CN105025737A - 用于形成带香味的抽烟过滤器所用的有机多孔物质的设备、系统和相关方法 - Google Patents
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Abstract
有机多孔物质可以用于带香味的抽烟过滤器。有机多孔物质的生产可以包括将基体材料引入到模腔中,该基体材料包含多个粘合剂颗粒、多个有机颗粒、和微波增强添加剂;加热至少一部分的该基体材料来将该基体材料在多个接触点处粘合,由此形成有机多孔物质长段,其中加热包括用微波辐射来辐照至少一部分的该基体材料;和径向切割有机多孔物质长段,由此产生有机多孔物质。
Description
发明背景
本发明涉及高生产量制造有机多孔物质(其可以用于带香味的抽烟过滤器)的设备,系统和相关方法。
带香味的抽烟装置(例如香烟)构造了大的细分市场,特别是在东亚、印尼和印度。常规地,带香味的抽烟装置是通过将醇溶液中的增香剂(典型的是精油)喷涂到用于构造抽烟装置的烟草或过滤器上来制造的。当抽吸这样的烟草时,该增香剂挥发,并且进入烟雾流中,为吸烟者赋予香味。但是,当烟草燃烧时,增香剂的许多味道效果在抽烟装置的侧流烟中丧失,仅仅较小的百分比通过过滤器到达吸烟者。结果,通常将过量的增香剂施用到烟草上,来实现令人满意的味道效果。
此外,大量增香剂在施用喷涂过程中损失到大气中,施用喷涂是将它施用到烟草上的主要途径。另一相关缺点是在抽烟装置的存储和配送过程中,大百分比的挥发性增香剂穿过包装从烟草中损失,由此限制了所述产品的有效存储寿命。
在为香烟赋予香味的可选择的方法中,已经将各种碳或硅胶材料用增香剂浸渍,然后将该浸渍的材料用作香烟中的过滤器元件。虽然这些技术提供了相比于在烟草中使用增香剂而言的一些优点,但是它们仍然远远不能满足期望,特别是在这样的范围内,如在香烟抽吸过程中传递增香剂,和使用最小的增香剂来获得最终香烟产品中令人满意的味道。此外,使用颗粒状添加剂(例如碳和二氧化硅)会引起过滤器的抽吸阻力发生变化(作为封装压降“EPD”来测量),这会使得消费者不适。
所以,虽然进行了持续研究,但是仍然需要开发改进的和更有效的机构,以便将增香剂加入抽烟装置中,其对抽烟装置的抽吸特性影响最小。
附图说明
包括下图来说明本发明的某些方面,并且不应当视为排他性实施方案。作为受益于本发明的本领域技术人员所容易想到的,所公开的主题能够在形式和功能中进行相当大的改变、变化和等价替换。
图1A-B显示了形成本发明的有机多孔物质的系统的非限定性例子(不必按照比例)。
图2A-B显示了形成本发明的有机多孔物质的系统的非限定性例子(不必按照比例)。
图3显示了显示了形成本发明的有机多孔物质的系统的非限定性例子(不必按照比例)。
图4显示了显示了形成本发明的有机多孔物质的系统的非限定性例子(不必按照比例)。
图5显示了显示了形成本发明的有机多孔物质的系统的非限定性例子(不必按照比例)。
图6A显示了显示了形成本发明的有机多孔物质的系统的非限定性例子(不必按照比例)。
图6B显示了显示了形成本发明的有机多孔物质的系统的非限定性例子(不必按照比例)。
图7A显示了显示了形成本发明的有机多孔物质的系统的非限定性例子(不必按照比例)。
图7B显示了显示了形成本发明的有机多孔物质的系统的非限定性例子(不必按照比例)。
图8显示了显示了形成本发明的有机多孔物质的系统的非限定性例子(不必按照比例)。
图9显示了显示了形成本发明的有机多孔物质的系统的非限定性例子(不必按照比例)。
图10显示了形成本发明的有机多孔物质的系统的非限定性例子(不必按照比例)。
图11显示了形成本发明的有机多孔物质的系统的非限定性例子(不必按照比例)。
图12显示了形成本发明的有机多孔物质的系统的非限定性例子(不必按照比例)。
图13显示了生产根据本发明至少一些实施方案的过滤器棒的方法的示意图。
图14显示了一个示意图,其涉及到本发明的用于形成根据此处所述至少一些实施方案的过滤器的至少一些方法。
具体实施方式
本发明涉及用于制造有机多孔物质(其可用于带香味的抽烟过滤器)的设备,系统和相关方法,包括高生产量方法和相关的设备和系统。
此处所述的有机多孔物质使用了有机颗粒而非精油,以便将香味引入烟雾流中。作为此处使用的,术语“有机颗粒”指的是天然组合物,其在加热或者另一种流体抽吸穿过过滤器时,能够赋予香味(例如通过释放精油)。使用有机颗粒使得增香剂处于天然状态,这延长了产品存储寿命和减轻了增香剂劣化(例如通过氧化)。此外,传统的过滤器(例如醋酸纤维素束过滤器,其包括喷于其上的增香剂)典型的通过香烟的端部损失了大量香味。此处所述的有机多孔物质可以有利地用于分段过滤器(即,在每一侧上具有至少一个过滤器段)的内段中,其可以提供另外的香味保持性和存储寿命。
有机多孔物质可以引入作为抽烟装置过滤器中段或区段。在一些实施方案中,增加烟雾流的温度可以增强增香剂从有机颗粒的释放。
此外,对于有机多孔物质,封装压降(其是抽吸阻力的量度)可以调节。例如可以改变有机多孔物质的长度,这可以改变增香剂到吸烟者的剂量。这种调节能力也可以允许生产这样的过滤器,其具有与无有机多孔物质的过滤器基本相同的EPD,其因此会使得该新的增香剂机构更易于被市场所接受。
作为此处使用的,术语“有机多孔物质”指的是这样的物质,其包含在多个接触点处机械结合的多个粘合剂颗粒和多个有机颗粒。所述的接触点可以是有机颗粒-粘合剂接触点,粘合剂-粘合剂接触点和/或有机颗粒-有机颗粒接触点。作为此处使用的,术语“机械结合”、“机械结合的”、“物理结合”等指的是将两个颗粒保持在一起的物理连接。机械结合可以是刚性或者柔性的,这取决于结合材料。机械结合可以或者可以不包括化学结合。通常机械结合不包括粘结剂,虽然在一些实施方案中,粘结剂可以在机械结合之后用于将其他添加剂粘附到有机多孔物质的部分上。
作为此处使用的,术语“颗粒”和“颗粒状”可以互换使用,并且包括全部已知材料形状,包括球形和/或卵形,基本上球形和/或卵形,圆板和/或小板,薄片,带状,针状,纤维状,多边形(例如立方体),无规形状(例如压碎岩石形状),有小面的(例如晶体形状)或者其任意杂合。
有机多孔物质可以通过多种方法来生产。例如一些实施方案可以包括将该基体材料(例如有机颗粒和粘合剂颗粒)形成期望的形状(例如使用模具),加热该基体材料来将该基体材料机械结合在一起,和精加工该有机多孔物质(例如切割该有机多孔物质到期望的长度)。在生产多孔物质所包括的各种方法/步骤中,将该基体材料形成期望的形状,同时保持均匀分散和加热可以是限制了高生产量制造的步骤中的两个。因此,使用气动致密相供料的方法可以包括在此处所述的用于高生产量制造有机多孔物质的优选的方法中(例如大约300m/min-大约800m/min)。
此处所述的有机颗粒能够将微波转化成热,其提供用于快速烧结此处所述的有机多孔物质,这会允许高生产量制造有机多孔物质。但是,大量加热有机颗粒会劣化香味(例如通过氧化或者燃烧有机颗粒)。为了减轻这种效应,一些实施方案可以使用微波增强添加剂。此外,该生产方法可以设计来使得微波增强添加剂的功能最大化和使得微波与有机颗粒的相互作用最小化。例如一些微波增强添加剂可以与不同频率的微波以不同程度相互作用。如此,微波增强添加剂可以选择来具有相应的最佳微波频率,其与有机颗粒以较低程度相互作用。
此外,相比于其他增香剂液体,有机微粒的用途为该有机颗粒能够与粘合剂颗粒一起流动以得到基本均匀的混合物,和因此形成更均匀的有机多孔物质。而使用液体增香剂将最可能引起粘合剂颗粒团集和由其生产的有机多孔物质中的缺陷。
应该指出,当在本文中对于数字列表中的数字提供“大约”时,该术语“大约”修饰该数字列表的每个数字。应该指出,在某些数字范围列表中,列举的某些下限可能大于列举的某些上限。本领域技术人员将认识到,所选择的子集要求选择超过所选择的下限的上限。
I.形成有机多孔物质的方法和设备
该形成有机多孔物质的方法可以包括连续加工方法,间歇加工方法,或者杂合的连续-间歇加工方法。作为此处使用的,“连续加工”指的是无中断的制造或者生产材料。材料流可以是连续的,索引化的或者二者的组合。作为此处使用的,“间歇加工”指的是作为单个组分或组分的组,在单个站点制造或者生产材料,然后将该单个组分或者组进行到接下来的站点。作为此处使用的,“连续-间歇加工”指的是二者的杂合,这里一些方法或者一系列的方法是连续进行的,并且其他是间歇进行的。
通常,有机多孔物质可以由基体材料构成。此处所用的术语“基体材料”指的是用于形成有机多孔物质的前体,例如粘合剂颗粒和有机颗粒。在一些实施方案中,该基体材料可以包含粘合剂颗粒与有机颗粒、由粘合剂颗粒与有机颗粒组成或基本由粘合剂颗粒与有机颗粒组成。在一些实施方案中,该基体材料可以包含粘合剂颗粒、有机颗粒和添加剂。在本公开中提供了合适的粘合剂颗粒、有机颗粒与添加剂的非限制性实例。
如上所述,该封装压降(“EPD”,其是过滤器抽吸特性的量度)可以取决于粘合剂颗粒的尺寸和形状,有机颗粒的尺寸和形状,粘合剂颗粒无机颗粒每个的浓度,和任何添加剂的尺寸,形状和浓度等。如此,此处所述的制造方法在一些实施方案中可以包括尺寸化该基体材料,或者其组分。例如尺寸化可以包括过滤或者筛选该基体材料,或者其组分,例如用常规的目数程序进行。
使用此处所述的有机颗粒在一些情况中引起了独特的制造挑战。例如用于有机多孔物质中的有机颗粒可以通过磨碎天然组合物来产生。应当注意的是除非另有规定之外,术语“磨碎”包括类似方法如切割,剁切,压碎,研磨,粉碎等,包括前述的低温形式。
在一些情况中,天然材料的磨碎(或类似方法)释放了湿气和精油,这会引起有机颗粒聚集,其改变了相应的有机粒度和最后会影响由其生产的有机多孔物质的特性。此外,当生产具有这样的聚集体的有机多孔物质时,已经观察到一些有机多孔物质具有起皱的包裹物,空隙和凹痕。
为了减轻有机颗粒聚集,一些实施方案可以包括干燥该有机颗粒。在一些情况中,干燥可以包括在降低的空气压力(即,压力小于大气压)中加热该有机颗粒。例如可以使用大约20℃-大约80℃(包括其子组例如大约40℃-大约60℃)的真空烘箱数分钟到数小时,这取决于有机颗粒的量,相关表面积和加热期间的空气压力等。应当注意的是该干燥温度可以处于所述的优选的范围之外,和处于本发明范围内。
在一些情况中,干燥该有机颗粒可以在有机颗粒尺寸化之前、之后和/或之中进行。在一些情况中可以取消尺寸化,这里该磨碎方法(或类似方法)提供了期望的有机颗粒粒度和干燥使得聚集最小化。
形成有机多孔物质通常可以包括将基体材料形成一定形状(例如适于作为抽烟装置过滤器,水过滤器,空气过滤器等混入),并且在多个接触点(例如多个烧结接触点)处机械结合(例如通过烧结)至少一部分的该基体材料。
将基体材料形成一定形状可以包括模腔。在一些实施方案中,模腔可以是单件或者单件的集合,每个具有或者不具有端帽,板或者塞子。在一些实施方案中,模腔可以是多个模腔部件,其组装时形成了模腔。在一些实施方案中,模腔部件可以借助于传送机、带子等组合在一起。在一些实施方案中,模腔或者其部件可以沿着材料路径是固定的,并且配置来允许传送机、带子等送过其中,这里该模腔可以辐射状地膨胀和收缩,来为该基体材料提供期望水平的压缩。
模腔可以具有任何横截面形状,包括但不限于圆形,基本上圆形,卵形,基本上卵形,多边形(如三角形,正方形,矩形,五边形,星形等),具有圆边的多边形(包括花型),圆环等,或者其任意杂合。在一些实施方案中,有机多孔物质可以具有包含孔或者通道的横截面形状,其可以通过使用一种或多种的口模,通过机加工,通过适当成型的模腔或者任何其他合适的方法(例如可降解材料的降解)来实现。在一些实施方案中,该有机多孔物质可以具有用于烟嘴或者烟斗的特定形状,其用于安装在烟嘴或者烟斗中,来允许烟雾穿过过滤器到消费者。当讨论此处的有机多孔物质的形状时,相对于传统抽烟装置过滤器,该形状可以以圆柱体的横截面的直径或者圆周(其中该圆周是圆的周长)方面来提及。但是在其中本发明的有机多孔物质处于非真正的圆柱形的形状的实施方案中,应当理解术语“圆周”被用于表示任何形状横截面的周长,包括圆形横截面。
通常,模腔可以具有纵向和垂直于该纵向的径向,例如基本上圆柱形状。本领域技术人员应当理解如何将此处提出的实施方案转化成没有限定的纵向和径向的模腔,例如球形和立方体(在适用时)。在一些实施方案中,模腔可以具有沿着纵向变化的横截面形状,例如圆锥形,从正方形到圆形渐变的形状,或者螺旋形。在具有片状模腔的一些实施方案中(例如通过在两个板之间的开口形成),该纵向将是加工方向或者基体材料流动方向。在一些实施方案中,模腔可以是卷绕或者成型为期望的横截面形状的纸,例如圆柱。在一些实施方案中,模腔可以是在纵向接缝处胶合的纸圆柱。
在一些实施方案中,模腔可以具有纵轴,沿着所述纵轴,其具有作为第一端和第二端的开口。在一些实施方案中,基体材料可以在加工过程中沿着模腔纵轴送过。作为非限定性例子,图1显示了模腔120,其具有沿着材料路径110的纵轴。
在一些实施方案中,模腔可以具有纵轴,沿着所述纵轴,其具有第一端和第二端,其中至少一端是封闭的。在一些实施方案中,所述的封闭端可以是能够打开的。
在一些实施方案中,单个模腔可以在机械结合(例如烧结或者形成烧结的接触点)之前用基体材料填充。在一些实施方案中,单个模腔可以通过在机械结合之前和/或之中,连续将基体材料送过其中,来用于连续生产有机多孔物质。在一些实施方案中,单个模腔可以用于生产个体有机多孔物质。在一些实施方案中,所述的单个模腔可以重新使用和/或连续重新使用来生产多个个体有机多孔物质。
在一些实施方案中,模腔可以至少部分地用包裹物内衬和/或用脱模剂涂覆。在一些实施方案中,包裹物可以是单个包裹物例如纸张。在一些实施方案中,包裹物可以是可卷绕长度包裹物例如50英尺纸卷。
在一些实施方案中,模腔可以用大于一种包裹物作内衬。在一些实施方案中,形成有机多孔物质可以包括用(一种或多种)包裹物作为(一种或多种)模腔内衬。在一些实施方案中,形成有机多孔物质可以包括用包裹物包裹该基体材料,以使得该包裹物有效形成模腔。在这样的实施方案中,该包裹物可以作为模腔使用,在基体材料存在下作为模腔而形成,或者围绕基体材料包裹,该基体材料处于预成形的形状(例如借助于增粘剂来预成形)。在一些实施方案中,包裹物可以连续供给通过模腔。包裹物可以能够将有机多孔物质保持在一定形状,能够将有机多孔物质从模腔中脱出,能够帮助将基体材料送过模腔,能够在处理或者运输过程中保护有机多孔物质,及其任意组合。
合适的包裹物可以包括但不限于纸(例如木基纸,含有亚麻的纸,亚麻纸,由其他天然或者合成纤维生产的纸,功能化纸,特殊标记纸,着色纸),塑料(例如氟化聚合物如聚四氟乙烯,有机硅),膜,涂覆纸,涂覆塑料,涂覆膜等,及其任意组合。在一些实施方案中,包裹物可以是适用于抽烟装置过滤器中的纸张。
在一些实施方案中,包裹物可以粘附(例如胶合)到它本身,来帮助保持在期望的形状,例如保持在基本上圆柱形构造。在一些实施方案中,机械结合该基体材料也可以将该基体材料机械粘合(或烧结)到包裹物上,其可以缓解对于将该包裹物粘附到它本身上的需要。
合适的脱模剂可以是化学脱模剂或物理脱模剂。化学脱模剂的非限制性实例可以包括油、油基溶液和/或悬浮液、皂类溶液和/或悬浮液、粘结到模具表面上的涂层等等,以及其任意组合。物理脱模剂的非限制性实例可以包括纸张、塑料以及其任意组合。可以称为脱模包装物的物理脱模剂可以类似于本文中所述包装物那样实施。
一旦用该模腔成形为所期望的横截面形状,该基质材料可以在多个接触点处机械粘结。机械粘结可以在基质材料处于模腔中的过程中和/或在此之后发生。机械粘结可以用热和/或压力并在无粘合剂的情况下来实现(例如形成烧结的接触点)。在一些情况下,任选可以包括粘合剂。
热可以是辐射热、传导热、对流热以及其任意组合。加热可以涉及包括但不限于模腔内部的加热流体、模腔外部的加热流体、蒸汽、加热的惰性气体、来自有机多孔物质组分(例如纳米颗粒、有机颗粒等等)的二次辐射、烘箱、炉子、火焰、导电或热电材料、超声等等以及其任意组合的热源。作为非限制性实例,加热可以包括对流烘箱或加热块。另一非限制性实例可以包括用微波能量加热(单模或多模辐射器)。在另一非限制性实例中,加热可以包括在模腔中时令加热的空气、氮气或其它气体通过该基质材料。在一些实施方案中,加热的惰性气体可用于减轻有机颗粒和/或添加剂的任何不想要的氧化。另一非限制性实例可以包括热电材料制成的模腔,使得该模腔加热。在一些实施方案中,加热可以包括前述的组合,例如令加热气体通过基质材料,同时令基质材料通过微波炉。
