CN108497557B - 加热式气溶胶生成制品 - Google Patents

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Abstract

一种制造用作加热式气溶胶生成制品(2000、2001、2002)中的气溶胶形成基质的具有截面孔隙率和截面孔隙率分布值的预定值的条(2020)的方法，其包含以下步骤：提供具有指定宽度和指定厚度的气溶胶形成材料的连续薄片(2)，将所述气溶胶形成材料的连续薄片相对于其纵轴横向地聚集，用包装材料环绕所述聚集的气溶胶形成材料的连续薄片以形成连续条，将所述连续条切断为多个离散条，对于所述离散条中的至少一个测定截面孔隙率和截面孔隙率分布的值，和控制一个或多个制造参数以确保后续条的所述截面孔隙率和截面孔隙率分布值在所述预定值内。截面孔隙率的所述预定值优选地在0.15与0.45范围内且所述预定截面孔隙率分布值优选地在0.04与0.22范围内。可选择所述预定值以使得用于不同类型的加热式气溶胶生成制品的气溶胶交付物达到最佳。在优选实施例中，所述连续薄片可在聚集之前经卷曲。

Description

加热式气溶胶生成制品
本申请是申请日为2015年8月12日、国际申请号为PCT/EP2015/068606、国家申请号为201580040188.5、发明名称为“制造具有受控的孔隙率分布的用作气溶胶形成基质的条的方法”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本说明书涉及一种制造用作加热式气溶胶生成制品中的气溶胶形成基质的条的方法，和通过所述方法产生的条。所得条具有预定孔隙率和孔隙率分布值。本说明书还涉及包含此类条的加热式气溶胶生成制品，其中孔隙率和孔隙率分布经最佳化以控制加热式气溶胶生成制品的气溶胶属性。
背景技术
气溶胶形成基质(如含烟草基质)在其中被加热而非燃烧的气溶胶生成制品在所属领域中为已知的。这种加热式吸烟制品的一个目的是减少通过传统香烟中的烟草的燃烧和热降解产生的这类己知的有害烟气成分。
通常，在此类加热式气溶胶生成制品中，通过从热源(如电加热器或可燃热源)到在物理上分离的气溶胶形成基质或材料的热传递而产生气溶胶，所述气溶胶形成基质或材料可与热源接触地定位、位于热源内、热源周围或热源下游。在气溶胶生成制品的消耗期间，挥发性化合物通过来自热源的热传递从气溶胶形成基质释放并且夹带在通过所述气溶胶生成制品抽吸的空气中。随着所释放的化合物冷却，其凝结以形成可由使用者吸入的气溶胶。
如本文所用，术语“加热式气溶胶生成制品”是指一种气溶胶生成制品，所述气溶胶生成制品包含气溶胶形成基质，所述气溶胶形成基质意在被加热而非燃烧，以便释放出可形成气溶胶的挥发性化合物。此类制品还可被称为可加热气溶胶生成制品。
许多现有技术的文献公开用于消耗或抽吸加热式气溶胶生成制品的气溶胶生成装置。例如，这样的装置包括电加热气溶胶生成装置，其中通过将来自气溶胶生成装置的一个或多个电加热元件的热传递到加热的气溶胶生成制品的气溶胶形成基质而生成气溶胶。此类电加热气溶胶生成装置的一个优点为其在允许用户选择性地暂停和重新开始吸烟的同时，显著地减小侧流烟气。
在过去，用于加热气溶胶生成制品的基质通常使用随机定向的烟草材料的细片、股束或条带产生。从烟草材料的细片形成用于加热式吸烟或气溶胶生成制品的条受多种缺点困扰。举例来说，切碎烟草材料的方法不合需要地生成碎烟和其它废物。包含烟草材料细片的条可展现“松散末端”，即从条末端损失烟草材料细片。包含烟草材料细片的条可展现高重量标准差，其部分归因于条展现松散末端的倾向。另外，包含痕量烟草材料的条倾向于展现非均一密度，也就是说，归因于沿条的不同位置的烟草材料的量的变化，沿条长度的密度倾向于不一致。
WO 2012/164009公开由聚集的烟草材料薄片形成的用于加热式气溶胶生成制品的条。WO 2012/164009中公开的条具有允许空气抽吸通过所述条的纵向孔隙率。有效地，聚集的烟草材料薄片中的褶皱界定通过条的纵向通道。使用由聚集的均质烟草材料薄片形成的条解决一些与从切碎的烟草形成气溶胶形成基质相关的问题。
发明内容
如本说明书中所描述和定义，制造用作加热式气溶胶生成制品中的气溶胶形成基质的具有截面孔隙率和截面孔隙率分布值的预定值的气溶胶形成条的方法包含以下步骤：提供具有指定宽度和指定厚度的气溶胶形成材料的连续薄片，相对于其纵轴横向聚集气溶胶形成材料的连续薄片，用包装材料环绕聚集的气溶胶形成材料的连续薄片以形成连续条，将连续条切断为多个离散条，对于离散条中的至少一个测定代表截面孔隙率和截面孔隙率分布的值，和控制一个或多个制造参数以确保后续条的截面孔隙率和截面孔隙率分布值在预定值内以产生气溶胶形成条。
气溶胶形成材料的连续薄片可为平滑薄片。或者，连续薄片可经处理以促进薄片聚集。举例来说，连续薄片可经开槽、起皱、折叠、纹理化、轧花或以其它方式处理以提供弱线从而促进聚集。连续薄片的优选处理为卷曲。
