CN104470384B - 包括气凝胶的吸烟制品的烟嘴 - Google Patents

Abstract

一种吸烟制品(10)，其包括烟嘴(14)，烟嘴包括来自有机凝胶转化的开放孔结构，和分散在开放孔结构内的功能性材料，例如气溶胶颗粒(20)。

Description

包括气凝胶的吸烟制品的烟嘴

本发明涉及吸烟制品的烟嘴或烟嘴过滤单元，其包括从有机凝胶转化为开放孔结构的材料。

吸烟制品典型地包括设计用于容纳气流的部分。例如，许多传统香烟包括过滤单元，其包括可以捕捉或转化吸烟制品的烟雾成分的功能性材料，或当烟雾被抽吸通过过滤嘴时将材料释放到烟雾中。这样的功能性材料是公知的且包括，例如吸附剂、催化剂和香料材料。

在另一实例中，吸烟制品被设计为采用加热烟草而不是燃烧烟草。在另一实例中吸烟制品被设计为既不加热烟草也不燃烧烟草；相反地，它被设计为通过使空气或功能性材料或使空气和功能性材料二者通过烟草来递送烟草中的成分。这样的非燃烧式吸烟制品还可以包括一个或多个设计为容纳气流的部分。例如，这样的吸烟制品可以包括带有香料或其他功能性材料的部分，这些材料被设计为释放到抽吸通过吸烟制品的气流或烟雾流中。

气凝胶是合成的衍生自凝胶的高度多孔性材料，其中凝胶中的液体成分被气体代替。结果得到了带有开放孔结构和低密度的固体。尽管名称为气凝胶，但是气凝胶是刚性的干燥材料，其物理特性与凝胶并不相似；名称来自它们衍生自凝胶。在重量方面，凝胶通常为液体，但是由于液体内的三维交联网络因此行为类似固体。凝胶通常是液体分子在固体内的分散体，其中固体是连续相，液体是分散相。

气凝胶经常易碎，但是典型地结构坚固。在一些情况下，它们的压缩承载能力可追溯到树枝状微结构，其中平均尺寸为大约2-5纳米的球形颗粒融合为簇状。这些簇可以形成三维的近似分形链的高度多孔性结构，在有些情况下具有小于约100纳米的孔。在制造过程中可以控制孔的平均尺寸和密度。

为了简化，本申请涉及气凝胶，但是本领域技术人员还理解烟嘴可以包括任何开放孔结构，其由有机凝胶转化而来，例如还有干凝胶和晶胶，或代替气凝胶。为此，在许多实施方案中，从有机凝胶转化来的开放孔结构可以代替以下使用的气凝胶，或气凝胶可以被干凝胶或晶胶(cryogels)代替。

希望的是提供新颖的吸烟制品，其具有提供大的表面积以捕捉或转化烟雾成分或将功能性材料释放到流过吸烟制品的空气流中的烟嘴。提供香味或捕捉或转化烟雾成分的功能性材料能够随着烟嘴过滤单元的可用表面积的增加而更有效地运行。随着这些材料的效率增加，可以在烟嘴过滤单元中使用减少量的这些材料，同时保持由功能性材料获得的希望的结果。

还希望的是提供新颖的吸烟制品，其具有如下物理特性，例如基本不依赖于气流特性例如抽吸阻力(RTD)的牢固度以及气流和功能性材料之间的接触量。

还希望提供新颖的吸烟制品，其具有含可以形成或提供烟嘴的结构特征的有机气凝胶的烟嘴。

根据本发明，提供了一种具有包括有机气凝胶的烟嘴的吸烟制品。有机气凝胶形成开放孔结构。功能性材料可以分散在气凝胶内，并且特定的功能材料和功能材料的量可以基于待用功能材料获得的希望的结果选择。气凝胶可以用于提供烟嘴的结构特性。气凝胶可以形成为整体式或连续的单元，形成烟嘴的所有部分或一部分。在其他实例中，气凝胶可以作为多个分散在烟嘴或烟嘴过滤单元内的颗粒的形式掺入烟嘴或烟嘴过滤单元内。

