中的湿润剂以如下浓度加入：其中从步骤11获得的片基于干重包括约12.5wt％湿润剂。步骤10中粘结剂的量占步骤11中获得的片材料的约5％-25wt％。优选，步骤10中粘结剂占至多步骤11中获得的片材料重量的约6％-10％。步骤10的获得的含烟草提取物的材料是烟草提取物，该提取物任选地加入步骤11中的片中并可占至多来自步骤11的片的30wt％。另外，来自步骤11的片可包含至多50wt％含烟草的材料，它们任选地在工艺中在工艺步骤4和/或11加入。来自步骤11的片的填充值超过4cc/g。优选，来自步骤11的片的填充值为约6-10cc/g。然后将来自步骤11的片切割成条并加入到步骤12中的条共混物中用于制备吸烟制品。
图2显示可以遵从实施本发明的其它实施方案。图2中的框图显示要采用的工艺步骤以生产具有增加填充值的烟草替代填料，其中通过带式流延或挤出工艺生产片。
在步骤100中，提供衍生自木材、棉花、或亚麻并精炼的含纤维素的材料。步骤100中含纤维素的材料量占至多将在步骤109中切碎的片材料的25wt％。步骤101是加入如下物质的任选步骤：含烟草的材料如细粒、浆料、提取物或其组合，和惰性填料。在步骤101中加入的含烟草的材料的量使得要在步骤109中切碎的完成片可包含至多50wt％含烟草的材料。步骤101中含烟草的材料可含有数量占至多步骤109中获得的片材料的30wt％的烟草提取物。优选，步骤101中的烟草提取物材料构成约10％-20wt％步骤109中获得的片材料。在步骤101中加入的惰性填料的数量是生产要在步骤109中切碎的含有至多70wt％惰性填料的片所需的。优选，步骤101中的惰性材料构成约10％-70wt％步骤109中获得的片材料。步骤101中加入到含纤维素的材料中的惰性填料可以是有机物或无机物。无机白垩填料是沉淀和精炼的，导致小粒度，即约0.5μm-1μm直径，这允许当切碎时形成具有增加填充值的更薄片。
在步骤102中充分混合来自步骤100和101的材料。在步骤103中将粘结剂溶液(如藻酸盐，羧甲基纤维素等)加入来自步骤102的材料中并在步骤104中混合。在步骤103中加入的粘结剂溶液的量使得要在步骤109中切碎的完成片基于干重包含约5％-25％粘结剂。在步骤105中，将湿润剂(如甘油，丙二醇等)以一定数量加入使得要在步骤109中切碎的完成片包含约8％-15％湿润剂。有利地，要在步骤109中切碎的完成片包含约12.5wt％湿润剂。任选地，在步骤106中可以将料液和香精加入混合物中。
可以将来自步骤106的混合物由挤出机在步骤107中或由带式流延工艺在步骤108中成形为片。然后在步骤109中将获得的片切碎和加入用于香烟制造的条共混物中。
具有增加填充值的可点燃抽吸的烟草替代物填料由图1和图2所示的方法生产。可点燃抽吸的填料材料典型地包括含纤维素的材料，湿润剂，基本不燃的惰性填料材料，粘结剂，和任选地含烟草的材料，料液，和香精。
湿润剂构成至多15wt％本发明的填料。然而，已经确定超过20％的湿润剂浓度可引起吸烟制品的包装纸出现斑点。出现斑点的精确浓度依赖于其它材料在填料中的浓度。为避免出现斑点，已经对于此所示的本发明的各种实施方案确定了湿润剂的有利浓度。
本发明的填料材料含有约5％-25％粘结剂。用于本发明的合适粘结剂材料包括公知的纤维素型或纤维素衍生型粘结剂、藻酸类或果胶类质粘结剂。纤维素衍生型粘结剂包括粘结剂如羧甲基纤维素钠，甲基纤维素，羟丙基纤维素，羟乙基纤维素或纤维素醚。藻酸类粘结剂包括粘结剂如藻酸铵、藻酸钠、藻酸钙钠、藻酸铵钙、藻酸钾、藻酸镁、三乙醇胺藻酸盐和丙二醇藻酸酯，或通过加入增溶剂，如氢氧化铵而变溶解的不溶性藻酸盐。这些的例子包括藻酸铝、铜、锌和银。也可以使用初始可溶解但在加工期间经历处理以使它们在最终产物中不溶解的藻酸盐，如藻酸钠到藻酸钙。其它有机粘结剂包括树胶如阿拉伯胶、印度胶、黄蓍树胶、刺梧桐树胶、槐树豆胶、金合欢树胶、瓜尔胶、榅桲子或黄原胶，或凝胶如琼脂、琼脂糖、角叉菜聚糖、岩藻依聚糖和帚叉藻聚糖胶(furcellaran)。果胶和果胶质材料也可用作粘结剂。淀粉也可用作有机粘结剂。可以选择其它合适的树胶。无机不燃性粘结剂，如硅酸钾，与硅酸钾结合的氧化镁，或一些水泥例如，及其混合物也可以使用，通常作为备选。所有以上物质的组合也可用作有效粘结剂。