在一些实施方案中,有机颗粒可以是生坯形式(例如没有烘烤)。在一些实施方案中,加热包含生坯有机颗粒的基体材料可以有利地烘烤该生坯有机颗粒,由此改变有机颗粒的香味分布。这样的颗粒的例子可以包括但不限于咖啡,啤酒花,糖等。
在一些情况中,该基体材料可以进一步包含微波增强添加剂,其比此处所述的有机颗粒更有效的吸收微波。如此,微波增强添加剂可以允许生产有机多孔物质,包括经由高生产量方法来生产,并且在高温具有减少的时间,其进而可以减轻香味劣化。合适的微波增强添加剂可以包括但不限于微波响应性聚合物,碳颗粒(例如炭黑),富勒烯,碳纳米管,金属纳米颗粒,水等及其任意组合。在一些实施方案中,该微波增强添加剂可以优选不(或者基本上不)吸附增香剂,因为这样的吸附会减少传递到吸烟者的香味。
在一些实施方案中,微波增强添加剂在有机多孔物质中所占的量可以从下限大约1%,2%或者3%到上限大约10%,8%或者5%,和其中该量可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。虽然微波增强添加剂的量可以处于这样范围之外和处于本发明范围内,但是微波增强添加剂的量可以优选较低来占据比所需更大的体积和允许更高量的有机颗粒。
在一些情况中,加热可以在贫氧气氛中施用,其可以减轻有机颗粒的氧化和允许有机颗粒保持令人期望的水平的增香剂,具有最小的不期望的副产物。贫氧气氛的例子可以包括但不限于氩气,氮气,二氧化碳,降低的空气压力(例如在模腔中抽部分真空)等及其任意组合(例如用氩气吹扫,然后抽部分真空)。在一些实施方案中,加热可以在从下限大约14inHg,15inHg或者20inHg到上限大约30inHg,25inHg或者20inHg降低的空气压力范围中施用,和其中该降低的空气压力可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。
在一些情况中,加热可以在升高的空气压力中施用(即,空气压力大于大气压)(任选地在适当的贫氧气氛中),其可以有利地减轻精油从有机颗粒中的挥发。在一些实施方案中,加热可以在从大气压到大约2大气压的升高的空气压力范围内施用,包括其之间的任何子组。本领域技术人员应当理解可以使用这些范围之外的空气压力,其处于本发明的主旨内,并且可能需要考虑另外的安全考虑。
在一些情况中,香味保存可以通过下面的至少两种的组合来最大化:预热,经由微波用包含微波增强添加剂的基体材料来加热,在贫氧气氛中加热,在升高的空气压力下加热等。
来自有机多孔物质的组分(例如纳米颗粒,有机颗粒等)的次级辐射在一些实施方案中可以通过电磁辐射辐照所述组分来实现,例如γ射线,x射线,UV光,可见光,IR光,微波,无线电波和/或长无线电波。作为非限定性例子,该基体材料可以包含碳纳米管,其当用无线电频率波辐照时发热。在另一非限定性例子中,该基体材料可以包含有机颗粒如碳颗粒,其能够将微波辐照转化成热,其将粘合剂颗粒机械结合在一起或者有助于将粘合剂颗粒机械结合在一起。在一些实施方案中,该电磁辐射可以通过频率和功率水平来调制,来与选择的组分适当的相互作用。例如活性炭可以与频率大约900MHz-大约2500MHz的微波一起使用,其具有固定的或者可调节的功率设定,其被选择来匹配目标的加热速率。
受益于本发明的本领域技术人员应当理解不同波长的电磁辐射渗透到材料的不同深度。所以当使用初级或者次级辐射方法时,应当考虑模腔材料,构造和组成,该基体材料组成,将电磁辐射转化成热的组分,电磁辐射的波长,电磁辐射的强度,辐照方法和所期望的次级辐射的量,例如热。
用于加热(包括通过此处所述的任何方法,例如对流烘箱或者暴露于电磁辐射)和/或进行施加压力(其引起了机械结合,例如形成烧结的接触点)的停留时间可以从下限大约百分之一秒,十分之一秒,1秒,5秒,30秒或者1分钟到上限大约30分钟,15分钟,5分钟,1分钟或者1秒的时长,和其中该停留时间可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。应当注意的是对于使用较快加热方法的连续方法例如暴露于电磁辐射如微波来说,短的停留时间会是优选的,例如大约10秒或者更低,或者更优选大约1秒或者更低。此外,使用方法如对流加热的加工方法可以提供分钟时间尺度的更长的停留时间,其可以包括大于30分钟的停留时间。本领域技术人员应当理解可以使用较长的时间例如数秒到数分钟到数小时或者更长,条件是对于给定的基体材料可以选择适当的温度和加热曲线。应当注意的是作为此处使用的,没有达到允许机械结合的足够的温度和/或压力的预热或者预处理方法和/或步骤不被认为是停留时间的一部分。
在一些实施方案中,加热以促进机械结合可以达到该基体材料的组分的软化温度。本文中所用的术语“软化温度”指的是材料在高于该温度时变得柔软的温度,其通常低于该材料的熔点。
在一些实施方案中,机械结合可以在大约90℃、100℃、110℃、120℃、130℃或140℃的下限或大约300℃、275℃、250℃、225℃、200℃、175℃或150℃的上限的温度下实现,并且其中该温度可以为任意下限至任意上限,并涵盖在此之间的任何子集。在一些实施方案中,该加热可以通过对材料施以单一温度来实现。在另一实施方案中,该温度曲线可以随时间而不同。作为非限制性实例,可以使用对流烘箱。在一些实施方案中,加热可以位于基体材料中。作为非限制性实例,来自纳米颗粒的次级辐射可以仅加热纳米颗粒附近的基体材料。
在一些实施方案中,基体材料可以在进入模腔前预热。在一些实施方案中,基体材料可以预热至低于该基体材料的组分的软化温度的温度。在一些实施方案中,基体材料可以预热至低于该基体材料的组分的软化温度大约10%、大约5%或大约1%的温度。在一些实施方案中,基体材料可以预热至低于该基体材料的组分的软化温度大约10℃、大约5℃或大约1℃的温度。预热可以涉及包括但不限于上文中为实现机械结合作为热源所列举的那些的热源。
在一些实施方案中,粘结该基体材料可以产生有机多孔物质或有机多孔物质长段(lengths)。本文中所用的术语“有机多孔物质长段”指的是连续的有机多孔物质(即该有机多孔物质并非永无尽头,但是与有机多孔物质相比相当长,其可以连续地制造)。作为非限制性实例,有机多孔物质长段可以通过令基体材料连续通过加热的模腔来制造。在一些实施方案中,该粘合剂颗粒在机械结合过程中可以保留它们原始的物理形状(或基本保留它们原始的形状,即与原始形状相比变化(例如收缩)不超过10%),即该粘合剂颗粒在基体材料中和在有机多孔物质(或长段)中可以基本具有相同的形状。为了简单易读,除非另行规定,术语“有机多孔物质”涵盖有机多孔物质段、有机多孔物质和有机多孔物质长段(包裹的或其它方式)。
在一些实施方案中,可以切割有机多孔物质长段来产生有机多孔物质。切割可以用切割器来实现。合适的切割器可以包括但不限于刀片,热刀片,碳化物刀片,钨铬合金刀片,陶瓷刀片,硬钢刀片,金刚石刀片,光滑刀片,锯齿刀片,激光器,加压流体,液体刀,气体刀,截断机等及其任意组合。在一些具有高速加工的实施方案中,切割刀片或者类似装置可以以一定角度布置,来匹配加工速度,来产生有机多孔物质,其端部垂直于纵轴。在一些实施方案中,该切割器可以改变沿着有机多孔物质长段纵轴相对于有机多孔物质长段的位置。
在一些实施方案中,有机多孔物质和/或有机多孔物质长段可以挤出。在一些实施方案中,挤出可以包括口模。在一些实施方案中,口模可以具有多个孔,其能够挤出有机多孔物质和/或有机多孔物质长段。
一些实施方案可以包括径向切割有机多孔物质和/或有机多孔物质长段,来产生有机多孔物质区段。切割可以通过任何已知的方法,用任何已知的设备来实现,包括但不限于上面涉及到将有机多孔物质长段切割成有机多孔物质中所述的那些。
有机多孔物质或者其区段的长度可以从下限大约2mm,3mm,5mm,10mm,15mm,20mm,25mm或者30mm到上限大约150mm,100mm,50mm,25mm,15mm或者10mm,和其中该长度可以从任何下限到任何上限,并且包括其之间的任何子组。
该有机多孔物质的周长可以从下限大约5mm,6mm,7mm,8mm,9mm,10mm,11mm,12mm,13mm,14mm,15mm,16mm,17mm,18mm,19mm,20mm,21mm,22mm,23mm,24mm,25mm或者26mm到上限大约60mm,50mm,40mm,30mm,20mm,29mm,28mm,27mm,26mm,25mm,24mm,23mm,22mm,21mm,20mm,19mm,18mm,17mm或者16mm,其中该周长可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。
本领域技术人员将知晓配置用于过滤装置而非抽烟制品的有机多孔物质的尺寸要求。作为非限定性例子,配置用于同心流体过滤器中的有机多孔物质可以是中空的圆柱体,外径是大约250mm或更大。作为另一非限定性例子,配置用作空气过滤器中的片的有机多孔物质可以具有相对薄的厚度(例如大约5mm-大约50mm),并且长度和宽度是几十厘米。
一些实施方案可以包括在该基体材料机械结合之后,例如在从模腔中除去或者离开挤出口模之后,用包裹物包裹有机多孔物质。合适的包裹物包括上面公开的那些。
一些实施方案可以包括冷却有机多孔物质。冷却可以是主动的或者被动的,即,冷却可以是辅助的或者自然发生。主动冷却可以包括将流体在模腔和/或有机多孔物质之上和/或之中送过;降低模腔或者有机多孔物质周围局部环境的温度,例如送过冷冻的部件;及其任意组合。主动冷却可以包括这样的部件,其可以包括但不限于冷却旋管,流体喷射机,热电材料及其任意组合。冷却速率可以是随机的或者它可以是受控的。
一些实施方案可以包括将有机多孔物质运输到另一位置上。运输合适的形式可以包括但不限于传送,携带,卷绕,推动,运输,机器人移动等及其任意组合。
受益于本发明的本领域技术人员应当理解多个设备和/或系统能够生产有机多孔物质。作为非限定性例子,图1-11显示了能够生产有机多孔物质的多个设备和/或系统。
应当注意的是在使用系统之处,具有该系统的部件的设备处于本发明范围内,反之亦然。
为了易于理解,术语“材料路径”在此用于表示这样的路径,基体材料和/或有机多孔物质将沿着其在系统和/或设备中行进。在一些实施方案中,材料路径可以是邻接的。在一些实施方案中,材料路径可以是非邻接的。作为非限定性例子,具有多个独立的模腔的用于间歇加工的系统可以被认为是非邻接的材料路径。
现在参见图1A-B,系统100可以包括料斗122,其可操作地连接到材料路径110上来将基体材料(未示出)供给到材料路径110。系统100还可以包括供纸器132,其可操作地连接到材料路径110上来将纸130供入材料路径110中,来在模腔120和基体材料之间形成包裹物,其基本上包围该基体材料。加热元件124与处于模腔120中时的基体材料热连通。加热元件124会引起基体材料在多个点处机械结合,由此产生包裹的有机多孔物质长段(未示出)。在包裹的有机多孔物质长段离开模腔120和适当冷却之后,切割器126径向(即,垂直于纵轴)切割该包裹的有机多孔物质长段,由此产生包裹的有机多孔物质和/或包裹的有机多孔物质区段。
图1A-B显示了系统100可以处于任何角度。受益于本发明的本领域技术人员应当理解当调节系统100或者其任意部件的放置角度时应当考虑的构造因素。作为非限定性例子,图1B显示了料斗122可以配置,以使得料斗122的出口(和任何相应的基体供料装置)处于模腔120内。在一些实施方案中,模腔可以处于垂直和水平上或者处于之间的角度。
在一些实施方案中,将基体材料供给到材料路径可以包括任何合适的供料器系统,其包括但不限于手动供料,体积供料器,质量流供料器,重力供料器,加压容器(例如加压料斗或加压槽),螺丝钻或螺杆,斜槽,滑板,传送机,管,管道,通道等及其任意组合。在一些实施方案中,该材料路径可以包括处于料斗和模腔之间的机械组件,其包括但不限于装饰件,压模,流过式压模,冲压机,活塞,振动器,挤出机,双螺杆挤出机,固态挤出机等及其任意组合。在一些实施方案中,供料可以包括但不限于强制供料,受控速率供料,体积供料,质量流供料,重力供料,真空辅助供料,流化粉末供料,气动致密相供料(例如经由活塞流,沙丘流或者不规则沙丘流,剪切床或者脉动流,和挤出流),气动稀释相供料及其任意组合。
在一些实施方案中,涉及气动致密相供料地将该基体材料供给到材料路径可以有利地允许高生产量加工。气动致密相供料以高流动速率进行,具有大直径的出口,但是这里出人意料地显示了使用小直径在高速时是有效的。例如令人惊讶的是,使用气动致密相供料已经显示了在小直径(例如大约5mm-大约25mm和大约5mm-大约10mm)时具有高生产量(例如对于大约6.1mm的管状出口(在此进一步描述)来说,是大约575kg/h或者大约500m/min)。相比之下,重力供料通常在类似直径时产生了小于大约10m/min,并且气动致密相供料可以以类似速度,使用50mm或更大尺寸的出口来进行。对于基体材料,特别是粒状或者颗粒状基体材料来说,小直径和高生产量的组合是出人意料的。本领域技术人员将知晓用于气动致密相供料设备出口的,与模腔相适应的适当的尺寸和形状。作为非限定性例子,该出口的形状可以类似于模腔,但是小于模腔,并且延伸入该模腔中。在另一例子中,该出口可以成型来适应模腔,用于片状有机多孔物质(例如长的矩形出口)或者用于中空的圆柱有机多孔物质(例如圆环形出口)。
此外,气动致密相供料方法可以有利地减轻颗粒迁移和分离,当粘合剂和有机颗粒不同地尺寸化和/或成型时,这会是特别有问题的。不受限于理论,据信施加到加压料斗上的空气压力产生了基体材料的栓塞流,其使得颗粒分离最小化,和因此在供料器出口处提供了更均匀和一致的基体材料组成。在一些实施方案中,该加压料斗可以设计用于质量流。质量流条件可以取决于加压料斗内壁的斜率,壁的材料和该基体材料组成等。
在一些实施方案中,基体材料到材料路径的供料速率可以从下限大约1m/min,10m/min,25m/min,100m/min或者150m/min到上限大约800m/min,600m/min,500m/min,400m/min,300m/min,200m/min或者150m/min,和其中该供料速率可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。在一些实施方案中,基体材料到材料路径的供料速率可以从下限大约1m/min,10m/min,25m/min,100m/min或者150m/min到上限大约800m/min,600m/min,500m/min,400m/min,300m/min,200m/min或者150m/min,并且与这样的模腔直径组合:从下限大约0.5mm,2mm,3mm,4mm,5mm或者6mm到上限大约10mm,9mm,8mm,7mm或者6mm,和其中供料速率和模腔直径每个可以独立地从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。本领域技术人员应当理解可以实现的直径(或形状)和供料速率的组合可以取决于基体材料中颗粒的尺寸和形状,基体材料的其他组分(例如添加剂),基体材料渗透性和除气常数,传送距离(例如管的长度,此处进一步描述),传送系统构造等及其任意组合。
在一些实施方案中,气动流动可以通过大约15或更大的固液比来表征。在一些实施方案中,该气动流动可以通过从下限大约15,20,30,40或者50到上限大约500,400,300,200,150,130,100或者70的固液比来表征,和其中该固液比可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。该固液比可以取决于气动致密相供料的类型等,这里挤出致密相供料通常在较高的值进行。