根据本发明的吸烟制品提供了一种设计穿过烟嘴的气流特性的有效方式，同时还保持了吸烟制品的希望的物理特性，例如形状、强度和牢固度。有机气凝胶允许烟嘴(例如烟嘴过滤单元)具有高表面积，并且提高了分散在气凝胶内的功能性材料的效率。气凝胶可以形成为任何形状，并且可以为烟嘴提供结构特性。

根据本发明的吸烟制品包括烟嘴，其包括形成开放孔结构的有机气凝胶。气凝胶可以形成烟嘴过滤单元的物理结构或可以为分散在烟嘴过滤单元内的多个气凝胶颗粒的形式。在许多实施方案中，气凝胶形成了烟嘴过滤单元的物理结构。气凝胶提供了如下结构特性，其提供了烟嘴(例如烟嘴过滤单元)中的常用牢固度。

术语“开放孔结构”指的是包括限定了互相连接的空隙或孔的网络或矩阵的结构。气凝胶、气体或蒸汽可以经由气凝胶的互相连接的空隙或孔穿过开放的孔结构。在许多实施方案中，空隙或孔具有小于500微米，或小于250微米，或小于100微米的平均尺寸。空隙或孔的尺寸可以通过切割穿过开放孔结构的整体式单元的一部分或颗粒，并且测量每个空隙或孔的最大横截面尺寸来确定。空隙或孔的平均尺寸是这些测量值的算术平均值。该开放孔结构允许空气或烟草烟雾流过气凝胶结构。可以选择开放孔结构的孔尺寸以提供近似于抽吸传统吸烟制品时的抽吸阻力的抽吸阻力。在许多实施方案中烟嘴或烟嘴过滤器包括气凝胶或开放孔结构，其具有范围为从大约50到大约120mmH₂O或从大约60到大约100mmH₂O的抽吸阻力。因此,本文描述的传统的吸烟制品的吸烟体验可与传统的吸烟制品相当。

术语“有机气凝胶”指的是优选地包括至少大约75％重量、更优选地至少90％重量、甚至更优选地基本上、或最优选地由有机化合物组成。有机化合物包括任何通常指的是有机物的化合物，例如那些落入有机化学的IUPAC命名法(通常指的是“蓝皮书”)的化合物。实例包括聚合物、糖、蛋白质、纤维素材料等等。

这是相对于其他材料，例如通常不被认为是有机化合物的活性炭材料而言的。例如，一些材料(包括一些有机化合物)可以被碳化、热解或其他方式加热以便产生活性炭结构，但是在材料被活化之后，其不能再被认为是有机化合物。在一些情况下，有机气凝胶不被碳化、热解或其他方式加热到高于150摄氏度。

另外，气凝胶的材料优选为非交联的，以便保持开放孔结构。

对于烟嘴或烟嘴过滤单元有用的气凝胶的密度可以为小于大约0.35g/cm³或小于约0.1g/cm³或小于约0.05g/cm³。这些气凝胶可以具有大于大约500m²/g或大于大约750m²/g或大于大约1000m²/g的表面积，如通过压汞法测定。这些气凝胶可以具有至少大约50％的空隙空间(或气体体积)或至少约75％的空隙空间或至少约90％的空隙空间。

对于烟嘴过滤单元有用的气凝胶可以通过如下来制备：在溶液中产生凝胶，然后移除液体使得气凝胶结构完整。例如，凝胶通过将胶凝剂和液体结合而形成。在许多实施方案中，将液体从凝胶中经由超临界萃取或超临界干燥移除。