纤维素纤维可以衍生自木材、棉花、或亚麻并典型地构成大约5％-50wt％本发明的填料。已经针对实施本发明的不同方法而确定了纤维素的优选范围，如在此所示。确定与沉淀和精炼惰性材料结合的纤维素的这些范围以生产填充值大于4cc/g并近似天然烟草中发现的填充值的填料材料。另外，发现这些纤维素纤维减少了通常与湿润剂的使用数次相关的斑点出现。含烟草的材料可接近本发明的填料材料的50wt％。烟草的来源的形式可以为烟草细粒、茎、含烟草的浆料、烟草提取物、浓缩提取物、提取的烟草固体、或本领域已知的其它烟草来源。含烟草的材料可含有数量占至多在此要求的方法中获得的片材料的30wt％的烟草提取物。
另外，如需要可以将香精和料液加入可点燃抽吸的填料中。香精或味道材料可包括薄荷醇、甘草、咖啡、烟草、烟草提取物或本领域已知的其它调味料。填料材料可以使用本领域的常规技术包覆。
为使本发明可以容易理解和容易产生效果，进行如下实施例以说明本发明及其各方面。在此引入如下实施例以说明本发明而不希望由此过度地受其限制。
实施例1-10
本发明的几个实施方案根据在此所述的方法制备，测量这些实施方案的填充值并与现有技术中发现的烟草填料材料的填充值比较。填充值如以下方式确定：将10g-20g填料材料样品放入密度计并采用2kg柱塞压缩填料30秒。测量密度计中柱塞的高度以及样品的水分含量。样品的填充值根据如下公式计算：
UFV(cc/g)＝(2.78×H)/W
CFV(cc/g)＝UFV+(-0.76×(T-M)+0.01×(T2-M2)，
其中UFV是未修正的填充值，H是柱塞在密度计中的最终压缩高度，W是以克计的样品重量，CFV是修正的填充值，M是样品的水分百分含量，和T是目标水分14％。
现有技术中发现的填料的组成和本发明的几个实施例的组成见下表。实施例包括基础重量为55g/m2-100g/m2的片。如下实施例中的片材料通过图1中的造纸工艺和图2中的带式流延工艺制图，如所示。每个样品的修正填充值测量结果在每个表的底部列出。
表1
片基础重量100g/m2
通过带式流延制备的片
   材料 现有技术填料   增加的填充值实施例1  增加的填充值实施例2  增加的填充值实施例3 增加的填充值实施例4
烟草(％) 0.0     0.0     0.0     10.0  10.0
藻酸盐(％) 7.5     10.0     10.0     8.0  8.0
沉淀的精炼白垩(％) 0.0     61.5     61.5     55.0  55.0
粒状白垩(％) 78.5     0.0     0.0     0.0  0.0
来自棉花的纤维素纤维(％) 0.0     15.0     0.0     13.0  0.0
来自木材的纤维素纤维(％) 0.0     0.0     15.0     0.0  13.0
甘油(％) 12.5     12.0     12.0     12.0  12.0
焦糖(％) 1.5     1.5     1.5     0.0  0.0
修正的填充值(cc/g) 4.0     5.8     6.8     5.7  6.9
表2
片基础重量75g/m2
通过带式流延制备的片
    材料 现有技术填料 增加的填充值实施例5 增加的填充值实施例6 增加的填充值实施例7
烟草(％)  0.0   0.0   0.0   0.0
藻酸盐(％)  7.5   10.0   10.0   10.0
沉淀的精炼白垩(％)  0.0   60.0   60.0   60.0
粒状白垩(％)  78.5   0.0   0.0   0.0