在一些实施方案中,气动致密相供料可以包括施加从下限大约1psig,2psig,5psig,10psig或者25psig到大约150psig,125psig,100psig,50psig或者25psig的空气压力,和其中该空气压力可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。应当注意的是空气压力可以用多个气体来施加,例如惰性气体(例如氮气,氩气,氦气等),氧化的气体,加热的气体,干燥气体(即,小于大约6ppm水)等及其任意组合(例如加热的,干燥的,惰性气体如氮气或氩气)。包括气动致密相供料的系统的例子包括于本文中。
如上所述,此处所述的一些有机颗粒易于聚集。在一些实施方案中,将基体材料供给到模腔可以在受控环境(例如低的相对湿度)和/或在降低的温度进行,来降低有机颗粒的聚集倾向。此外,可以使用这样的供料方法,其破坏了聚集体和减轻了聚集体的形成,例如剪切混合,螺丝钻混合等。
在一些实施方案中,供料可以索引化,以便能够以预订的间隔插入隔离体材料。合适的隔离体材料可以包含添加剂,固体阻挡体(例如模腔部件),多孔阻挡体(例如纸和离型包裹物),过滤器,腔室等及其任意组合。在一些实施方案中,供料可以包括摇动和/或震动。受益于本发明的本领域技术人员应当知晓合适的摇动和/或震动的程度,例如包含大粘合剂颗粒和小有机颗粒的均匀分布的基体材料会受到震动的不利影响,即,会至少部分地失去均匀性。此外,本领域技术人员应当理解供料参数和/或供料器对于所生产的有机多孔物质最终性质的影响,例如对于至少空隙体积(下面进一步讨论),封装压降(下面进一步讨论)和组成均匀性的影响。
在一些实施方案中,该基体材料或者其组分可以在引入材料路径中之前和/或在沿着材料路径的同时进行干燥。干燥在一些实施方案中可以如下来实现:加热该基体材料或者其组分,将干燥气体吹过该基体材料或者其组分,及其任意组合。在一些实施方案中,该基体材料的水分含量可以是大约10重量%或更低,大约5重量%或更低,或者更优选大约2重量%或更低和在一些实施方案中低到0.01重量%。水分含量可以通过已知的方法来分析,其包括冻干或者干燥后的重量损失。
现在参见图2A-B,系统200可以包括料斗222,其可操作地连接到材料路径210来将该基体材料供给到材料路径210。系统200还可以包括供纸器232,其可操作地连接到材料路径210来将纸230供入材料路径210,来在模腔220和基体材料之间形成包裹物,其基本上包围该基体材料。此外,系统200可以包括离型供料器236,其可操作地连接到材料路径210来将离型包裹物234供入材料路径210,来在纸230和模腔220之间形成包裹物。在一些实施方案中,离型供料器236可以配置为传送机238,其连续循环离型包裹物234。加热元件224与处于模腔220内时的基体材料热连通。加热元件224会引起该基体材料在多个点处机械结合,由此产生包裹的有机多孔物质长段。在该包裹的有机多孔物质长段离开模腔220和适当冷却之后,切割器226径向切割该包裹的有机多孔物质长段,由此产生包裹的有机多孔物质和/或包裹的有机多孔物质区段。在其中离型包裹物234没有配置为传送机238的实施方案中,离型包裹物234可以在切割之前从包裹的有机多孔物质长段除去或者在切割后从包裹的有机多孔物质和/或包裹的有机多孔物质区段除去。
现在参见图3,系统300可以包括组分料斗322a和322b,其将基体材料的组分供入料斗322。该基体材料可以在料斗322中用混合器328和预热器344进行混合和预热。料斗322可以可操作地连接到材料路径310上,以便将该基体材料供给到材料路径310。系统300还可以包括供纸器332,其可操作地连接到材料路径310来将纸330供入材料路径310,来在模腔320和基体材料之间形成包裹物,其基本上包围该基体材料。模腔320可以包括流体连接346,通过其可以将加热的流体(液体或气体)送入材料路径310和在多个点处机械结合该基体材料,由此产生包裹的有机多孔物质长段。应当注意的是流体连接346可以位于沿着模腔320的任何位置,并且大于一个的流体连接346可以沿着模腔320布置。在包裹的有机多孔物质长段离开模腔320和适当冷却之后,切割器326径向切割该包裹的有机多孔物质长段,由此产生包裹的有机多孔物质和/或包裹的有机多孔物质区段。
受益于本发明的本领域技术人员应当理解在料斗322之前也可以对单个供料组分进行预热和/或在料斗322之后可以对混合组分进行预热。
合适的混合器可以包括但不限于带状共混器,桨叶共混器,犁式共混器,对顶锥共混器,双壳共混器,行星共混器,流化共混器,高强度共混器,转鼓,共混螺杆,旋转混合器等及其任意组合。
在一些实施方案中,组分料斗可以保持基体材料的单个组分,例如两个组分料斗,一个保持粘合剂颗粒,另一个保持有机颗粒。在一些实施方案中,组分料斗可以保持基体材料的组分的混合物,例如两个组分料斗,一个保持粘合剂颗粒和有机颗粒的混合物,另一个保持添加剂如维生素。在一些实施方案中,组分料斗内的组分可以是固体,液体,气体或者其组合。在一些实施方案中,不同的组分料斗的组分可以加入以不同的速率加入料斗中,来实现基体材料期望的共混。作为非限定性例子,三个组分料斗可以分别保持有机颗粒,粘合剂颗粒,和液体形式的染料或颜料(下面进一步描述的添加剂)。粘合剂颗粒可以以两倍于有机颗粒的速率加入料斗中,并且染料或颜料可以喷入,来在有机颗粒和粘合剂颗粒二者上形成至少部分的涂层。
在一些实施方案中,到模腔的流体连接可以将流体送入模腔,将流体送过模腔,和/或抽吸到模腔上。作为此处使用的,术语“抽吸”指的是横跨边界和/或沿着路径产生负压降低,例如抽气。将加热的流体送入和/或送过模腔可以有助于机械结合其中的基体材料。抽吸到模腔(其具有位于其中的包裹物)上可以帮助均匀对模腔进行内衬,例如具有较少的皱纹。
现在参见图4,系统400可以包括料斗422,其可操作地连接到材料路径410上来将基体材料供给到材料路径410。料斗422可以沿着材料路径410配置,以使得料斗422的出口或者从它的出口的延伸物处于模腔420内。这可以有利地允许基体材料以一定的速率供入模腔420中,来控制该基体材料的填充和因此控制所形成的有机多孔物质的空隙体积。在这个非限定性例子中,模腔420包含热电材料和因此包括电源接头448。系统400还可以包括离型供料器436,其可操作地连接到材料路径410来将离型包裹物434供入材料路径410,来在模腔420和基体材料之间形成包裹物,其基本上包围该基体材料。模腔420可以由热电材料制成,以使得模腔420可以提供热来在多个点处机械结合该基体材料,由此产生包裹的有机多孔物质长段。在模腔420后沿着材料路径410,辊子440可以可操作地能够帮助包裹的有机多孔物质长段移动通过模腔420。在该包裹的有机多孔物质长段离开模腔420和适当冷却之后,切割器426径向切割该包裹的有机多孔物质长段,由此产生包裹的有机多孔物质和/或包裹的有机多孔物质区段。在切割后,该有机多孔物质沿着材料路径410在有机多孔物质传送机462上持续,例如用于包装或者进一步加工。离型包裹物434可以在切割前从包裹的有机多孔物质长段除去或者在切割后从包裹的有机多孔物质和/或包裹的有机多孔物质区段除去。
合适的辊子和/或辊子替代品可以包括但不限于嵌齿,钝齿轮,轮子,带子,齿轮等及其任意组合。另外的辊子等可以是平坦的,有齿的,有斜面的和/或锯齿状的。
现在参见图5,系统500可以包括料斗522,其可操作地连接到材料路径510来将基体材料供给到材料路径510。加热元件524与处于模腔520中时的基体材料热连通。加热元件524会引起该基体材料在多个点处机械结合,由此产生有机多孔物质长段。在有机多孔物质长段离开模腔520之后,口模542可以用于将有机多孔物质长段挤出成期望的横截面形状。口模542可以包括多个口模542’(例如多个口模或者单个口模内的多个孔),通过其可以将有机多孔物质长段挤出。在有机多孔物质长段通过口模542挤出和适当冷却之后,切割器526径向切割该有机多孔物质长段,由此产生有机多孔物质和/或有机多孔物质区段。
现在参见图6A,系统600可以包括供纸器632,其可操作地连接到材料路径610来将纸630供入材料路径610。料斗622(或者其他基体材料传递设备例如螺丝钻)可以可操作地连接到材料路径610,以便将基体材料置于纸630上。纸630可以至少部分地包裹在基体材料周围,因为送过模腔620(或者压模,有时候称作与香烟过滤器形成设备有关的装饰装置),其提供了期望的横截面形状(或者任选地,在一些实施方案中,该基体材料可以在已经开始或者完全形成期望的横截面之后,与纸630相组合)。在一些实施方案中,纸接缝可以胶合。加热元件624(或者可选择的电磁辐射源,例如微波源,对流烘箱,加热块等或者其杂合物)是与处于模腔620中时和/或之后的基体材料热连通的。加热元件624可以引起该基体材料在多个点处机械结合,由此产生包裹的有机多孔物质长段。在该包裹的有机多孔物质长段离开模腔620和适当冷却后,切割器626径向切割该包裹的有机多孔物质长段,由此产生包裹的有机多孔物质和/或包裹的有机多孔物质区段。移动穿过系统600可以借助于传送机658来进行,并且模腔620是固定的。应当注意的是虽然未示出,但是类似的实施方案可以包括纸630作为回路传送机的一部分,其在切割前从有机多孔物质长段上展开,其将产生有机多孔物质和/或有机多孔物质区段。
现在参见图6B,系统600’可以包括供纸器632’,其可操作地连接到材料路径610’上来将纸630’供入材料路径610’中。料斗622’(或者其他基体材料传递设备例如螺丝钻)可以可操作地连接到材料路径610’来将基体材料置于纸630’上。纸630’可以至少部分地包裹在基体材料周围,因为送过模腔620’(或者压模,有时候称作与香烟过滤器形成设备有关的装饰装置),其提供了期望的横截面形状(或者任选地,在一些实施方案中,该基体材料可以在已经开始或者完全形成期望的横截面之后,与纸630’相组合)。在一些实施方案中,纸接缝可以胶合。
系统600’可以包含大于一个的加热元件624’。第一加热元件624a’与在模腔620’中时和/或之后的基体材料热连通,并且可以引起至少一部分的该基体材料在多个点处机械结合(例如形成烧结的接触点)。该有机多孔物质长段然后可以尺寸化成期望的横截面形状或者压模656’的尺寸(例如用于包裹的多孔物质长段的横截面形状的整形),然后用第二加热元件624b’(其可以是类似于第一加热元件624a’的加热元件,例如都是微波,或者是不同的,例如第一个是微波和第二个是烘箱)再加热来形成另外的机械结合(例如烧结的接触点)。任选地,未示出,该包裹的有机多孔物质长段在第二加热元件624b’之后可以再次尺寸化到期望的横截面形状或尺寸。所形成的包裹的有机多孔物质长段然后可以适当冷却,用切割器626径向切割成包裹的有机多孔物质和/或包裹的有机多孔物质区段。移动穿过系统600’可以借助于传送机658’来进行,并且模腔620’是固定的。
在一些情况中,取决于第一烧结或者加热步骤的程度,有机多孔物质长段可以冷却和切割,然后再加热。本领域技术人员将知晓如何改变此处所述的其他系统和方法,来提供两个或更多个烧结(或加热)步骤。
在一些实施方案中,虽然该基体材料处于提高的温度,但是多孔物质等可以通过施加压力来再尺寸化和/或整形。压模的组成可以为驱动的或者未驱动的尺寸化或者成形的辊子,一系列的辊子,或者口模或者一系列口模及其任意组合,其适于将所述棒制成最终形状或尺寸。再尺寸化和/或整形可以在所述方法的每个加热步骤之后进行。
现在参见图7A,系统700可以包括供纸器732,其可操作地连接到材料路径710来将纸730供入材料路径710。如所示的,模腔720(一种在纵向接缝上胶合的圆柱形卷筒纸)可以用成形模具756a(或者这样的成形模具,其有时候被称作装饰装置,包括纸管折叠器,与香烟过滤器形成设备有关)来高速旋转形成,这使得纸730用施胶装置754(例如胶枪)所施用的胶料752来卷绕,任选随后是胶合接缝加热器(未示出)。在模腔720形成过程中,基体材料可以沿着材料路径710从料斗722引入。与模腔720热连通的加热元件724(例如微波源,对流烘箱,加热块等或者其杂合)可以引起该基体材料在多个点处机械结合,由此产生包裹的有机多孔物质长段。然后,压模756b可以在基体材料完全冷却之前使用,以便将该包裹的有机多孔物质长段尺寸化成期望的横截面尺寸,其可以有利地用于均化该包裹的有机多孔物质的圆周和形状(例如椭圆度)。在该包裹的有机多孔物质长段适当冷却后,切割器726径向切割该包裹的有机多孔物质长段,由此产生包裹的有机多孔物质和/或包裹的有机多孔物质区段。移动穿过系统700可以借助于未示出的辊子,传送机等来进行。受益于本发明的本领域技术人员应当理解所述的方法可以在单个设备或多个设备中进行。例如卷绕所述纸,引入基体材料,暴露于热(例如通过施加微波或者在常规烘箱中加热)和再尺寸化可以在单个设备中进行,并且所形成的有机多孔物质长段可以传送到第二设备用于切割。系统700可以在任何方向上取向,例如是垂直的或者水平的或者其之间的任何位置。
在一些实施方案中,虽然该基体材料处于提高的温度,但是可以通过施加压力来将有机多孔物质等再尺寸化和/或整形。
在一些实施方案中,用于密封纸模腔(或者其他挠性模腔材料如塑料)的胶料或者其他粘结剂可以是冷熔粘结剂,热熔粘结剂,压敏粘结剂,可固化粘结剂等。冷熔粘结剂会是优选的,来减轻胶料在随后的加热方法过程中(例如在烧结过程中)失效。
现在参见图7B,系统700’可以包括供纸器732’,其可操作地连接到材料路径710’来将纸730’供入材料路径710’。如所示的,模腔720’(在纵向接缝上胶合的圆柱形卷筒纸)可以用成形模具756a’(或者这样的成形模具,其有时候被称作装饰装置,包括纸管折叠器,与香烟过滤器形成设备有关)来高速旋转形成,这使得纸730’用施胶装置754’(例如胶枪)所施用的胶料752’来卷绕。在模腔720’形成过程中,基体材料可以沿着材料路径710’从料斗722’引入(例如气动致密相供料器的加压料斗),其通过接头722b’可操作地连接到管722a’上,其可以是挠性接头。与模腔720’(如在接近于管722a’的端部处所示)热连通的加热元件724’(例如微波源,对流烘箱,加热块等或者其杂合)可以引起该基体材料在多个点处机械结合,由此产生包裹的有机多孔物质长段。然后,压模756b’(显示为辊子)可以冷却来帮助冷却基体材料,同时将该包裹的有机多孔物质长段成型为期望的更均匀的圆周和形状(例如椭圆度)。在该包裹的有机多孔物质长段适当冷却后,切割器726’径向切割该包裹的有机多孔物质长段,由此产生包裹的有机多孔物质和/或包裹的有机多孔物质区段。
在一些实施方案中,模腔可以是非多孔的或者不同孔隙度的,来允许从该基体材料中除去流体。此外,成形模具和/或材料路径可以可操作地连接到通道,来使得流体从多孔纸以期望的取向输送。在一些情况中,这些流体通道可以连接到低于大气压的源。从混合物中除去流体在一些实施方案中改进系统运行性和使得基体材料颗粒分离最小化。
在一些实施方案中,供料器可以包括设计来装入模腔中的延长的部分。在一些实施方案中,供料器的出口(例如管722a’的出口)可以尺寸化到稍小于(例如小于大约5%)模腔的内径。此外,该供料器或者其延长的部分可以包括挠性部分,其允许出口在模腔内移动。在气动致密相供料过程中,这样的移动可以有利地用于允许出口在模腔内移动。这样的移动可以有利地允许出口自由寻找模腔中的中心,其可以提供安装,来增强运行性和使得基体混合物的分离最小化。在一些实施方案中,供料器(例如管722a’的出口)可以在成形模具756a’之前,在成形模具756a’内或者在成形模具756a’之后和任选地在胶合接缝加热器之后终止。
此外,该出口在一些实施方案中可以设计来具有可变的横截面积,其可以有利地在气动致密相供料中来帮助基体混合物填充密度,使得颗粒分离最小化和允许改变单个系统中的压力和流动速率。
在一些实施方案中,出口可以用网格来通风,其不允许基体材料穿过其流动,但是允许流体穿过其中。这样的通风可以允许压力以受控方式在较长的长度上耗散和减轻了在该基体材料离开出口时大量的颗粒迁移(其会导致基体材料的不均匀性),特别是在高流动速率和高压时更是如此。