超临界萃取或干燥通过如下实施：升高凝胶的温度和压力以强制流体变成超临界流体(其中它的液相和气相变得不可区分)。通过降低压力，液体被气化和移除，形成气凝胶。

在一些实施方案中，将凝胶置于压力容器内并用液体二氧化碳填充压力容器。液体二氧化碳实质上是可以替换凝胶的孔中的液体(例如水或溶剂)的溶剂。凝胶被浸入液体二氧化碳中数天的时间段。二氧化碳替代了凝胶孔中的液体。接着将二氧化碳加热到超过其临界温度(31摄氏度)和压力(73atm)。接着将容器等温减压，产生气凝胶。

术语“胶凝剂”指的是这样的材料，当其与溶剂液体(以合适的比例和加工条件)混合时，将液体从易流动液体转化为可塑性固体、半固体或凝胶。凝胶包括固体三维网络，其涵盖了液体介质的体积并且通过表面张力效应将其缠绕。

有机气凝胶包括天然的或合成的聚合物、纤维素材料、糖、蛋白质等。在许多实施方案中，有机胶凝剂为合成的或天然的聚合物，例如醋酸纤维素、聚苯乙烯、聚乳酸等。在一些实施方案中，有机胶凝剂为纸或纤维素材料。在一些实施方案中有机胶凝剂为多糖或蛋白质、或一种或多种多糖和一种或多种蛋白质的组合。多糖可以包括例如淀粉、植物胶、琼脂、卡拉胶或果胶。胶凝剂还可以包括藻酸酯或藻酸盐例如，褐藻酸、藻酸钠、藻酸钾、藻酸铵或藻酸钙。胶凝剂可以包括例如明胶。优选的有机胶凝剂包括果胶、藻酸钠、藻酸钙、阿拉伯树胶和胶原蛋白，例如明胶。

液体可以与胶凝剂结合以形成凝胶和最终的气凝胶。液体可以包括溶剂或水、或溶剂和水。有用的溶剂包括例如乙醇、甲醇、丙酮、甲基乙基酮、2-丙醇、二氧化碳、己烷、和甲苯。

气凝胶可以任何有用的或希望的形状形成。凝胶可以塑造成任何有用的形式并且接着液体被移除形成相似形状的气凝胶单元。在许多实施方案中，气凝胶单元是整体式或连续的单元，形成吸烟制品的烟嘴或烟嘴过滤单元的至少一部分。以此方式，气凝胶为烟嘴或烟嘴过滤单元提供了结构特性，并且允许与传统烟嘴或烟嘴过滤单元相比，烟嘴拥有常规牢固度。在许多实施方案中，气凝胶单元是整体式单元，形成香烟的烟嘴过滤单元。

多个开放通道可以延伸通过连续式气凝胶单元的长度。这些开放通道可以通过任何有用的方法形成。在许多实施方案中，这些开放通道在模塑过程中形成。凝胶可以置于模塑单元的由侧面和底面限定的空腔内。在一些实施方式中，多个伸长通道形成构件固定在底面上并且延伸通过气凝胶的长度。在其他实施例中，多个伸长通道形成构件固定在相对于模塑单元可移动的支撑单元上。一旦气凝胶制成并从模塑单元的空腔内移出后，伸长通道形成构件就限定了穿过气凝胶的空隙空间或通道。

伸长通道形成构件可以具有任何有用的直径，例如大约25微米或更少、或约15微米或更少。任何有用数量的通道形成构件可以被设置在模塑单元的空腔内，例如至少大约10或至少大约20。通道形成构件可以沿着气凝胶的整个长度或气凝胶长度的至少大约90％或至少大约75％延伸。

在一些实施方案中，气凝胶形成为多个具有任何有用尺寸的颗粒。在这些实施方案中，气凝胶颗粒的平均尺寸为至少大约50微米、或至少大约100微米、或至少大约250微米。气凝胶颗粒的平均尺寸为小于至少大约5000微米、或小于至少大约1000微米或小于至少大约500微米。对于本发明的目的，“颗粒尺寸”被认为是微粒材料中单个颗粒的最大横截面尺寸。“平均”颗粒尺寸指的是颗粒的算术平均颗粒尺寸。微粒材料样品的颗粒尺寸分布可以使用已知的筛网测试进行确定。