来自棉花的纤维素纤维(％)  0.0   15.0   0.0   0.0
来自木材的纤维素纤维(％)  0.0   0.0   15.0   0.0
来自亚麻的纤维素纤维(％)  0.0   0.0   0.0   15.0
甘油(％)  12.5   13.0   13.0   13.0
焦糖(％)  1.5   2.0   2.0   2.0
修正的填充值(cc/g)  4.48   8.51   8.62   8.88
表3
片基础重量85g/m2
       材料   现有技术填料a 增加的填充值实施例8a 增加的填充值实施例9a 增加的填充值实施例10b
    烟草(％)     0.0     0.0     10.0     10.0
    藻酸盐(％)     7.5     10.0     8.0     8.0
    沉淀的精炼白垩(％)     0.0     61.5     55.0     55.0
    粒状白垩(％)     78.5     0.0     0.0     0.0
    来自棉花的纤维素纤维(％)     0.0     15.0     13.0     13.0
    来自木材的纤维素纤维(％)     0.0     0.0     0.0     0.0
    甘油(％)     12.5     12.0     12.0     12.0
    焦糖(％)     1.5     1.5     0.0     0.0
    修正的填充值(cc/g)     4.3     7.3     7.6     7.8
a由带式流延工艺制备的片
b由造纸工艺制备的片
表4
片基础重量55g/m2
由造纸工艺制备的片
材料     增加的填充值实施例11
烟草(％)     0.0
藻酸盐(％)     10.0
沉淀的精炼白垩(％)     61.5
粒状白垩(％)     0.0
来自棉花的纤维素纤维(％)     15.0
来自木材的纤维素纤维(％)     0.0
甘油(％)     12.0
焦糖(％)     1.5
修正的填充值(cc/g)     8.5
实施例显示由本发明获得了增加的填充值。典型地，烟草切割的碎屑显示的填充值为约6-7cc/g，其中现有技术的填料的填充值为约4-4.5cc/g。现有技术中填料材料的低填充值导致重吸烟制品，该制品具有差的燃烧速率和烟雾输送以及熄灭的倾向。目前要求的填料材料的填充值在实施例中显示为5.7-8.88cc/g，它是紧密接近在烟草切割碎屑中发现的范围。具有增加的填充值的此填料材料产生重量和其它性能更紧密近似烟草的吸烟制品。另外，填料材料具有良好的燃烧速率和烟雾输送以及降低的熄灭倾向。由本发明发现的另一个优点是填料材料具有增加的拉伸强度，该填料材料比现有技术的填料材料更好地承受切碎和其它香烟制备工艺。同样，本发明相对于现有技术的优点在于本发明降低或消除香烟纸的斑点出现。
在此要求的具有增加的填充值的可点燃抽吸的烟草替代物填料及其制备方法含有如下物质：含纤维素的材料为5％-50％，湿润剂至多为15％，含烟草的材料至多为50％，其中一部分含烟草的材料可以是至多30％的烟草提取物、至多70％的惰性材料，和5％-25％的粘结剂。每种组分的百分比是基于最终片的干燥重量百分比。另外，如需要本发明的填料材料可含有加入的香精和料液。
在此要求的填料材料可以通过造纸工艺，带式流延工艺，或挤出工艺生产。构成填料材料的组分的有利浓度根据用于实施本发明的方法而变化。本发明的填料材料的填充值为至少4cc/g和更贴切地显示出由天然烟草显示的性能。

Claims (30)

1.可点燃抽吸的填料，包括至多约15wt％湿润剂、至多70wt％不燃性惰性填料材料、约5wt％-约25wt％粘结剂、至多约50wt％纤维素纤维，所有都基于干重，其中所述可点燃抽吸的填料的填充值为至少5cc/g。