现在参见图8,系统800的模腔820可以由模腔部件820a和820b形成,其分别可操作地连接到模腔传送机860a和860b上。一旦形成了模腔820,则基体材料可以沿着材料路径810从料斗822引入。加热元件824是与模腔820中时的基体材料热连通的。加热元件824可以引起该基体材料在多个点处机械结合,由此产生有机多孔物质。在模腔820适当冷却和分离成模腔部件820a和820b之后,有机多孔物质可以从模腔部件820a和/或820b中移除,并且沿着材料路径810经由有机多孔物质传送机862继续。应当注意的是图8显示了非邻接的材料路径的非限定性例子。
在一些实施方案中,从模腔和/或模腔部件中除去有机多孔物质可以包括牵引机构,推动机构,提升机构,重力,其任意杂合及其任意组合。除去机构可以配置来在端部、沿着(一个或多个)侧面及其任意组合来接合有机多孔物质。合适的抽吸机构可以包括但不限于吸盘,真空部件,镊子,钳子,夹钳,抓手,机械爪,爪子,夹子等及其任意组合。合适的推动机构可以包括但不限于喷射器,冲压机,棒,活塞,楔子,轮辐,撞体,加压流体等及其任意组合。合适的提升机构可以包括但不限于吸盘,真空部件,镊子,钳子,夹钳,抓手,机械爪,爪子,夹子等及其任意组合。在一些实施方案中,模腔可以配置来与各种除去机构一起运行工作。作为非限定性例子,杂合的推-拉机构可以包括用棒纵向推动,以便将有机多孔物质部分地从模腔另一端移出,其然后可以通过夹钳接合来从模腔中牵拉该有机多孔物质。
现在参见图9,系统900的模腔920是由模腔部件920a和920b或者920c和920d形成的,其分别可操作地连接到模腔传送机960a,960b,960c和960d。一旦形成模腔920或者在形成过程中,将纸片930经由供纸器932引入模腔920中。然后将基体材料从料斗922沿着材料路径910引入纸930中,其内衬模腔920和用来自加热元件924的热机械结合至有机多孔物质。在合适的冷却后,可以通过将喷射器964插入模腔部件920a,920b,920c和920d的喷射器口966a和966b,来实现有机多孔物质的除去。该有机多孔物质然后可以沿着材料路径910经由有机多孔物质传送机962继续。如此,图9显示了非邻接的材料路径的非限定性例子。
有机多孔物质生产的质量控制可以借助于模腔和/或模腔部件的清洁。再次参见图8,清洁设备可以并入系统800中。当模腔部件820a和820b从形成有机多孔物质处返回时,模腔部件820a和820b经过了一系列的清洁机,包括液体喷射器870和空气或气体喷射器872。在图9中类似的,当模腔部件960a,960b,960c和960d从形成有机多孔物质处返回时,模腔部件960a,960b,960c和960d经过了一系列的清洁机,其包括来自于加热元件924的热和空气或气体喷射器972。
其他合适的清洁机可以包括但不限于洗涤器,刷子,浴液,淋浴器,嵌入流体喷射器(管,其插入模腔中,能够径向喷射流体),超声波设备及其任意组合。
在一些实施方案中,有机多孔物质区段,有机多孔物质和/或有机多孔物质长段可以包含腔室。作为非限定性例子,现在参见图10,模腔部件1020a和1020b可操作地连接到模腔传送机1060a和1060b上,来形成系统1000的模腔1020。料斗1022可操作地连接到两个体积供料器1090a和1090b上,以使得每个体积供料器1090a和1090b用沿着材料路径1010的基体材料部分的填充模腔1020。在由体积供料器1090a和体积供料器1090b添加基体材料之间,注射器1088将胶囊(未示出)置于模腔1020中,由此产生被基体材料包围的胶囊。与模腔1020热接触的加热元件1024引起该基体材料在多个点处机械结合,由此产生其中放置有胶囊的有机多孔物质。在该有机多孔物质形成和适当冷却之后,将旋转磨碎器1092沿着模腔1020的纵向插入模腔1020中。旋转磨碎器1092能够可操作地磨碎该有机多孔物质到在纵向上期望的长度。在模腔1020分离成模腔部件1020a和1020b后,将有机多孔物质从模腔部件1020a和/或1020b中除去,并且沿着材料路径1010经由有机多孔物质传送机1062继续。
用于有机多孔物质等内的合适的胶囊可以包括但不限于聚合物胶囊,多孔胶囊,陶瓷胶囊等。胶囊可以用添加剂例如颗粒状碳或增香剂(更多的例子在下面提供)来填充。该胶囊在一些实施方案中还可以包含分子筛,其与烟雾中所选择的组分反应,来除去或者降低该组分的浓度,而不对烟雾的期望的香味成分产生不利影响。在一些实施方案中,该胶囊可以包括烟草作为另外的增香剂。应当注意如果该胶囊没有用所选择的物质充分填充,则在一些过滤器实施方案中,这会导致主流烟雾的组分和胶囊中的物质之间缺乏相互作用。
受益于本发明的本领域技术人员应当理解此处所述的其他方法可以改变来生产其中具有胶囊的有机多孔物质。在一些实施方案中,大于一个的胶囊可以处于有机多孔物质内(例如有机多孔物质长段可以以连续方法来生产,在其中具有多个胶囊)。
在一些实施方案中,有机多孔物质的形状例如长度,宽度,直径和/或高度可以通过切割之外的操作来调节,包括但不限于砂磨,球磨,磨碎,光滑化,抛光,擦拭等及其任意组合。通常,这些操作在此将被称作磨碎。一些实施方案可以包括磨碎有机多孔物质的侧面和/或端部,来实现光滑表面,粗糙化表面,凹槽表面,图案化表面,层级表面及其任意组合。一些实施方案可以包括磨碎有机多孔物质的侧面和/或端部,来实现处于规格限度内的期望的尺寸。一些实施方案可以包括在模腔内或者离开模腔时,在切割后,在进一步加工过程中及其任意组合时,磨碎有机多孔物质的侧面和/或端部。本领域技术人员应当理解磨碎会产生灰尘,颗粒和/或片。如此,磨碎可以包括通过方法如抽真空,吹气,冲洗,摇动等及其任意组合来除去灰尘,颗粒和/或片。
能够实现期望水平的磨碎的任何组件和/或设备可以与此处公开的系统和方法一起使用。能够实现期望水平的磨碎的合适的组件和/或设备可以包括但不限于车床,旋转砂磨机,刷子,抛光机,缓冲器,蚀刻机,划线器等及其任意组合。
在一些实施方案中,如果期望,该有机多孔物质可以例如钻掉一部分的有机多孔物质,来机加工成更轻重量的。
受益于本发明的本领域技术人员应当理解该组件和/或设备构造必需在不同的点用此处所述的系统与有机多孔物质接合。作为非限定性例子,在有机多孔物质处于模腔中(或者有机多孔物质长段离开模腔)时,所用的磨碎设备和/或钻孔设备应当配置,来不对模腔产生有害影响。
现在参见图11,料斗1122可操作地连接到滑道1182上,并且将该基体材料供给到材料路径1110。沿着材料路径1110,模腔1120配置来接收撞体1180,其能够压制模腔1120中的基体材料。与处于模腔1120中时的基体材料热连通的加热元件1124引起该基体材料在多个点处机械结合,由此产生有机多孔物质长段。将撞体1180包括在系统1100中可以有利地帮助确保该基体材料正确填充,来形成具有期望的空隙体积的有机多孔物质长段。此外,系统1100包含冷却区段1194,虽然有机多孔物质长段仍然包含在模腔1120内。在这个非限定性例子中,冷却是被动实现的。
现在参见图12,系统1200的料斗1222可运行地沿着材料路径1210将该基体材料供给到挤出机1284(例如螺杆)。挤出机1284将基体材料移动到模腔1220。系统1200还包括加热元件1224,其与处于模腔1220中时的基体材料热连通,这引起该基体材料在多个点处机械结合,由此产生有机多孔物质长段。此外,系统1200包括冷却元件1286,其与处于模腔1220中时的有机多孔物质长段热连通。有机多孔物质长段移出模腔1220是通过辊子1240帮助和/或引导的。
在一些实施方案中,控制系统可以连接此处公开的系统和/或设备的组件。作为此处使用的,术语“控制系统”指的是这样的系统,其可以运行来接收和发送电子或者气动信号,并且可以包括与用户的界面的功能,提供数据读出,收集数据,存储数据,改变变量设定点,保持设定点,提供失效通知及其任意组合。合适的控制系统可以包括但不限于变量变换器,欧姆表,可编程逻辑控制器,数字逻辑电路,继电器,计算机,虚拟现实系统,分布控制系统及其任意组合。可以可操作地连接到控制系统的合适的系统和/或设备组件可以包括但不限于料斗,加热元件,冷却元件,切割器,混合器,供纸器,离型供料器,离型传送机,清洁元件,辊子,模腔传送机,传送机,喷射器,液体喷射器,空气喷射器,撞体,滑道,挤出机,注射器,基体材料供料器,胶料供料器,磨碎器等及其任意组合。应当注意的是此处公开的系统和/或设备可以具有大于一个控制系统,其可以与任何数目的组件连接。
受益于本发明的本领域技术人员应当理解此处公开的系统和/或设备的各种部件的互换性。作为非限定性例子,当该基体材料包含能够将电磁辐射转化成热的组分(例如纳米颗粒,碳颗粒等)时,加热元件可以与电磁辐射源(例如微波源)互换。此外,作为非限定性例子,纸包裹物可以与离型包裹物互换。
在一些实施方案中,有机多孔物质可以以大约800m/min或更低的线速度来生产,包括通过这样的方法,其包括小于大约1m/min的非常慢的线速度。作为此处使用的,术语“线速度”指的是沿着单个生产线的速度,这与生产速度不同,生产速度可以包括几个平行的生产线,其可以沿着单个设备,处于单个设备内或者其组合。在一些实施方案中,有机多孔物质可以通过此处所述的方法,以从下限大约1m/min,10m/min,50m/min或者100m/min到上限大约800m/min,600m/min,500m/min,300m/min或者100m/min的线速度来生产,和其中该线速度可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。本领域技术人员将知晓机器的生产力进步可以实现大于800m/min的线速度(例如1000m/min或更大)。本领域技术人员还应当理解单个设备可以包括多个平行的线(例如图7的两个或更多个线或者此处所示的其他线),来增加有机多孔物质等的整体生产速率,例如增加到几千m/min或更大。
一些实施方案可以包括进一步加工有机多孔物质。合适的进一步加工可以包括但不限于用添加剂掺杂,磨碎,钻掉,进一步成型,形成多段过滤器,形成抽烟装置,填充,运输及其任意组合。
一些实施方案可以包括用添加剂掺杂基体材料和/或有机多孔物质。添加剂非限定性例子在下面提供。合适的掺杂方法可以包括但不限于将添加剂包括在基体材料中;在机械结合之前将添加剂施用到至少一部分的该基体材料;在机械结合后处于模腔中时施用该添加剂;在离开模腔后施用添加剂;切割后施用添加剂;及其任意组合。应当注意的是该施用包括但不限于浸渍,沉浸,浸没,浸泡,冲洗,清洗,涂刷,涂覆,淋涂,滴洒,喷涂,放置,扫涂,喷洒,粘贴及其任意组合。此外,应当注意的是该施用包括但不限于表面处理,灌输处理,这里添加剂至少部分地混入基体材料的组分中,及其任意组合。受益于本发明的本领域技术人员应当理解添加剂的浓度将取决于至少添加剂的组成,添加剂的尺寸,添加剂的目的和添加剂包括于所述方法中的点。
在一些实施方案中,用添加剂掺杂可以在机械结合该基体材料之前、之中和/或之后进行。受益于本发明的本领域技术人员应当理解添加剂(其降解、改变或者受到机械结合方法和相关参数(例如提高的温度和/或压力)的影响)应当在机械结合之后加入和/或该参数因此应当调节(例如使用惰性气体或者降低温度)。作为非限定性例子,玻璃珠可以是该基体材料中的添加剂。因此在机械结合后,玻璃珠可以用其他添加剂官能化。
一些实施方案可以包括在生产后磨碎有机多孔物质。磨碎包括上述那些方法和设备/组件。
II.形成包含有机多孔物质的过滤器和抽烟装置的方法
一些实施方案可以包括将有机多孔物质(包括其区段)可操作地连接到过滤器和/或过滤器区段,例如如此处更详细描述的图13中所示。合适的过滤器和/或过滤器区段可以包含下面的至少一种:纤维素,纤维素衍生物,纤维素酯束,醋酸纤维素束,小于大约10旦尼尔/细丝的醋酸纤维素束,大约10旦尼尔/细丝或更大的醋酸纤维素束,无规取向乙酸酯,纸,皱纹纸,聚丙烯,聚乙烯,聚烯烃束,聚丙烯束,聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯,粗粉,碳颗粒,碳纤维,纤维,玻璃珠,沸石,分子筛,第二有机多孔物质,多孔物质及其任意组合。多孔物质非限定性例子详细描述在共同待决的申请PCT/US2011/043264,PCT/US2011/043268,PCT/US2011/043269和PCT/US2011/043270中,全部都提交于2012年7月7日,其整个公开内容在此包括作为参考。此外,多孔物质在此更详细描述。
在一些实施方案中,有机多孔物质和其他过滤器区段可以独立地具有特征如同心过滤器设计,纸包装,腔室,空隙室,阻挡的空隙室,胶囊,通道等及其任意组合。
在一些实施方案中,有机多孔物质和其他过滤器区段可以具有基本上相同的横截面形状和/或圆周。
在一些实施方案中,过滤器区段可以包含空间,其定义了两个过滤器区段之间的腔室。该腔室在一些实施方案中可以填充有添加剂例如颗粒状碳或者增香剂(例如有机颗粒,精油等)。该腔室在一些实施方案中可以包含胶囊例如聚合物胶囊,其本身包含催化剂。该腔室在一些实施方案中还可以包含分子筛,其与烟雾中所选择的组分反应,来除去或者降低该组分的浓度,而没有不利的影响烟雾中期望的香味成分。在一种实施方案中,该腔室可以包括烟草作为另外的增香剂。应当注意的是如果该腔室没有填充足够的所选择的物质,则在一些实施方案中,这会导致主流烟雾的组分与腔室和(一个或多个)其他过滤器区段中的物质之间的相互作用的缺乏。
在一些实施方案中,过滤器区段可以组合或者连接来形成过滤器或过滤器棒。作为此处使用的,术语“过滤器棒”指的是一定长度的过滤器,其适于切割成两个或更多个过滤器。作为非限定性例子,该过滤器棒(其包含此处所述的有机多孔物质)在一些实施方案中可以具有大约80mm-大约150mm的长度,并且在抽烟装置接装(tipping)操作(将烟草柱加到过滤器上)过程中可以切割成长度大约5-大约35mm的过滤器。
接装操作可以包括将此处所述的过滤器或者过滤器棒与烟草柱相组合或结合。在接装操作中,过滤器棒(其包含此处所述的有机多孔物质)在一些实施方案中可以首先切割成过滤器或者在接装方法过程中切割成过滤器。此外,在一些实施方案中,接装方法可以进一步包括将包含纸和/或炭的另外的区段与过滤器、过滤器棒或者烟草柱相组合或结合。
在过滤器,过滤器棒和/或抽烟装置的生产中,一些实施方案可以包括用纸包裹在其各组分周围,以便将该组分保持在期望的构造和/或接触中。例如生产过滤器和/或过滤器棒可以包括用纸包裹一系列的邻接过滤器区段。在一些实施方案中,用包装纸包裹的有机多孔物质可以具有位于其外的另外的包装,来保持有机多孔物质与过滤器另一区段段之间的接触。用于生产过滤器,过滤器棒和/或抽烟装置的合适的纸可以包括此处涉及到包装有机多孔物质所述的任何纸。在一些实施方案中,该纸可以包含添加剂,施胶剂和/或印刷剂。
在过滤器,过滤器棒和/或抽烟装置的生产中,一些实施方案可以包括粘附其相邻的组分(例如将有机多孔物质粘附到相邻的过滤器区段,烟草柱等或者其任意组合)。优选粘结剂可以包括在环境条件下和/或在燃烧条件下不赋予香味或者香气的那些。在一些实施方案中,包装和粘附可以用于生产过滤器,过滤器棒和/或抽烟装置。
本发明的一些实施方案可以包括提供有机多孔物质棒,其包含在多个接触点结合在一起的多个有机颗粒和粘合剂颗粒;提供过滤器棒,其不具有与该有机多孔物质棒相同的组成;将该有机多孔物质棒和过滤器棒分别切割成有机多孔物质区段和过滤器区段;形成期望的邻接构造,其包含多个区段段,该多个区段段包含至少一些的有机多孔物质区段和至少一些的过滤器区段;用纸包裹物和/或粘结剂来固定该期望的邻接构造,来产生分段过滤器棒长段;将该分段过滤器棒长段切割成分段的过滤器棒;和其中进行该方法来以大约800m/min或更低的速率生产分段过滤器棒。一些实施方案可以进一步包括形成抽烟装置,其具有至少一部分的分段过滤器棒。