多个气凝胶颗粒可以根据需要分散在烟嘴或烟嘴过滤单元中。在许多实施方案中，气凝胶分散在烟嘴过滤单元的醋酸纤维素束中。气凝胶颗粒可以以任何希望的重量％分散在烟嘴或烟嘴过滤单元内(例如醋酸纤维素束)。在一些实施方案中气凝胶颗粒分散在烟嘴或烟嘴过滤单元(例如醋酸纤维素束)中，其量为至少大约1wt％或至少大约5wt％或至少10wt％。在一些实施方案中，气凝胶颗粒以小于大约90wt％的量分散在烟嘴或烟嘴过滤单元中。

有机气凝胶可以包括功能性材料。功能性材料可以与胶凝剂和液体结合形成凝胶和最终的气凝胶。功能性材料可以分散在气凝胶的开放孔结构内。气凝胶提供了大的表面积，以改善功能性材料的效率。因此，与传统吸烟制品相比，较少量的功能性材料可以与气凝胶的开放孔结构一起使用。功能性材料可以掺入气凝胶结构内，基本上将功能性材料“锁合”在气凝胶基质或结构内。功能性材料可以包括释放到穿过气凝胶的气体或烟雾中的材料。功能性材料可以包括捕捉或转化烟雾成分的材料。功能性材料可以物理结合在气凝胶内。在优选实施方案中，功能性材料不是化学地或共价地结合到气凝胶。

捕捉烟雾成分的材料包括吸附剂例如活性炭、包覆碳、活性铝、沸石、海泡石、分子筛和硅胶。捕捉烟雾成分的材料包括离子交换材料例如单氨基酸、氨基功能材料、和聚电解质。在许多实施方案中，活性炭分散在气凝胶内。在一些实施方案中，捕捉或转化烟雾成分的材料的颗粒尺寸可以采用标准筛网试验进行测量。例如，至少大约90％重量的材料可以具有介于ASTM 20和ASTM 70之间的颗粒尺寸。

在其他实施方案中，由于功能性材料被“锁合”或物理性结合在气凝胶结构中，可以使用较小尺寸的功能性材料。例如，以重量计高于约10％的颗粒可以小于ASTM 70，或多于大约以重量计25％的颗粒可以小于ASTM 70。材料，例如活性炭，可以以大约40到180mg/吸烟制品或大约60到100mg/吸烟制品的量存在于气凝胶结构中并掺入到吸烟制品烟嘴中。

转化烟雾成分的材料包括催化剂，例如锰、铬、铁、钴、镍、铜、锆、锡、锌、钨、钛、钼、钒材料、二氧化钛、二氧化铈和金或二氧化钛载金和纳米结构例如碳纳米管。

释放到通过吸烟制品的气凝胶或烟嘴的气体或烟雾中的功能性材料包括香料材料。香料材料包括烟草。香料材料包括液体香料或吸附剂或纤维素材料的颗粒，其浸渍有液体香料或颗粒材料例如草本材料。香料包括但不限于天然的或合成的薄荷醇、胡椒薄荷、绿薄荷、咖啡、茶、调味料(例如肉桂、丁香和姜)、可可、香草、水果香料、巧克力、桉树、天竺葵、丁子香酚、龙舌兰、杜松、茴香脑和芳樟醇。另外，香料包括精油、或一种或多种精油的混合物。“精油”是从植物中获得的具有植物的特征性香味和香料的油。适合的精油包括但不限于胡椒薄荷和绿薄荷油。在许多实施方案中香料包括薄荷醇、丁子香酚、或薄荷醇和丁子香酚的组合。