2.权利要求1的可点燃抽吸的填料，其中所述惰性填料材料选自脱乙酰壳多糖、甲壳素、碳酸钙、碳酸镁、氧化钙、氧化镁、及其组合。
3.权利要求2的可点燃抽吸的填料，其中所述碳酸钙、碳酸镁、氧化钙、和氧化镁是沉淀和精炼的。
4.权利要求2的可点燃抽吸的填料，其中所述惰性填料是所述可点燃抽吸的填料的约10wt％-70wt％。
5.权利要求4的可点燃抽吸的填料，其中所述惰性填料是所述可点燃抽吸的填料的约20wt％-25wt％。
6.权利要求2的可点燃抽吸的填料，其中所述惰性填料是所述可点燃抽吸的填料的至多35wt％。
7.权利要求1的可点燃抽吸的填料，其中所述纤维素的存在量是所述可点燃抽吸的填料的约5wt％-约50wt％。
8.权利要求1的可点燃抽吸的填料，其中所述纤维素的存在量是所述可点燃抽吸的填料的至多25wt％。
9.权利要求8的可点燃抽吸的填料，其中所述纤维素的存在量是所述可点燃抽吸的填料的约10wt％-约15wt％。
10.权利要求1的可点燃抽吸的填料，其中所述湿润剂的存在量是所述可点燃抽吸的填料的约8wt％-15wt％。
11.权利要求10的可点燃抽吸的填料，其中所述湿润剂的存在量是所述可点燃抽吸的填料的约12.5％，基于干重。
12.权利要求1的可点燃抽吸的填料，其中所述含烟草的材料具有烟草提取物，其中所述烟草提取物的存在量为所述可点燃抽吸的填料的至多30wt％。
13.权利要求12的可点燃抽吸的填料，其中所述烟草提取物的存在量为所述可点燃抽吸的填料的约10wt％-20wt％。
14.权利要求1的可点燃抽吸的填料，其中所述粘结剂的存在量为所述可点燃抽吸的填料的约5wt％-25wt％。
15.权利要求14的可点燃抽吸的填料，其中所述粘结剂的存在量为所述可点燃抽吸的填料的约6wt％-10wt％。
16.权利要求1的可点燃抽吸的填料，其中所述纤维素纤维衍生自木材。
17.权利要求1的可点燃抽吸的填料，其中所述纤维素纤维衍生自棉花。
18.权利要求1的可点燃抽吸的填料，其中所述纤维素纤维衍生自亚麻。
19.权利要求1的可点燃抽吸的填料，其中所述填料的形式为片。
20.权利要求19的可点燃抽吸的填料，其中所述片由造纸工艺形成。
21.权利要求19的可点燃抽吸的填料，其中所述片由带式流延工艺形成。
22.权利要求19的可点燃抽吸的填料材料，其中所述片由挤出工艺形成。
23.制备可点燃抽吸的填料的方法，包括如下步骤：
混合含纤维素的材料以形成纤维性材料产物；
精炼所述纤维性材料产物；
将选自脱乙酰壳多糖、甲壳素、碳酸钙、氧化钙、氧化镁、及其组合的惰性材料与所述纤维性材料产物混和以形成含纤维的材料；
通过造纸工艺将所述含纤维的材料制成片；和
切割所述片成条，以形成所述可点燃抽吸的填料，其中所述可点燃抽吸的填料的填充值超过5cc/g。
24.权利要求23的制备可点燃抽吸的填料的方法，其中所述混合步骤进一步包括混合含烟草的材料，其中所述含烟草的材料可占至多所述可点燃抽吸的填料的50重量％。
25.权利要求23的制备可点燃抽吸的填料的方法，其中在切割所述片之前将所述片采用烟草提取物喷淋。
26.权利要求23的制备可点燃抽吸的填料的方法，其中所述烟草提取物进一步具有湿润剂。
27.权利要求26的制备可点燃抽吸的填料的方法，其中所述湿润剂的数量占至多所述可点燃抽吸的填料的15重量％。
28.制备可点燃抽吸的填料的方法，包括如下步骤：
混合含精炼纤维素的材料、含烟草的材料、和惰性材料以形成纤维性材料产物；
混合粘结剂溶液与所述纤维性材料产物以形成含纤维的材料；
加入湿润剂到所述含纤维的材料中；
将所述含纤维的材料制备成片；和
切割所述片成条以形成所述可点燃抽吸的填料，其中所述可点燃抽吸的填料的填充值超过5cc/g。
29.权利要求28的可点燃抽吸的填料，其中所述片由带式流延工艺形成。
30.权利要求28的可点燃抽吸的填料，其中所述片由挤出工艺形成。
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