作为此处使用的,术语“邻接构造”指的是这样的构造,这里两个过滤器区段(或类似物)轴向对齐,以便将第一区段的一端与第二区段段的一端接触。本领域技术人员将理解这种邻接构造可以是连续(即,不是无限的,而是非常长),具有许多区段或者长度较短,具有至少两个到许多个区段。
应当注意的是在此处所述的一些方法实施方案中,为了清楚,术语“分段的”用于修饰各种制品,并且应当被认为包括在此处涉及包含有机多孔物质的制品(例如过滤器和过滤器棒)所述的各种的实施方案中。
在一些实施方案中,过滤器可以包含至少两个区段,其中至少一个区段是此处所述的有机多孔物质,和至少一个区段是其他过滤器区段。在一些实施方案中,其他过滤器区段可以包含下面的至少一种:纤维素,纤维素衍生物,纤维素酯束,醋酸纤维素束,小于大约10旦尼尔/细丝的醋酸纤维素束,大约10旦尼尔/细丝或更大的醋酸纤维素束,无规取向乙酸酯,纸,皱纹纸,聚丙烯,聚乙烯,聚烯烃束,聚丙烯束,聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯,粗粉,碳颗粒,碳纤维,纤维,玻璃珠,沸石,分子筛,多孔物质及其任意组合。多孔物质非限定性例子详细描述在共同待决的申请PCT/US2011/043264,PCT/US2011/043268,PCT/US2011/043269和PCT/US2011/043271中,全部都提交于2012年7月7日,其整个公开内容在此包括作为参考。此外,多孔物质在此更详细描述。
在一些实施方案中,此处所述的过滤器的EPD可以从下限大约0.10mm的水/mm长度,1mm的水/mm长度,2mm的水/mm长度,3mm的水/mm长度,4mm的水/mm长度,5mm的水/mm长度,6mm的水/mm长度,7mm的水/mm长度,8mm的水/mm长度,9mm的水/mm长度或者10mm的水/mm长度到上限大约20mm的水/mm长度,19mm的水/mm长度,18mm的水/mm长度,17mm的水/mm长度,16mm的水/mm长度,15mm的水/mm长度,14mm的水/mm长度,13mm的水/mm长度,12mm的水/mm长度,11mm的水/mm长度,10mm的水/mm长度,9mm的水/mm长度,8mm的水/mm长度,7mm的水/mm长度,6mm的水/mm长度或者5mm的水/mm长度,其中该EPD可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。
在一些实施方案中,该过滤器可以具有一定结构,并且第一其他过滤器段紧邻抽烟装置的嘴端。在一些实施方案中,该过滤器可以包含处于任何期望次序的两个或更多个区段,例如处于第一其他过滤器区段(例如醋酸纤维素束),有机多孔物质和第二其他过滤器区段(例如醋酸纤维素束)的次序,或者处于第一其他过滤器区段(例如醋酸纤维素束),第一有机多孔物质(例如包含烟草来源的有机颗粒),第二有机多孔物质(例如包含肉桂有机颗粒),第二其他过滤器区段(例如多孔物质)和第三其他过滤器区段(例如醋酸纤维素束)的次序。使用两种或更多种有机多孔物质可以有利地允许生产具有单个或几个混合的有机颗粒的有机多孔物质,然后设计具有更复杂的香味分布的过滤器。此外,不同的有机颗粒会具有不同的生产限度(例如温度限度),这样对于不同的有机颗粒来说,需要优化有机多孔物质的生产。
在一定结构内,可以选择单个区段的长度和组成来实现期望的EPD和烟雾流组分降低。受益于本发明的本领域技术人员应当理解用于此处所述过滤器的多个结构。在一些情况中,过滤器可以优选在两端(即,嘴端和烟草端)具有醋酸纤维素(或者其他传统过滤器材料)段。在一些实施方案中,包含添加剂的其他过滤器段(其设计用于增强烟雾流组分中的减少)可以是有机多孔物质的上游(即,紧邻相对于有机多孔物质的烟草)。
本发明的一些实施方案可以包括提供多个有机多孔物质区段,其包含在多个接触点结合在一起的多个有机颗粒和粘合剂颗粒;提供多个过滤器区段,其不具有与有机多孔物质区段相同的组成;形成期望的邻接构造,其包含多个区段,该多个区段包含至少一个有机多孔物质区段和至少一个过滤器区段;用纸包裹物和/或粘结剂来固定该期望的邻接构造,来产生分段过滤器或者分段过滤器棒长段;和其中进行该方法来以大约800m/min或更低的速率生产分段过滤器或者分段过滤器棒。一些实施方案可以进一步包括形成抽烟装置,其具有分段过滤器或者至少一部分的分段过滤器棒。
现在参见图13,在这个例子中是生产分段过滤器的方法的图,将醋酸纤维素过滤器棒1310,1312切割成8个区段(每个大约15mm)来产生醋酸纤维素段1314,和将多孔物质棒1312切割成10段(每个大约12mm)来产生多孔物质段1316。段1314,1316然后以交替的构造端对端对齐,推在一起,并且用纸包裹,其在相同的线处胶合来产生分段过滤器长段1318。该分段过滤器长段1318然后在大约每第四个醋酸纤维素段1314的中间切割,来产生分段过滤器棒1320,其具有位于每个端上的醋酸纤维素段1314部分。受益于本发明的本领域技术人员将理解醋酸纤维素段和多孔物质段的其他尺寸和构造可以用于产生分段过滤器长段,然后可以在任何点切割来产生期望的分段过滤器棒,例如分段过滤器棒1320’。
在一些实施方案中,前述方法可以适于三个或更多个过滤器区段。例如过滤器棒长度期望的构造包括串联的第一过滤器区段,有机多孔物质区段和第二过滤器区段,以使得该棒包括第一个第一过滤器区段,第一有机多孔物质区段,第一第二过滤器区段,第二有机多孔物质区段,第二个第一过滤器区段,第三有机多孔物质区段,第二第二过滤器区段等。这样的构造可以是可用于生产包含三个区段的过滤器的至少一种实施方案,如图14所示,其显示了过滤器棒长段被切割成过滤器棒,其然后切割另外两次来产生包含3个区段的过滤器区段。
在一些实施方案中,可以包括胶囊来嵌套在两个邻接区段之间。作为此处使用的,术语“嵌套的”或“嵌套着”指的是处于内部,并且不直接暴露于所生产的制品的外部。因此,两个邻接区段之间的嵌套允许相邻区段接触,即,邻接。在一些实施方案中,胶囊可以是过滤器区段或者有机多孔物质区段的一部分。
在一些实施方案中,此处所述的过滤器可以使用已知的设备来生产,例如在自动设备中大于大约25m/min,并且对于手工生产设备来说是较低的。虽然生产速率会仅仅受限于设备能力,但是在一些实施方案中,此处所述的过滤器区段可以合并来以下面的速率形成过滤器棒:从下限大约25m/min,50m/min或者100m/min到上限大约800m/min,600m/min,400m/min,300m/min或者250m/min,和其中该速率可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。
在一些实施方案中,用于生产此处所述的过滤器和/或过滤器棒的有机多孔物质可以用纸包裹。该纸在一些实施方案中可以降低损坏和颗粒产生(归因于有机多孔物质的机械操作)。在操作过程中适于与保护性有机多孔物质一起使用的纸可以包括但不限于木基纸,含有亚麻的纸,亚麻纸,棉纸,功能化纸(例如功能化来降低焦油和/或一氧化碳的那些),特殊标记纸,着色纸及其任意组合。在一些实施方案中,该纸可以是高孔隙率,起皱的和/或具有高表面强度。在一些实施方案中,纸可以是基本上无多孔的,例如小于大约10CORESTA单位。
在一些实施方案中,包含此处所述的有机多孔物质的过滤器和/或过滤器棒可以直接传输到制造线,由此它们将与烟草柱合并来形成抽烟装置。这样的方法的一个例子包括生产抽烟装置的方法,其包括:提供过滤器棒,其包含至少一个过滤器区段,该区段包含此处所述的有机多孔物质,其包含有机颗粒和粘合剂颗粒;提供烟草柱;横向于它的纵轴穿过棒中心切割该过滤器棒,来形成具有至少一个过滤器区段的至少两个过滤器,每个过滤器区段包含有机多孔物质,其包含有机颗粒和粘合剂颗粒;和沿着过滤器的纵轴和烟草柱的纵轴将至少一个过滤器结合到烟草柱来形成至少一种抽烟装置。
在其他实施方案中,该包含有机多孔物质的装置过滤器和/或过滤器棒可以置于合适的容器中,用于存储直到进一步使用。合适的存储容器包括通常用于抽烟装置过滤器领域的那些,其包括但不限于柳条箱,盒子,鼓,袋子,硬纸盒等。
一些实施方案可以包括将可抽吸物质可操作地连接到有机多孔物质(或者包含前述至少一种的分段过滤器)。在一些实施方案中,有机多孔物质(或者包含前述至少一种的分段过滤器)可以与可抽吸物质流体连通。在一些实施方案中,抽烟装置可以包含有机多孔物质(或者包含前述至少一种的分段过滤器),其与可抽吸物质流体连通。在一些实施方案中,抽烟装置可以包含外壳,其能够可操作地保持与可抽吸物质流体连通的有机多孔物质(或者包含前述至少一种的分段过滤器)。在一些实施方案中,过滤器棒,过滤器,过滤器区段,分区的过滤器和/或分区的过滤器棒可以是从外壳可除去的,可替换的和/或一次性的。
作为此处使用的,术语“可抽吸物质”指的是这样的材料,其在燃烧或加热时能够生产烟雾。合适的可抽吸物质可以包括但不限于烟草例如鲜烟叶,东方烟草,土耳其烟草,卡文迪什烟草,棕榈树韧皮(corojo)烟草,criollo烟草,帕里克(Perique)烟草,shade烟草,白肋烟,烤烟,白肋烟,马里兰烟草,维吉尼亚烟草;茶叶;香草;碳化的或者热解的组分;无机填料组分;及其任意组合。烟草可以具有切割填料形式的烟草薄片形式,加工的烟草茎,再制的烟草填料,体积膨胀的烟草填料等。烟草和其他生长的可抽吸物质可以生长于美国,或者可以生长于美国之外的地区。
在一些实施方案中,可抽吸物质可以是柱形的,例如烟草柱。作为此处使用的,术语“烟草柱”指的是烟草的共混物,和任选的其他成分和增香剂,其可以组合来生产烟草基可抽吸制品例如香烟或者雪茄。在一些实施方案中,烟草柱可以包含选自下面的成分:烟草,糖(例如蔗糖,红糖,转化糖或者高果糖玉米糖浆),丙二醇,甘油,可可,可可产品,长豆角豆胶,长豆角提取物及其任意组合。在仍然的其他实施方案中,该烟草柱可以进一步包含增香剂,香气剂,薄荷醇,甘草提取物,磷酸二铵,氢氧化铵及其任意组合。在一些实施方案中,烟草柱可以包含添加剂。在一些实施方案中,烟草柱可以包含至少一种可共混的成分。
合适的外壳可以包括但不限于香烟,香烟烟嘴,雪茄,雪茄烟嘴,管,水管,水烟袋,电子抽烟装置,手工卷制香烟,手工卷制雪茄,纸及其任意组合。
包装有机多孔物质可以包括但不限于置于托盘或者盒子或者保护性容器中,例如通常用于包装和运输香烟过滤器棒的托盘中。
在一些实施方案中,本发明提供过滤器和/或带有过滤器的抽烟装置的包(其包含有机多孔物质)。该包可以是铰接-盖包,滑片-壳包,硬杯包,软杯包,塑料袋或者任何其他合适的包容器。在一些实施方案中,该包可以具有外包装例如聚丙烯包裹物,和任选的撕裂片。在一些实施方案中,该过滤器和/或抽烟装置可以密封作为包中的捆。捆可以包含许多过滤器和/或抽烟装置,例如20个或更多个。但是捆可以包括单个过滤器和/或抽烟装置,在一些实施方案中,例如专用过滤器和/或抽烟装置实施方案如单独销售的那些,或者包含特定香料如香草,丁香或者肉桂的过滤器和/或抽烟装置。
在一些实施方案中,本发明提供抽烟装置包的硬纸盒,其包括至少一种抽烟装置包,该包包括至少一个具有过滤器(多段或者其它)的抽烟装置,该过滤器包含有机多孔物质。在一些实施方案中,硬纸盒(例如容器)具有物理完整性来包含来自于抽烟装置包的重量。这可以通过如下来完成:使用更厚的卡纸料来形成硬纸盒或者使用更强的粘结剂来结合硬纸盒的元件。
一些实施方案可以包括运输有机多孔物质。所述的有机多孔物质可以作为单个,作为至少一部分的过滤器,作为至少一部分的抽烟装置,处于包中,硬纸盒中,托盘中及其任意组合。运输可以通过火车,卡车,飞机,小船/大船及其任意组合来进行。
因为可以预期的是消费者将抽吸包括此处所述的有机多孔物质的抽烟装置,因此本发明还提供一种抽吸这样的抽烟装置的方法。例如在一种实施方案中,本发明提供一种抽吸抽烟装置的方法,其包括:加热或者点燃抽烟装置来形成烟雾,该抽烟装置包含根据此处所述的任一实施方案的过滤器(例如包含有机多孔物质,其具有此处所述的有机颗粒,此处所述的粘合剂颗粒,任选的此处所述的添加剂,任选的具有此处所述的特征等;包含过滤器区段,其具有此处所述的材料,任选的此处所述的掺杂剂,任选的此处所述的添加剂,任选地具有此处所述的特征等;具有此处所述的EPD;具有此处所述的结构;等等)。
III.有机多孔物质
在一些实施方案中,用于有机多孔物质中的有机颗粒可以通过磨碎天然组合物来生产。天然组合物的有机颗粒的例子可以包括但不限于丁香,烟草,咖啡豆,可可,肉桂,香草,茶叶,绿茶,红茶,月桂树叶,柑橘皮(例如橙,柠檬,酸橙,柚子,等等),孜然芹,红辣椒、辣椒面、红胡椒,桉树,薄荷,咖喱,茴芹,莳萝,茴香,多香果,罗勒,迷迭香,胡椒,葛缕子籽,芫荽叶,大蒜,芥末,肉豆蔻,百里香,姜黄,牛至,其他香料,啤酒花,其他颗粒,糖等及其任意组合。
在一些实施方案中,增加烟雾流的温度能够增强增香剂从有机颗粒的释放。
在一些实施方案中,该有机颗粒的平均直径可以是下面的至少一个尺寸:从下限大约100微米,150微米,200微米或者250微米到上限大约1500微米,1000微米,750微米,500微米,400微米,300微米或者250微米,其中该平均直径可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。在一些实施方案中,该有机颗粒可以是混合粒度的。
粘合剂颗粒的实例可以包括但不限于聚烯烃、聚酯、聚酰胺(或尼龙)、聚丙烯酸类、聚苯乙烯、聚乙烯基类化合物、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、非纤维的塑化纤维素、其任何共聚物、其任何衍生物、及其任意组合。合适的聚烯烃的实例包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯等等,其任何共聚物、其任何衍生物、及其任意组合。合适的聚乙烯的实例进一步包括低密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、其任何共聚物、其任何衍生物、及其任意组合等等。合适的聚酯的实例包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸环己烯二亚甲酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯等等、其任何共聚物、其任何衍生物、及其任意组合等等。合适的聚丙烯酸类的实例包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯等等、其任何共聚物、其任何衍生物、及其任意组合等等。合适的聚苯乙烯的实例包括但不限于聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈、苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-马来酸酐等等、其任何共聚物、其任何衍生物、及其任意组合等等。合适的聚乙烯基类化合物的实施例包括但不限于乙烯乙酸乙烯酯、乙烯乙烯基醇、聚氯乙烯等等、其任何共聚物、其任何衍生物、及其任意组合等等。合适的纤维素的实例包括但不限于乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、塑化纤维素、丙酸纤维素、乙基纤维素等等、其任何共聚物、其任何衍生物、及其任意组合等等。在一些实施方案中,粘合剂颗粒可以是上面列举的粘合剂的任何共聚物、任意衍生物以及任意组合。
在一些实施方案中,本文中描述的粘合剂颗粒可以具有亲水性表面处理。亲水性表面处理(例如含氧官能如羧基、羟基和环氧)可以通过暴露于化学氧化剂、火焰、离子、等离子体、电晕放电、紫外辐射、臭氧及其组合(例如臭氧与紫外处理)的至少一种来实现。由于本文中描述的许多有机颗粒和活性颗粒是亲水性的(或是作为它们的组合物的功能或是吸附的水),对该粘合剂颗粒的亲水性表面处理可以提高该粘合剂颗粒和有机颗粒和/或该活性颗粒之间的吸引力(例如范德华力、静电、氢键等等)。这种提高的吸引力可以减轻有机颗粒和/或活性颗粒与粘合剂颗粒在该基质材料中的分离,由此尽量减少在EPD、完整性、周长、横截面形状以及所得多孔物质的其它性质方面的可变性。此外,已经观察到,提高的吸引力提供了更均质的基质材料,这可以提高过滤器设计的灵活性(例如降低了整体EPD,或降低了该粘合剂颗粒的浓度,或这两者)。