术语“草本材料”用于表示来自草本植物的材料。“草本植物”为芳香植物，其叶子或其他部分被用于药用、烹调或芳香用途，并且能够将香味释放于吸烟制品产生的烟雾中。草本材料包括药草叶或来自草本植物的其他草本材料，包括但不限于薄荷、例如胡椒薄荷(Peppermint)及绿薄荷(Spearmint)、檸檬香蜂草、罗勒(Basil)、肉桂、柠檬罗勒、香葱、芫荽、薰衣草、鼠尾草、茶叶、百里香和蒿。术语“薄荷”被用于表示薄荷属的植物。适合类型的薄荷叶可取自如下植物品种：包括但不限于辣薄荷(Mentha piperita)、野薄荷(Menthaarvensis)、埃及薄荷(Mentha niliaca)、柠檬薄荷(Menthe citrata)、绿薄荷(Menthaspicata)、花薄荷(Mentha spicata crispa)、心形叶薄荷(Mentha cordifolia)、欧薄荷(Mentha longifolia)、普列薄荷(Mentha pulegium)、苹果薄荷(Mentha suaveolens)、和斑叶凤梨薄荷(Mentha suaveolens Variegata)。

气凝胶的隔热特性使得其能够结合在烟嘴或烟嘴过滤单元中放热的材料，例如催化剂，以保持烟嘴和烟嘴过滤单元的温度处于使用者感到舒适的水平。

术语“烟雾”或“烟草烟雾”指的是当烟草材料进行燃烧、高温分解、加热或化学反应时释放的气雾剂或蒸汽。

术语“烟嘴”指的是设计为安放在吸烟者的嘴的内部或附近并且接触嘴唇的吸烟制品的部分。烟嘴例如可以指传统吸烟制品的过滤嘴部分，例如在吸烟制品的嘴端部分的30mm、或吸烟制品的嘴端部分的20mm。

在许多实施方案中，吸烟制品的总长度为大约70mm到大约128mm，或大约84mm。吸烟制品的外径可以为大约5mm到大约8.5mm、或大约5mm到大约7.1mm的细长尺寸吸烟制品或大约7.1mm到大约8.5mm的常规尺寸吸烟制品。

本发明的吸烟制品的抽吸阻力(RTD)可以基于烟嘴或烟嘴过滤单元中气凝胶的掺入和在其中的结构而变化。在许多实施方案中吸烟制品的RTD为从大约50到大约140mmH₂O，或从大约60到大约120mmH₂O。吸烟制品的RTD指的是当在稳定条件下被空气流通过时，样品两端之间的静压差，其中在输出端的体积流量是17.5毫升/秒。样品的RTD可以使用ISO标准6565:2002中的方法进行测量。

根据本发明的吸烟制品可以包装在容器内，例如在带有用一种或多种香料涂覆的内衬的铰盖式包装或软包装内。

任何上述的材料都可以用于传统燃烧式吸烟制品的烟嘴或烟嘴过滤单元，例如香烟，或可以用于非燃烧式吸烟制品的烟嘴或烟嘴过滤单元，例如设计为使用热量、空气流或化学反应递送烟草成分的吸烟制品。

下面将参考附图，通过仅为示例的方式对本发明进行进一步描述，其中：

图1显示了根据本发明的吸烟制品的横截面示意图，其具有由气凝胶形成的烟嘴过滤单元；

图2显示了根据本发明的吸烟制品的横截面示意图，其具有由多个气凝胶颗粒分散在过滤束中形成的烟嘴过滤单元；

图3显示了模塑单元的侧视示意图；

图4显示了另一模塑单元的侧视示意图。

图1和图2中所示的吸烟制品10包括烟草基体或烟草杆12，其连接到轴向排列的烟嘴或烟嘴过滤单元14。烟嘴或烟嘴过滤单元14包括过滤单元16，其可以由包裹在成型纸18内的气凝胶20制成。水松纸19将烟草杆12与轴向排列的过滤嘴14连接。香烟包装纸13围绕包括了烟草切割填充物11的烟草基体。