该粘合剂颗粒可以呈现任何形状。此类形状包括球形、hyperion、星形、chrondular或星际尘埃状、颗粒状、马铃薯、不规则形状以及其任意组合。在优选的实施方案中,适用于本发明的粘合剂颗粒是非纤维的。在一些实施方案中,该粘合剂颗粒为粉末、丸粒或颗粒形式。
在一些实施方案中,该粘合剂颗粒可以在至少一个维度上具有大约0.1纳米、0.5纳米、1纳米、10纳米、100纳米、500纳米、1微米、5微米、10微米、50微米、100微米、150微米、200微米或250微米的下限至大约5000微米、2000微米、1000微米、900微米、700微米、500微米、400微米、300微米、250微米、200微米、150微米、100微米、50微米、10微米或500纳米的上限的平均直径,其中该平均直径可以为任意下限至上限并涵盖在此之间的任何子集。在一些实施方案中,该粘合剂颗粒可以是粒度的混合。
在一些实施方案中,该粘合剂颗粒可以具有大约0.10g/cm3至大约0.55g/cm3的堆积密度,包括在此之间的任何子集(例如大约0.17g/cm3至大约0.50g/cm3,或大约0.20g/cm3至大约0.47g/cm3)。
在一些实施方案中,该粘合剂颗粒在其熔融温度下可以表现出几乎不流动,即当加热至其熔融温度时表现出极少或不表现出聚合物流动。符合这些标准的材料可以包括但不限于超高分子量聚乙烯(“UHMWPE”)、特高分子量聚乙烯(“VHMWPE”)、高分子量聚乙烯(“HMWPE”)以及其任意组合。本文中所用的术语“UHMWPE”指的是具有至少大约3×106克/摩尔(例如大约3×106克/摩尔至大约30×106克/摩尔,包括在此之间的任何子集)的重均分子量的聚乙烯组合物。本文中所用的术语“VHMWPE”指的是具有小于大约3×106克/摩尔和大于大约1×106克/摩尔(包括在此之间的任何子集)的重均分子量的聚乙烯组合物。本文中所用的术语“HMWPE”指的是具有至少大约3×105克/摩尔至大约1×106克/摩尔的重均分子量的聚乙烯组合物。对本说明书而言,本文中提到的分子量根据Margolies公式测定(“Margolies分子量”)。
在一些实施方案中,该粘合剂颗粒可以具有大约0、0.5、1.0或2.0克/10分钟的下限至大约3.5、3.0、2.5、2.0、1.5或1.0的上限的熔体流动指数(“MFI”)——聚合物流动的一种量度,如通过ASTM D1238在190℃和15千克负载下测得,其中该MFI可以为任何下限至上限并涵盖在此之间的任何子集。在一些实施方案中,该有机多孔物质可以包含具有不同分子量和/或不同熔体流动指数的粘合剂颗粒的混合物。
在一些实施方案中,该粘合剂颗粒可以具有大约5dl/g至大约30dl/g(包括在此之间的任何子集)的特性粘度和大约80%或更高(例如大约80%至大约100%,包括在此之间的任何子集)的结晶度,如美国专利申请公开号2008/0090081中所述。
适于用作本文中描述的粘合剂颗粒的市售聚乙烯材料的实例可以包括(UHMWPE,可获自Ticona Polymer LLC,DSM,Braskem,Beijing Factory No.2,Shanghai Chemical,Qilu,Mitsui和Asahi),包括2000系列(2105、2122、2122-5、2126)、4000系列(例如4120、4130、4150、4170、4012、4122-5、4022-6、4050-3/4150-3)、8000系列(8110、8020)和X系列(X143、X184、X168、X172、X192)。合适的聚乙烯材料的另一实例是具有以下性质的聚乙烯材料:通过ASTM-D 4020测定的分子量为大约300,000克/摩尔至大约2,000,000克/摩尔,平均粒径为大约300微米至大约1500微米,堆积密度为大约0.25克/毫升至大约0.5克/毫升。
在一些实施方案中,该粘合剂颗粒是由组成、形状、尺寸、堆积密度、MFI、特性粘度等等以及其任意组合所区分的不同粘合剂颗粒的组合。
在一些实施方案中,该基体材料或者有机多孔物质可以包含下面量的有机颗粒:从下限有机多孔物质的大约1wt%,5wt%,10wt%,25wt%,40wt%,50wt%,60wt%或者75wt%到上限有机多孔物质的大约99wt%,95wt%,90wt%或者75wt%,和其中该有机颗粒的量可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。在一些实施方案中,该基体材料或者有机多孔物质可以包含下面量的粘合剂颗粒:从下限有机多孔物质的大约1wt%,5wt%,10wt%或者25wt%到上限有机多孔物质的大约99wt%,95wt%,90wt%,75wt%,60wt%,50wt%,40wt%或者25wt%,和其中该粘合剂颗粒的量可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。
在一些实施方案中,此处所述的有机多孔物质可以进一步包含添加剂。在一些实施方案中,该基体材料或者有机多孔物质可以包含下面量的添加剂:从下限该基体材料或者有机多孔物质的大约0.01wt%,0.05wt%,0.1wt%,1wt%,5wt%或者10wt%到上限该基体材料或者有机多孔物质的大约25wt%,15wt%,10wt%,5wt%或者1wt%,和其中该添加剂的量可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。
合适的添加剂可以包括但不限于活性颗粒,活性化合物,离子树脂,沸石,纳米颗粒,微波增强添加剂,陶瓷颗粒,玻璃珠,软化剂,增塑剂,颜料,染料,受控释放的小泡,粘结剂,增粘剂,表面改性剂,维生素,过氧化物,生物杀灭剂,抗真菌剂,抗微生物剂,抗静电剂,阻燃剂,降解剂及其任意组合,其在此更详细的描述。本领域技术人员应当理解添加剂最少应当不影响有机颗粒的功能,例如多孔添加剂,其从该有机颗粒吸附增香剂。
在一些实施方案中,此处所述的有机多孔物质的EPD可以从下限大约0.10mm的水/mm长度,1mm的水/mm长度,2mm的水/mm长度,3mm的水/mm长度,4mm的水/mm长度,5mm的水/mm长度,6mm的水/mm长度,7mm的水/mm长度,8mm的水/mm长度,9mm的水/mm长度,或者10mm的水/mm长度到上限大约20mm的水/mm长度,19mm的水/mm长度,18mm的水/mm长度,17mm的水/mm长度,16mm的水/mm长度,15mm的水/mm长度,14mm的水/mm长度,13mm的水/mm长度,12mm的水/mm长度,11mm的水/mm长度,10mm的水/mm长度,9mm的水/mm长度,8mm的水/mm长度,7mm的水/mm长度,6mm的水/mm长度,或者5mm的水/mm长度,其中该EPD可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。
在一些实施方案中,此处所述的有机多孔物质的有机颗粒负载量可以是至少大约1mg/mm,2mg/mm,3mg/mm,4mg/mm,5mg/mm,6mg/mm,7mg/mm,8mg/mm,9mg/mm,10mg/mm,11mg/mm,12mg/mm,13mg/mm,14mg/mm,15mg/mm,16mg/mm,17mg/mm,18mg/mm,19mg/mm,20mg/mm,21mg/mm,22mg/mm,23mg/mm,24mg/mm或者25mg/mm,并且与下面的EPD组合:小于大约20mm的水或更低/mm长度,19mm的水或更低/mm长度,18mm的水或更低/mm长度,17mm的水或更低/mm长度,16mm的水或更低/mm长度,15mm的水或更低/mm长度,14mm的水或更低/mm长度,13mm的水或更低/mm长度,12mm的水或更低/mm长度,11mm的水或更低/mm长度,10mm的水或更低/mm长度,9mm的水或更低/mm长度,8mm的水或更低/mm长度,7mm的水或更低/mm长度,6mm的水或更低/mm长度,5mm的水或更低/mm长度,4mm的水或更低/mm长度,3mm的水或更低/mm长度,2mm的水或更低/mm长度或者1mm的水或更低/mm长度,和其中该有机颗粒负载量和EPD可以独立地从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。
在一些实施方案中,此处所述的有机多孔物质的长度可以从下限大约5mm,10mm,25mm或者50mm到上限大约150mm,100mm,50mm或者25mm,和其中该长度可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。
在一些实施方案中,此处所述的有机多孔物质可以进一步包含位于有机多孔物质周围的包裹物。合适的包裹物可以包括但不限于纸(例如木基纸,含有亚麻的纸,亚麻纸,由其他天然或者合成纤维生产的纸,功能化纸,特殊标记纸,着色纸),塑料(例如氟化聚合物如聚四氟乙烯,有机硅),膜,涂覆纸,涂覆塑料,涂覆膜等,及其任意组合。在一些实施方案中,包裹物可以是适用于抽烟装置过滤器中的纸张。
在一些实施方案中,此处所述的有机多孔物质可以是任何横截面形状,包括但不限于圆形,基本上圆形,卵形,基本上卵形,多边形(如三角形,正方形,矩形,五边形等),具有圆边的多边形等或者其任意杂合。
此处所述的有机多孔物质的周长可以从下限大约5mm,6mm,7mm,8mm,9mm,10mm,11mm,12mm,13mm,14mm,15mm,16mm,17mm,18mm,19mm,20mm,21mm,22mm,23mm,24mm,25mm或者26mm到上限大约60mm,50mm,40mm,30mm,20mm,29mm,28mm,27mm,26mm,25mm,24mm,23mm,22mm,21mm,20mm,19mm,18mm,17mm或者16mm,其中该周长可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。在其中本发明的有机多孔物质是非真正的圆柱的形状的实施方案中,应当理解的是术语“周长”被用于表示任何成形的横截面的周长,包括圆形横截面。
在一些实施方案中,有机多孔物质可以包含至少一种类型的此处所述量的有机颗粒(例如这样的有机颗粒,其具有此处所述的组成,此处所述的尺寸,此处所述的形状或者其组合),至少一种类型的此处所述量的粘合剂颗粒(例如这样的粘合剂颗粒,其具有此处所述的组成,此处所述的尺寸,此处所述的形状,此处所述的堆积密度,此处所述的MFI,此处所述的特性粘度或者其组合),和任选的至少一种类型的此处所述量的此处所述的添加剂。在一些实施方案中,有机多孔物质可以具有至少一种下面的特性:此处所述的EPD,此处所述的长度,此处所述的横截面形状,此处所述的周长,此处所述的包裹物或者其组合。
IV.多孔物质
多孔物质通常包含在多个接触点处机械结合的多个粘合剂颗粒(例如此处相对于有机多孔物质所述的粘合剂颗粒)和多个活性颗粒(例如此处所述的碳颗粒或者沸石)。该接触点可以是活性颗粒-粘合剂接触点,粘合剂-粘合剂接触点,活性颗粒-活性颗粒接触点及其任意组合。
在一些实施方案中,该多孔物质可以包含下面量的活性颗粒:从下限多孔物质的大约1wt%,5wt%,10wt%,25wt%,40wt%,50wt%,60wt%或者75wt%到上限多孔物质的大约99wt%,95wt%,90wt%或者75wt%,和其中该活性颗粒的量可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。在一些实施方案中,多孔物质可以包含以下量的粘合剂颗粒:从下限多孔物质的大约1wt%,5wt%,10wt%或者25wt%到上限多孔物质的大约99wt%,95wt%,90wt%,75wt%,60wt%,50wt%,40wt%或者25wt%,和其中该粘合剂颗粒的量可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。
虽然粘合剂粒度对活性粒度的比可以包括如本文中各自描述的尺寸范围所述的任何迭代,对特定应用和/或产品而言,特定的尺寸比可能是有利的。作为非限制性实例,在吸烟装置过滤器中,该该活性颗粒与粘合剂颗粒的尺寸应使得该EPD允许抽吸流体穿过该多孔物质。在一些实施方案中,粘合剂粒度对活性粒度的比可以为大约10:1至大约1:10,或更优选为大约1:1.5至大约1:4。
在一些实施方案中,多孔物质可以具有大约40%至大约90%的空隙体积。在一些实施方案中,多孔物质可以具有大约60%至大约90%的空隙体积。在一些实施方案中,多孔物质可以具有大约60%至大约85%的空隙体积。空隙体积是计入活性颗粒所占空间后留下的自由空间。
为了测定空隙体积,尽管不希望被任何特定理论束缚,据信测试表明该混合物的最终密度几乎完全由活性颗粒驱动;由此被粘结剂颗粒占据的空间不被计入该计算。由此,在这方面的空隙体积基于计入活性颗粒后剩余空间来计算。为了测定空隙体积,首先对活性颗粒的基于网目尺寸的上限粒径与下限粒径取平均,随后计算体积(假定为基于该平均化直径的球形形状)并使用活性材料的密度。随后,如下计算百分比空隙体积:
在一些实施方案中,多孔物质的封装压降(EPD)可以是大约0.10-大约25mm的水/mm长度的多孔物质。在一些实施方案中,多孔物质的EPD可以是大约0.10-大约10mm的水/mm长度的多孔物质。在一些实施方案中,多孔物质的EPD是大约2mm的水/mm长度-大约7mm的水/mm长度的多孔物质(或者不大于7mm的水/mm长度的多孔物质)。
在一些实施方案中,多孔物质的活性颗粒负载量可以是至少大约1mg/mm,2mg/mm,3mg/mm,4mg/mm,5mg/mm,6mg/mm,7mg/mm,8mg/mm,9mg/mm,10mg/mm,11mg/mm,12mg/mm,13mg/mm,14mg/mm,15mg/mm,16mg/mm,17mg/mm,18mg/mm,19mg/mm,20mg/mm,21mg/mm,22mg/mm,23mg/mm,24mg/mm或者25mg/mm,并且与以下EPD组合:小于大约20mm的水或更低/mm长度,19mm的水或更低/mm长度,18mm的水或更低/mm长度,17mm的水或更低/mm长度,16mm的水或更低/mm长度,15mm的水或更低/mm长度,14mm的水或更低/mm长度,13mm的水或更低/mm长度,12mm的水或更低/mm长度,11mm的水或更低/mm长度,10mm的水或更低/mm长度,9mm的水或更低/mm长度,8mm的水或更低/mm长度,7mm的水或更低/mm长度,6mm的水或更低/mm长度,5mm的水或更低/mm长度,4mm的水或更低/mm长度,3mm的水或更低/mm长度,2mm的水或更低/mm长度,或者1mm的水或更低/mm长度,和其中该活性颗粒负载量和EPD可以独立地从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。
作为例子,在一些实施方案中,多孔物质的活性颗粒负载量可以是至少大约1mg/mm和EPD是大约20mm的水或更低/mm长度。在其他实施方案中,该多孔物质的活性颗粒负载量可以是至少大约1mg/mm和EPD是大约20mm的水或更低/mm长度,其中该活性颗粒不是碳。在其他实施方案中,该多孔物质的活性颗粒可以包含碳,并且负载量是至少6mg/mm,并且与10mm的水或更低/mm长度的EPD组合。
在一些实施方案中,多孔物质可以进一步包含添加剂。与多孔物质一起使用的合适的添加剂可以包括但不限于活性化合物,离子树脂,沸石,纳米颗粒,微波增强添加剂,陶瓷颗粒,玻璃珠,软化剂,增塑剂,颜料,染料,增香剂,香气剂,受控释放的小泡,粘结剂,增粘剂,表面改性剂,维生素,过氧化物,生物杀灭剂,抗真菌剂,抗微生物剂,抗静电剂,阻燃剂,降解剂及其任意组合。
V.添加剂
活性颗粒的一个例子是活性碳(或者活性的炭或者活化碳)。活性碳可以是低活性(大约50%-大约75%CCl4吸附率)或者高活性(大约75%-大约95%CCl4吸附率)或者二者的组合。在一些实施方案中,该活性碳可以是纳米尺寸的碳颗粒,例如任何数目壁的碳纳米管,碳纳米角,竹子状碳纳米结构,富勒烯和富勒烯聚集体,和石墨烯,包括几层石墨烯和氧化石墨烯。活性颗粒的其他例子可以包括但不限于离子交换树脂,干燥剂,硅酸盐,分子筛,硅胶,活化氧化铝,沸石,珍珠岩,海泡石,富勒土,硅酸镁,金属氧化物(例如氧化铁,氧化铁纳米颗粒如大约12nm的Fe3O4,氧化锰,氧化铜和氧化铝),金,铂,五氧化碘,五氧化二磷,纳米颗粒(例如金属纳米颗粒如金和银;金属氧化物纳米颗粒如氧化铝;磁性的,顺磁性的和超顺磁性的纳米颗粒如氧化钆,各种晶体结构的氧化铁如赤铁矿和磁铁矿,钆纳米管和内富勒烯如GdC60;和核-壳和洋葱形纳米颗粒如金和银纳米壳,洋葱形氧化铁,和具有任何所述材料外壳的其他纳米颗粒或者微粒和前述的任何组合(包括活性碳)。离子交换树脂包括例如具有主链的聚合物,例如苯乙烯-二乙烯基苯(DVB)共聚物,丙烯酸酯,甲基丙烯酸酯,酚醛缩合物和表氯醇胺缩合物;和连接到聚合物主链上的多个带电官能团。在一些实施方案中,该活性颗粒是各种活性颗粒的组合。在一些实施方案中,该有机多孔物质可以包含多个活性颗粒。在一些实施方案中,活性颗粒可以包含选自此处公开的活性颗粒中的至少一种成分。应当注意的是“成分”被用作通用术语来描述所列的项目。在一些实施方案中,该活性颗粒是与至少一种增香剂相组合的。
在一些实施方案中,该活性颗粒的平均直径可以是下面的至少一种尺寸:从下限大约小于1纳米(例如石墨烯),大约0.1nm,0.5nm,1nm,10nm,100nm,500nm,1微米,5微米,10微米,50微米,100微米,150微米,200微米和250微米到上限大约5000微米,2000微米,1000微米,900微米,700微米,500微米,400微米,300微米,250微米,200微米,150微米,100微米,50微米,10微米和500nm,其中该平均直径可以从任何下限到任何上限和包括其之间的任何子组。在一些实施方案中,该活性颗粒可以是混合粒度的。
该活性颗粒在一些实施方案中可以除去、减少烟雾流的组分或者加入组分,并且在一些实施方案中是选择性的。烟雾流组分可以包括但不限于乙醛,乙酰胺,丙酮,丙烯醛,丙烯酰胺,丙烯腈,黄曲霉毒素B-1,4-氨基联苯,1-氨基萘,2-氨基萘,氨,铵盐,新烟碱,新烟草碱,0-茴香胺,砷,A-α-C,苯并[a]蒽,苯并[b]荧蒽,苯并[j]苊,苯并[k]荧蒽,苯,苯并(b)呋喃,苯并[a]芘,苯并[c]菲,铍,1,3-丁二烯,丁醛,镉,咖啡酸,一氧化碳,儿茶酚,氯化二氧杂芑/呋喃,铬,钴,香豆素,甲酚,巴豆醛,环五[c,d]芘,二苯并(a,h)吖啶,二苯并(a,j)吖啶,二苯并[a,h]蒽,二苯并(c,g)咔唑,二苯并[a,e]芘,二苯并[a,h]芘,二苯并[a,i]芘,二苯并[a,l]芘,2,6-二甲基苯胺,氨基甲酸乙酯(氨酯),乙苯,环氧乙烷,丁香油酚,甲醛,呋喃,glu-P-1,glu-P-2,肼,氰化氢,对苯二酚,茚并[1,2,3-cd]芘,IQ,异戊二烯,铅,MeA-α-C,汞,甲乙酮,5-甲基4-(甲基硝基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK),4-(甲基硝基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁醇(NNAL),萘,镍,烟碱,硝酸盐,氧化一氮,氧化氮,亚硝酸盐,硝基苯,硝基甲烷,2-硝基丙烷,N-亚硝基新烟碱(NAB),N-亚硝基二乙醇胺(NDELA),N-亚硝基二乙基胺,N-亚硝基二甲基胺(NDMA),N-亚硝基乙基甲基胺,N-亚硝基吗啉(NMOR),N-亚硝基去甲烟碱(NNN),N-亚硝基哌啶(NPIP),N-亚硝基吡咯烷(NPYR),N-亚硝基肌氨酸(NSAR),酚,PhlP,钋-210(放射性同位素),丙醛,环氧丙烷,吡啶,喹啉,间苯二酚,硒,苯乙烯,焦油,2-甲苯胺,甲苯,Trp-P-1,Trp-P-2,铀-235(放射性同位素),铀-238(放射性同位素),乙酸乙烯酯,氯乙烯及其任意组合。
合适的离子树脂可以包括但不限于具有主链的聚合物,例如苯乙烯-二乙烯基苯(DVB)共聚物,丙烯酸酯,甲基丙烯酸酯,酚醛缩合物和表氯醇胺缩合物;和连接到聚合物主链上的多个带电官能团;及其任何组合。
沸石可以包括结晶铝硅酸盐,其具有孔,例如通道,或者均匀的腔室,分子尺寸的维度。沸石可以包括天然和合成材料。合适的沸石可以包括但不限于沸石β(Na7(Al7Si57O128)四边形),沸石ZSM-5(Nan(AlnSi96-nO192)16H2O,并且n<27),沸石A,沸石X,沸石Y,沸石K-G,沸石ZK-5,沸石ZK-4,中多孔硅酸盐,SBA-15,MCM-41,用3-氨基丙基甲硅烷基改性的MCM48,铝-磷酸盐,中多孔铝硅酸盐,其他相关的多孔材料(例如诸如混合的氧化物凝胶)及其任意组合。
合适的纳米颗粒可以包括但不限于纳米尺寸的碳颗粒如任何数目壁的碳纳米管,碳纳米角,竹子状碳纳米结构,富勒烯和富勒烯聚集体,和石墨烯,包括几层石墨烯和氧化石墨烯;金属纳米颗粒如金和银;金属氧化物纳米颗粒如氧化铝,二氧化硅和二氧化钛;磁性的,顺磁性的和超顺磁性的纳米颗粒如氧化钆,各种晶体结构的氧化铁如赤铁矿和磁铁矿,大约12nm的Fe3O4,钆纳米管和内富勒烯如GdC60;和核-壳和洋葱形纳米颗粒如金和银纳米壳,洋葱形氧化铁,和具有任何所述材料外壳的其他纳米颗粒或者微粒和前述的任何组合(包括活性碳)。应当注意的是纳米颗粒可以包括纳米棒,纳米球,纳米米,纳米线,纳米星(如纳米三角星和纳米四角星),空心纳米结构,杂合纳米结构(其是连接成为一体的两个或更多个纳米颗粒),和非纳米颗粒(具有纳米涂层或者纳米厚度的壁)。应当进一步注意的是纳米颗粒可以包括纳米颗粒的官能化衍生物,其包括但不限于已经共价和/或非共价官能化的纳米颗粒,例如π-堆叠体,物理吸着,离子缔合,范德华缔合等。合适的官能团可以包括但不限于包含胺的部分(1°,2°或3°),酰胺,羧酸,醛,酮,醚,酯,过氧化物,甲硅烷基化合物,有机硅烷,烃,芳烃及其任意组合;聚合物;螯合剂如乙烯二胺四乙酸酯,二乙烯三胺五乙酸,三甘醇胺酸和包含吡咯环的结构;及其任何组合。官能团可以增强纳米颗粒向有机多孔物质中的并入。
合适的微波增强添加剂可以包括但不限于微波响应性聚合物,碳颗粒,富勒烯,碳纳米管,金属纳米颗粒,水等及其任意组合。
合适的陶瓷颗粒可以包括但不限于氧化物(例如二氧化硅,二氧化钛,氧化铝,氧化铍,氧化铈和氧化锆),非氧化物(例如碳化物,硼化物,氮化物和硅化物),其复合物及其任意组合。陶瓷颗粒可以是结晶的,非结晶的或者半结晶的。
作为此处使用的,颜料指的是能赋予颜色的化合物和/或颗粒,并且并入到整个基体材料和/或其组分中。合适的颜料可以包括但不限于二氧化钛,二氧化硅,酒石黄,E102,酞菁蓝,酞菁绿,喹吖酮,苝四羧酸二酰亚胺,二恶嗪,紫环酮双偶氮颜料,蒽醌颜料,炭黑,二氧化钛,金属粉末,氧化铁,群青及其任意组合。
作为此处使用的,染料指的是能够赋予颜色的化合物和/或颗粒,并且是表面处理的。合适的染料可以包括但不限于液体和/或颗粒形式的染料(阳离子染料,获自Clariant Services)(例如Brilliant Yellow K-6G液体,YellowK-4GL液体,Yellow K-GL液体,OrangeK-3GL液体,Scarlet K-2GL液体,RedK-3BN液体,Blue K-5R液体,Blue K-RL液体,Turquoise K-RL液体/颗粒,Brown K-BL液体),染料(助色团,获自BASF)(例如Yellow3GL,Fastusol C Blue74L)。
合适的增粘剂可以包括但不限于甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、水溶性乙酸纤维素、酰胺、二胺、聚酯、聚碳酸酯、甲硅烷基改性聚酰胺化合物、聚氨基甲酸酯、聚氨酯、天然树脂、虫胶、丙烯酸聚合物、2-乙基己基丙烯酸酯、丙烯酸酯聚合物、丙烯酸衍生物聚合物、丙烯酸均聚物、丙烯酸酯均聚物、聚(丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸丁酯)、聚(丙烯酸2-乙基己酯)、丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸衍生物聚合物、甲基丙烯酸均聚物、甲基丙烯酸酯均聚物、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸丁酯)、聚(甲基丙烯酸2-乙基己酯)、丙烯酰胺基-甲基-丙磺酸酯聚合物、丙烯酰胺基-甲基-丙磺酸酯衍生物聚合物、丙烯酰胺基-甲基-丙磺酸酯共聚物、丙烯酸/丙烯酰胺基-甲基-丙磺酸酯共聚物、苄基椰油二-(羟乙基)季胺、与甲醛缩合的p-T-戊基-苯酚、(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯、丙烯酰胺、N-(二烷基氨基烷基)丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸羟基烷基酯、甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯等、其任意衍生物和其任意组合。
合适的维生素可以包括但不限于维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素C、维生素D、维生素E和其任意组合。
合适的抗菌剂包括但不限于抗微生物金属离子、氯己定、氯己定盐、三氯生、多粘菌素(polymoxin)、四环素、氨基糖苷(例如庆大霉素)、利福平、杆菌肽、红霉素、新霉素、氯霉素、咪康唑、喹诺酮、青霉素、壬苯醇醚-9、梭链孢酸、头孢菌素、莫匹罗星、甲硝哒唑secropin、抗菌肽、细菌素(bacteriolcin)、防卫素、呋喃西林、磺胺米隆、阿昔洛韦、万古霉素、克林霉素、林可霉素、磺酰胺、氟哌酸、培氟沙星、萘啶酸(nalidizic acid)、草酸、依诺沙星酸、环丙沙星、聚六亚甲基双胍(PHMB)、PHMB衍生物(例如可生物降解的双胍类药物,如聚亚乙基六亚甲基双胍(PEHMB))、葡萄糖酸氯己定、盐酸氯己定、乙二胺四乙酸(EDTA)、EDTA衍生物(例如EDTA二钠盐或EDTA四钠盐)等等,及其任意组合。
在一些实施方案中,抗静电剂可以包含任何合适的阴离子、阳离子、两性或非离子型抗静电剂。阴离子型抗静电剂通常可以包括但不限于碱金属硫酸盐、碱金属磷酸盐、醇类的磷酸酯、乙氧基化醇类的磷酸酯、和其任意组合。实例可以包括但不限于碱中和的磷酸酯(例如5559或5576,可获自Henkel Corporation,Mauldin,SC)。阳离子型抗静电剂通常可以包括但不限于季铵盐和具有正电荷的咪唑啉。非离子型抗静电剂的实例包括聚(氧化烯)衍生物,例如乙氧基化脂肪酸,如2650(一种乙氧基化脂肪酸,可获自Henkel Corporation,Mauldin,SC),乙氧基化脂肪醇,如5964(一种乙氧基化月桂醇,可获自Henkel Corporation,Mauldin,SC),乙氧基化脂肪胺,如6606(一种乙氧基化牛脂胺,可获自Henkel Corporation,Mauldin,SC)、链烷醇酰胺,如6545(一种油酸二乙醇胺,可获自Henkel Corporation,Mauldin,SC),和其任意组合。阴离子和阳离子型材料倾向于是更有效的抗静电剂。
应当注意的是虽然此处讨论的有机多孔物质主要用于抽烟装置过滤器,但是它们也可以用作其他应用中的流体过滤器(或其部件),包括但不限于液体过滤,机动车辆中的空气过滤器,医学装置中的空气过滤器,家用空气过滤器等。受益于本发明的本领域技术人员应当理解将本发明用于其他过滤应用的必要改变和/或限制,例如有机和粘合剂颗粒的尺寸,形状,尺寸比和有机多孔物质的组成。作为非限定性例子,有机多孔物质可以形成其他形状如用于同心水过滤器构造的中空圆柱或者用于空气过滤器的折叠片。
此处公开的实施方案包括:
A:方法,其包括将基体材料引入模腔中,该基体材料包含多个粘合剂颗粒,多个有机颗粒、和微波增强添加剂;加热至少一部分的该基体材料来在多个接触点处粘合该基体材料,由此形成有机多孔物质长段,其中加热包括用微波辐射来辐照至少一部分的该基体材料;和径向切割该有机多孔物质长段,由此产生有机多孔物质;
B:方法,其包括将基体材料引入模腔中,该基体材料包含多个粘合剂颗粒,多个有机颗粒、和微波增强添加剂;在贫氧气氛中加热至少一部分的该基体材料来在多个接触点处粘合该基体材料,由此形成有机多孔物质长段,其中加热包括用微波辐射来辐照至少一部分的该基体材料;和径向切割该有机多孔物质长段,由此产生有机多孔物质;和
C:方法,其包括将基体材料引入模腔中,该基体材料包含多个粘合剂颗粒,多个有机颗粒、和微波增强添加剂;在增加的空气压力气氛中加热至少一部分的该基体材料来在多个接触点处粘合该基体材料,由此形成有机多孔物质长段,其中加热包括用微波辐射来辐照至少一部分的该基体材料;和径向切割该有机多孔物质长段,由此产生有机多孔物质。
每个实施方案A,B和C可以具有任意组合的一种或多种下面的另外的要素:要素1:引入包括以大约1m/min-大约800m/min的供料速率进行的气动致密相供料;要素2:引入包括以大约1m/min-大约800m/min的供料速率进行的气动致密相供料,并且模腔直径是大约3mm-大约10mm;要素3:在引入之前预热该基体材料;要素4:加热进一步包括辐射加热;要素5:该模腔至少部分地由纸包裹物形成;要素6:该有机多孔物质的EPD是大约0.1mm的水/mm长度-大约25mm的水/mm长度;要素7:该有机多孔物质的EPD是大约0.1mm的水/mm长度-大约20mm的水/mm长度和该多孔物质包含大约1mg/mm-大约20mg/mm的有机颗粒;要素8:该天然材料包含选自下面物质的至少一种:丁香,烟草,咖啡豆,可可,肉桂,香草,茶叶,绿茶,红茶,月桂树叶,柑橘皮,橙,柠檬,酸橙,柚子,孜然芹,红辣椒、辣椒面、红胡椒,桉树,薄荷,咖喱,茴芹,莳萝,茴香,多香果,罗勒,迷迭香,胡椒,葛缕子籽,芫荽叶,大蒜,芥末,肉豆蔻,百里香,姜黄,牛至,其他香料,啤酒花,其他颗粒,糖及其任意组合;要素9:该有机颗粒的平均直径是大约100微米-大约1500微米;要素10:该粘合剂颗粒包含聚乙烯;要素11:该粘合剂颗粒包含UHMWPE;要素12:该粘合剂颗粒包含VHMWPE;要素13:该粘合剂颗粒包含HMWPE;和要素14:该有机多孔物质包含此处所述的至少一种添加剂。
作为非限定性例子,独立适用于A,B和C的示例性组合包括:要素1与要素8-14的至少一种的组合;要素2与要素8-14的至少一种的组合;要素1与要素8-14的至少一种的组合;要素3与要素8-14的至少一种的组合;要素1和3任选地与要素8-14的至少一种的组合;要素2和3任选地与要素8-14的至少一种的组合;要素1和4任选地与要素8-14的至少一种的组合;要素2和4任选地与要素8-14的至少一种的组合;任何前述与要素5的组合;任何前述与要素6的组合;任何前述与要素7的组合;等等。
此处公开的另外的实施方案包括:
D:方法,其包括将基体材料连续引入模腔中,该基体材料包含多个粘合剂颗粒和多个有机颗粒;将离型包裹物作为模腔的内衬来布置;加热至少一部分的该基体材料来在多个接触点处粘合该基体材料,由此形成有机多孔物质长段;和径向切割该有机多孔物质长段,由此产生有机多孔物质;
E:方法,其包括将基体材料引入多个模腔中,该基体材料包含多个粘合剂颗粒和多个有机颗粒;和在模腔中加热该基体材料,来在多个接触点处粘合该基体材料,由此形成有机多孔物质;和