图1显示了整体式气凝胶单元20，其形成了烟嘴过滤单元16的结构。图1中所示的整体式气凝胶烟嘴过滤单元20是圆筒形单元，其形成了吸烟制品10的烟嘴或烟嘴过滤单元14。

图2显示了分散在过滤单元16内的多个气凝胶颗粒20，所述过滤单元可以为例如醋酸纤维素束。

图3显示了模塑单元30的侧视示意图，其可以用于气凝胶20的形成。凝胶可被放置在模塑单元30的空腔36内。空腔36由侧表面32和底面34限定。多个伸长通道形成构件40固定在底面34上并且延伸通过气凝胶20的长度。一旦形成气凝胶20并且从模塑单元30的空腔36中移走，伸长通道形成构件40限定了穿过气凝胶20的空隙空间或通道。

伸长通道形成构件40可以具有任何有用的直径，例如大约25微米或更少、或大约15微米或更少。任何有用数量的通道形成构件40可被置于模塑单元30的空腔36内，例如至少大约10或至少大约20。通道形成构件40可以沿着气凝胶20的整个长度，或气凝胶20的长度的至少大约90％或至少大约75％延伸。

图4显示了另一模塑单元31的侧视示意图。在该实施方案中伸长通道形成构件40相对于模塑单元30的空腔36是可移动的。伸长通道形成构件40固定在支撑单元42上，其相对于模塑单元30的空腔36沿侧面32的长度可纵向移动，并且朝向或远离底面34移动。伸长通道形成构件40延伸通过气凝胶20的长度并且如以上所述。一旦形成气凝胶20并且从模塑单元30的空腔36和伸长通道形成构件40中移走，伸长通道形成构件40限定了穿过气凝胶20的空隙空间或通道。

Claims (14)

1.一种吸烟制品，包括烟嘴，该烟嘴包括从有机凝胶转化来的开放孔结构，和分散在开放孔结构内的功能性材料，其中开放孔结构包括有机气凝胶。

2.根据权利要求1的吸烟制品，其中功能性材料包括捕捉或转化烟雾成分的材料。

3.根据权利要求1的吸烟制品，其中功能性材料包括香料物质。

4.根据权利要求1的吸烟制品，其中有机气凝胶包括醋酸纤维素。

5.根据权利要求1到4任一项的吸烟制品，其中功能性材料包括吸附剂或催化剂。

6.根据权利要求1到3任一项的吸烟制品，其中开放孔结构包括聚合物，所述聚合物包括聚苯乙烯或聚乳酸或纤维素材料。

7.根据权利要求1到4任一项的吸烟制品，其中烟嘴包括连续式气凝胶单元。

8.根据权利要求7的吸烟制品，进一步包括多个开放通道，其延伸通过连续式气凝胶单元的长度。

9.根据权利要求1到4任一项的吸烟制品，其中烟嘴包括分散在过滤单元内的多个气凝胶颗粒。

10.根据权利要求5的吸烟制品，其中吸附剂包括活性炭。

11.一种方法，其包括：

将功能性材料与胶凝剂和溶剂组合形成凝胶；

从凝胶中移除溶剂以形成有机气凝胶；和

将有机气凝胶置于吸烟制品烟嘴中。

12.根据权利要求11的方法，进一步包括通过将烟草基体和吸烟制品烟嘴组合形成吸烟制品。

13.根据权利要求11或12的方法，其中功能性材料包括捕捉或转化烟雾成分的材料。

14.根据权利要求11或12的方法，进一步包括：

将凝胶置于模塑单元中；

提供多个通过凝胶的长度的伸长构件；

通过从凝胶内移除溶剂来在模塑单元内形成有机气凝胶，其中有机气凝胶包括多个开放通道，其延伸通过有机气凝胶的长度。