F:方法,其包括将基体材料和纸包裹物连续结合,来形成期望的横截面形状,这里该基体材料是用纸包裹物限定的,该基体材料包含多个粘合剂颗粒和多个有机颗粒;加热至少一部分的该基体材料,来在多个接触点处粘合该基体材料,由此形成有机多孔物质长段,其中加热包括用微波辐射辐照至少一部分的该基体材料;冷却该有机多孔物质长段;和径向切割该有机多孔物质长段,由此生产有机多孔物质。
每个实施方案D,E和F可以具有任意组合的一种或多种下面的另外的要素:要素1:引入包括以大约1m/min-大约800m/min的供料速率进行的气动致密相供料;要素2:引入包括以大约1m/min-大约800m/min的供料速率进行的气动致密相供料和模腔直径是大约3mm-大约10mm;要素3:加热包括用微波辐射来辐照至少一部分的该基体材料;要素4:加热包括辐射加热;要素5:加热在贫氧气氛中进行;要素6:加热在增加的空气压力气氛进行;要素7:该模腔至少部分地由纸包裹物形成;要素8:该有机多孔物质的EPD是大约0.1mm的水/mm长度-大约25mm的水/mm长度;要素9:该有机多孔物质的EPD是大约0.1mm的水/mm长度-大约20mm的水/mm长度和该多孔物质包含大约1mg/mm-大约20mg/mm的有机颗粒;要素10:该天然材料包含选自下面物质的至少一种:丁香,烟草,咖啡豆,可可,肉桂,香草,茶叶,绿茶,红茶,月桂树叶,柑橘皮,橙,柠檬,酸橙,柚子,孜然芹,红辣椒、辣椒面、红胡椒,桉树,薄荷,咖喱,茴芹,莳萝,茴香,多香果,罗勒,迷迭香,胡椒,葛缕子籽,芫荽叶,大蒜,芥末,肉豆蔻,百里香,姜黄,牛至,其他香料,啤酒花,其他颗粒,糖及其任意组合;要素11:该有机颗粒的平均直径是大约100微米-大约1500微米;要素12:该粘合剂颗粒包含聚乙烯;要素13:该粘合剂颗粒包含UHMWPE;要素14:该粘合剂颗粒包含VHMWPE;要素15:该粘合剂颗粒包含HMWPE;和要素16:该有机多孔物质包含至少一种此处所述的添加剂。
作为非限定性例子,独立适用于D,E和F的示例性组合包括:要素1与要素8-14的至少一种的组合;要素2与要素10-16的至少一种的组合;要素1与要素10-16的至少一种的组合;要素3与要素10-16的至少一种的组合;要素1和3任选地与要素10-16的至少一种的组合;要素2和3任选地与要素10-16的至少一种的组合;要素1和4任选地与要素10-16的至少一种的组合;要素2和4任选地与要素10-16的至少一种的组合;任何前述与要素5的组合;任何前述与要素6的组合;任何前述与要素5的组合;任何前述与要素8的组合;任何前述与要素9的组合;等等。
此处公开的实施方案包括:
G:有机多孔物质,其包括多个粘合剂颗粒和衍生自天然材料的多个有机颗粒,其中该有机颗粒和粘合剂颗粒是在多个接触点处粘合在一起的;
H:过滤器,其包括有机多孔物质,该物质包括衍生自天然材料的多个有机颗粒;和多个粘合剂颗粒,其中该有机颗粒和粘合剂颗粒是在多个接触点处粘合在一起的;和
I:抽烟装置,其包括具有有机多孔物质的过滤器,该有机物质包括多个粘合剂颗粒和衍生自天然材料的多个有机颗粒,其中该有机颗粒和粘合剂颗粒是在多个接触点处粘合在一起的。
每个实施方案G,H和I可以具有任意组合的一种或多种下面的另外的要素:要素1:该天然材料包含选自下面物质的至少一种:丁香,烟草,咖啡豆,可可,肉桂,香草,茶叶,绿茶,红茶,月桂树叶,柑橘皮,橙,柠檬,酸橙,柚子,孜然芹,红辣椒、辣椒面、红胡椒,桉树,薄荷,咖喱,茴芹,莳萝,茴香,多香果,罗勒,迷迭香,胡椒,葛缕子籽,芫荽叶,大蒜,芥末,肉豆蔻,百里香,姜黄,牛至,其他香料,啤酒花,其他颗粒,糖及其任意组合;要素2:该有机多孔物质的封装压降是大约0.1mm的水/mm长度-大约20mm的水/mm长度;要素3:该有机颗粒的平均直径是大约100微米-大约1500微米;要素4:该粘合剂颗粒包含聚乙烯;要素5:该粘合剂颗粒包含UHMWPE;要素6:该粘合剂颗粒包含VHMWPE;要素7:该粘合剂颗粒包含HMWPE;要素8:该有机多孔物质包含至少一种此处所述的添加剂;要素9:其他过滤器区段(在提供之处)包含选自至少一种:纤维素,纤维素衍生物,纤维素酯束,醋酸纤维素束,小于大约10旦尼尔/细丝的醋酸纤维素束,大约10旦尼尔/细丝或更大的醋酸纤维素束,无规取向的乙酸酯,纸,皱纹纸,聚丙烯,聚乙烯,聚烯烃束,聚丙烯束,聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯,粗粉,碳颗粒,碳纤维,纤维,玻璃珠,沸石,分子筛,多孔物质及其任意组合;和要素10:该过滤器(在提供之处)的封装压降是大约0.1mm的水/mm长度-大约20mm的水/mm长度。
作为非限定性例子,独立适用于G,H和I的示例性组合包括:要素1与要素2-8的至少一种的组合;要素1与要素2和3的组合;要素1-3与要素4-8的至少一种的组合;等等。作为非限定性例子,独立适用于B和C的示例性组合包括:要素9与前述组合的组合;和要素10与前述组合的组合。
此处公开的仍然另外的实施方案包括:
J:方法,其包括将天然材料磨碎成多个有机颗粒;将基体材料引入模腔中,该基体材料包含多个粘合剂颗粒和该有机颗粒;加热至少一部分的该基体材料来在多个接触点处粘合该基体材料,由此形成有机多孔物质长段;和径向切割该有机多孔物质长段,由此产生有机多孔物质;和
K:方法,其包括将天然材料磨碎成多个有机颗粒;尺寸化该有机颗粒;将基体材料引入多个模腔中,该基体材料包含多个粘合剂颗粒和该有机颗粒;和在模腔中加热该基体材料,来在多个接触点处粘合该基体材料,由此形成有机多孔物质;
L:方法,其包括将天然材料磨碎成多个有机颗粒;干燥该有机颗粒;将基体材料引入多个模腔中,该基体材料包含多个粘合剂颗粒和该有机颗粒;和在模腔中加热该基体材料,来在多个接触点处粘合该基体材料,由此形成有机多孔物质;和
M:方法,其包括将天然材料磨碎成多个有机颗粒;干燥至少一些的该有机颗粒;尺寸化该有机颗粒;将基体材料引入多个模腔中,该基体材料包含多个粘合剂颗粒和该有机颗粒;和在模腔中加热该基体材料,来在多个接触点处粘合该基体材料,由此形成有机多孔物质。
每个实施方案J,K,L和M可以具有任意组合的一种或多种下面的另外的要素:要素1:引入包括以大约1m/min-大约800m/min的供料速率进行的气动致密相供料;要素2:引入包括以大约1m/min-大约800m/min的供料速率进行的气动致密相供料和该模腔的直径是大约3mm-大约10mm;要素3:加热包括用微波辐射来辐照至少一部分的该基体材料;要素4:加热包括辐射加热;要素5:加热在贫氧气氛中进行;要素6:加热在增加的空气压力气氛中进行;要素7:该模腔至少部分地由纸包裹物形成;要素8:该有机多孔物质的EPD是大约0.1mm的水/mm长度-大约25mm的水/mm长度;要素9:该有机多孔物质的EPD是大约0.1mm的水/mm长度-大约20mm的水/mm长度和该多孔物质包含大约1mg/mm-大约20mg/mm的有机颗粒;要素10:该天然材料包含选自下面物质的至少一种:丁香,烟草,咖啡豆,可可,肉桂,香草,茶叶,绿茶,红茶,月桂树叶,柑橘皮,橙,柠檬,酸橙,柚子,孜然芹,红辣椒、辣椒面、红胡椒,桉树,薄荷,咖喱,茴芹,莳萝,茴香,多香果,罗勒,迷迭香,胡椒,葛缕子籽,芫荽叶,大蒜,芥末,肉豆蔻,百里香,姜黄,牛至,其他香料,啤酒花,其他颗粒,糖及其任意组合;要素11:该有机颗粒的平均直径是大约100微米-大约1500微米;要素12:该粘合剂颗粒包含聚乙烯;要素13:该粘合剂颗粒包含UHMWPE;要素14:该粘合剂颗粒包含VHMWPE;要素15:该粘合剂颗粒包含HMWPE;和要素16:该有机多孔物质包含至少一种此处所述的添加剂。
作为非限定性例子,独立适用于J,K,L和M的示例性组合包括:要素1与要素8-14的至少一种的组合;要素2与要素8-14的至少一种的组合;要素1与要素10-16的至少一种的组合;要素3与要素10-16的至少一种的组合;要素1和3任选地与要素10-16的至少一种的组合;要素2和3任选地与要素10-16的至少一种的组合;要素1和4任选地与要素10-16的至少一种的组合;要素2和4任选地与要素10-16的至少一种的组合;任何前述与要素5的组合;任何前述与要素6的组合;任何前述与要素7的组合;任何前述与要素8的组合;任何前述与要素9的组合;等等。
为了便于更好地理解本发明,给出了下面的优选的或者代表性实施方案的实施例。下面的实施例绝不应当解读为是限制或者限定了本发明的范围。
实施例
实施例1。将UHMWPE粘合剂颗粒(大约125微米平均直径)和丁香有机颗粒(大约1.0mm-大约2.0mm平均直径)混合,置于模具中,该模具的直径和横截面形状与醋酸纤维素香烟过滤器一致,并且加热到大约135℃持续30分钟,由此产生丁香多孔物质。将该丁香多孔物质切割成长度为5mm,10mm和15mm的段。将该丁香多孔物质段与醋酸纤维素香烟过滤器段组合,来产生多个长度21mm的分段过滤器。将该分段过滤器和对照的醋酸纤维素香烟过滤器连接到市售的烟草柱上。
使用Coresta推荐方法(CRM)41测量了各种香烟的EPD(表1),每次测量使用5个香烟,和使用ISO抽烟方法ISO3308测量了不同的烟雾流组分的传递浓度(表2)。
表1
丁香段长度(mm) | 香烟的平均EPD(mm H2O/21mm长度) | 标准偏差 |
0 | 119.0 | 3.8 |
5 | 116.4 | 7.8 |
10 | 116.1 | 11.3 |
15 | 127.8 | 17.6 |
表2
这个实施例显示了来自丁香有机颗粒(即,丁香油酚)的香味可以经由有机多孔物质来传递。此外,所传递的增香剂的浓度与该有机多孔物质的长度有关。
实施例2。将UHMWPE粘合剂颗粒(大约150微米平均直径),丁香有机颗粒(大约500微米平均直径)和碳颗粒添加剂(30x70目数)混合,置于纸包裹物作为内衬的模具中,和加热到各温度(表3)持续30分钟,任选地在贫氧气氛中,通过用氦气吹扫该模具,然后密封该模具,由此产生多个丁香多孔物质。
在加热过程中,经由气相色谱法分析了顶部空间气体,糠醛,甲基糠醛和α-糠醛,作为在加热过程中释放的丁香有机颗粒分解副产物的量度,其进而可以表明该有机多孔物质中的香味降解。
表3
随着该有机多孔物质的烧结温度的升高(即,加热),有机颗粒分解副产物的浓度增加。但是在贫氧气氛中,有机颗粒分解副产物的浓度在相同的温度降低了大约一个数量级。
这个实施例显示了在贫氧气氛中生产可以有利地减轻有机颗粒的分解。
实施例3。用UHMWPE粘合剂颗粒(大约125微米平均直径)和下面的各种有机颗粒的组合来生产几种有机多孔物质:丁香,肉桂和斗烟丝。该烧结是在两个温度(135℃,175℃或者220℃),在空气环境或者贫氧环境(模具抽真空,随后N2吹扫)中进行的。该有机多孔物质然后由人进行两个嗅觉测试来测试。首先,嗅觉评价是基于嗅闻该有机颗粒的能力来进行的,并且使用0-10的分级体系,这里0是闻起来类似于对照物(粘合剂和有机颗粒的未烧结的颗粒)和10是闻起来完全不同。第二,燃烧评价是基于嗅闻燃烧的香气的能力来进行的,并且使用0-5的分级体系,这里0是闻不到燃烧香气,和5是闻起来类似于燃烧对照物(在220℃烧结的有机颗粒)。嗅觉测试的结果提供在表4中。
表4
这个实施例显示了较低的温度烧结和贫O2环境为此处所述的有机多孔物质提供了优选的嗅觉特性。
所以,本发明特别适于获得所提及的结果和优点以及其中固有的那些。上面公开的具体的实施方案仅仅是示例性的,因此本发明可以进行改变和以不同的,但是等价的方式来实践,这对于受益于此处的教导的本领域技术人员来说是显而易见的。此外,并不打算受限于此处所示的结构或者设计的细节,除非如下面的权利要求所述。所以很显然上面所公开的具体的示例性实施方案可以改变、组合或者变化,并且全部这样的改变被认为处于本发明的范围和主旨内。此处所公开的本发明合适的可以在不存在这样的任何要素时进行,其在此处没有明确公开和/或此处公开的任何任选的要素。虽然组合物和方法是以术语“包含”、“含有”或“包括”不同的组分或者步骤来描述的,但是该组合物和方法也可以“基本组成为”或“组成为”不同的组分和步骤。上面所公开的全部数字和范围可以以某些量变化。无论何时当公开具有下限和上限的数字范围时,就明确公开了该范围内的任何数字和落入其中的任何所含范围。具体的,此处所公开的每个范围值(形式为“大约a到大约b”或者等价的,“大约a到b”或者等价的“大约a-b”)被理解为阐述了每个数和包含在较宽范围值内的范围。如此,权利要求中的术语具有它们的普通的,通常的含义,除非专利权人另有明确的和清楚的定义。此外,权利要求中所用的不定冠词“一个”或“一种”在此定义为表示它引入了一种或不同于一种的多种要素。如果在本说明书和一个或多个专利或其他文献(其可以在此引入作为参考)的措辞或术语的使用中存在任何矛盾之处,则应当采用与本说明书一致的定义。
Claims (20)
1.方法,其包括:
将基体材料引入到模腔中,该基体材料包含多个粘合剂颗粒和多个衍生自天然材料的有机颗粒;和
在模腔中加热该基体材料,以便将该基体材料在多个接触点处粘合,由此形成有机多孔物质。
2.权利要求1的方法,其中该天然材料包含选自下面物质的至少一种:丁香、烟草、咖啡豆、可可、肉桂、香草、茶叶、绿茶、红茶、月桂树叶、柑橘皮、橙、柠檬、酸橙、柚子、孜然芹、红辣椒、辣椒面、红胡椒、桉树、薄荷、咖喱、茴芹、莳萝、茴香、多香果、罗勒、迷迭香、胡椒、葛缕子籽、芫荽叶、大蒜、芥末、肉豆蔻、百里香、姜黄、牛至、其他香料、啤酒花、其他谷物、糖及其任意组合。
3.权利要求1的方法,其中所述加热在贫氧气氛中进行。
4.权利要求1的方法,其中所述加热在大于大气压的空气压力中进行。
5.权利要求1的方法,其中将该基体材料引入模腔是连续的,并且包括以大约1m/min-大约800m/min的气动致密相速率供料。
6.权利要求1的方法,其中该基体材料进一步包含微波增强添加剂并且加热包括微波辐照。
7.方法,其包括:
将基体材料引入到模腔中,该基体材料包含多个粘合剂颗粒、多个有机颗粒、和微波增强添加剂;
加热至少一部分的该基体材料,以便将该基体材料在多个接触点处粘合,由此形成有机多孔物质长段,其中加热包括用微波辐射来辐照至少一部分的该基体材料;和
径向切割该有机多孔物质长段,由此产生有机多孔物质。
8.权利要求7的方法,其中所述引入包括以大约1m/min-大约800m/min的速率来气动致密相供料。
9.权利要求7的方法,其中所述引入包括以大约1m/min-大约800m/min的速率来气动致密相供料,并且该模腔的直径是大约3mm-大约10mm。
10.权利要求7的方法,其中该模腔至少部分地由纸包裹物形成。
11.权利要求7的方法,其中所述加热在贫氧气氛中进行。
12.权利要求7的方法,其中所述加热在大于大气压的空气压力中进行。
13.有机多孔物质,其包含:
衍生自天然材料的多个有机颗粒;和
多个粘合剂颗粒,
其中该有机颗粒和该粘合剂颗粒在多个接触点处结合在一起的。
14.权利要求13的有机多孔物质,其中该天然材料包含选自下面物质的至少一种:丁香、烟草、咖啡豆、可可、肉桂、香草、茶叶、绿茶、红茶、月桂树叶、柑橘皮、橙、柠檬、酸橙、柚子、孜然芹、红辣椒、辣椒面、红胡椒、桉树、薄荷、咖喱、茴芹、莳萝、茴香、多香果、罗勒、迷迭香、胡椒、葛缕子籽、芫荽叶、大蒜、芥末、肉豆蔻、百里香、姜黄、牛至、其他香料、啤酒花、其他谷物、糖及其任意组合。
15.权利要求13的有机多孔物质,其中该有机多孔物质的封装压降是大约0.1mm水/mm长度到大约20mm水/mm长度。
16.方法,其包括:
将天然材料磨碎成多个有机颗粒;
将基体材料引入模腔中,该基体材料包含多个粘合剂颗粒和有机颗粒;
加热至少一部分的该基体材料,以便将该基体材料在多个接触点处粘合,由此形成有机多孔物质长段;和
径向切割该有机多孔物质长段,由此产生有机多孔物质。
17.权利要求16的方法,其进一步包括:干燥至少一些的该有机颗粒。
18.权利要求16的方法,其进一步包括:尺寸化所述有机颗粒。
19.权利要求16的方法,其中所述加热在贫氧气氛中进行。
20.权利要求16的方法,其中所述加热在大于大气压的空气压力中进行。
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