因此，在优选实施例中，制造用作加热式气溶胶生成制品中的气溶胶形成基质的具有代表截面孔隙率和截面孔隙率分布的预定值的气溶胶形成条的方法可包含以下步骤：提供具有指定宽度和指定厚度的气溶胶形成材料的连续薄片，卷曲气溶胶形成材料的连续薄片，相对于其纵轴横向聚集卷曲的气溶胶形成材料的连续薄片，用包装材料环绕卷曲和聚集的气溶胶形成材料的连续薄片以形成连续条，将连续条切断为多个离散条，对于离散条中的至少一个测定代表截面孔隙率和截面孔隙率分布的值，和控制一个或多个制造参数以确保后续条的截面孔隙率和截面孔隙率分布值在预定值内以产生气溶胶形成条。
通过将气溶胶形成条的孔隙率和孔隙率分布值控制在预定限度内，吸烟经历的质量和可重复性可最佳化。通过控制气溶胶形成条的孔隙率和孔隙率分布值，可有可能调适气溶胶属性，如特定类型的气溶胶生成装置或气溶胶生成系统的尼古丁递送。
应注意，离散条可具有适用作气溶胶生成制品中的气溶胶生成基质的长度。可分析条中的一个或多个。举例来说，可分析每100个条中的一个。离散条可为意图用于进一步处理的条。举例来说，离散条可随后切断为多个较小条。
可控制的一个或多个制造参数可为选自由以下组成的列表的一个或多个参数：气溶胶形成材料的连续薄片的宽度、气溶胶形成材料的连续薄片的厚度、条的直径(并且在薄片经卷曲的情况下，气溶胶形成材料的连续薄片的卷曲深度)和施加至薄片的卷曲的宽度。
方法可包含以下步骤：对于离散条中的至少一个测定截面孔隙率和截面孔隙率分布的值，并且如果所述值不在所需预定值内，那么改变一个或多个参数以改变后续条中的截面孔隙率和截面孔隙率分布的值。可能需要对于超过一个离散条测定截面孔隙率和截面孔隙率分布的值以提供较大统计精确性。
气溶胶形成材料薄片可为可在加热时产生气溶胶的任何合适的薄片材料。在一些实施例中，气溶胶形成材料可包含尼古丁盐。举例来说，气溶胶形成材料可为由纸形成的非烟草薄片或浸渍或涂布有尼古丁盐(如尼古丁丙酮酸盐)的聚合物。在其它实施例中，气溶胶形成材料可为包含烟草和气溶胶形成剂的烟草材料薄片。
术语“气溶胶形成材料薄片”可指两个或更多个气溶胶形成材料薄片。举例来说，两个烟草材料薄片可聚集在一起以形成条，或烟草材料薄片和非烟草材料薄片可聚集在一起以形成条。如果存在两个或更多个薄片，那么那些薄片中的一个或多个可经处理以促进薄片聚集从而形成条。
气溶胶形成材料薄片的指定宽度优选地在70mm与250mm之间，例如在120mm与160mm之间。气溶胶形成材料薄片的指定厚度优选地在50微米与300微米之间，优选地在150微米与250微米之间。
优选地，形成的条的直径在5mm与10mm之间，优选地在6mm与9mm之间，或在7mm与8mm之间。
可能有利的是薄片经卷曲或类似地处理。卷曲为将波纹引入至气溶胶形成材料薄片中的方法。波纹的卷曲深度可变化，且可定量为波纹幅度。这有效地为一对波纹辊重叠的距离的量度。也可从卷曲薄片的槽到槽测量幅度，以便从测量消除薄片自身的厚度。优选地，卷曲的气溶胶形成材料的连续薄片具有50微米与300微米之间，更优选地约100与约250微米之间的波纹幅度，或卷曲深度。
如本文所用，术语“孔隙率”是指多孔制品中的空隙空间的比率。术语“全局孔隙率”或“截面孔隙率”是指多孔制品的截面(例如由气溶胶形成材料的卷曲和聚集薄片形成的条的截面)区域中的空隙空间的比率。截面孔隙率为条的横向截面区域的空隙空间的面积比率。条的横向截面区域为垂直于条的纵轴的平面中的条的区域。
如本文所用，术语“孔隙率分布值”或“截面孔隙率分布值”是指在条的横向截面区域的多个相同尺寸的子区域中的每一个内局部测定的孔隙率值的标准差。子区域内的孔隙率可被称为“局部孔隙率”，且截面孔隙率分布值为经条的横向截面区域的局部孔隙率值的标准差。
子区域是指小于条的横向截面区域的区域。多个相同尺寸的子区域覆盖条的整个横向截面区域。优选地，各子区域与至少一个相邻子区域，优选地超过一个相邻子区域重叠。优选地，各子区域与至少一个相邻子区域重叠10％与95％之间。优选地，各子区域小于整个横向截面区域的20％，例如小于整个横向截面区域的15％，优选地小于整个横向截面区域的10％。
条通常将基本上为环状的。横向截面区域因此将基本上为环状的。各子区域优选地为矩形或正方形的。优选的是子区域在其包括于孔隙率分布的计算中之前与横向截面区域的至少50％重叠，尤其优选地在其包括于孔隙率分布的计算中之前与横向截面区域的至少70％或至少80％或至少90％重叠。
条的横向截面孔隙率随条直径、气溶胶形成材料薄片的宽度和气溶胶形成材料薄片的厚度而变。因此，可使用下式计算截面孔隙率：
Figure BDA0001631933470000051
其中：
P截面＝截面孔隙率
D条＝条的直径
W薄片＝聚集以形成条的薄片的宽度
T薄片＝聚集以形成条的薄片的厚度
截面孔隙率分布值是指经条的横向截面区域的不同子区域的局部孔隙率的变化的量度。
截面孔隙率分布值因此为经制品的横向区域的孔隙率分布的定量量度。每一子区域的局部孔隙率可使用下式计算；
Figure BDA0001631933470000052
其中：
P局部＝子区域的截面孔隙率
A局部＝子区域的面积
A薄片＝子区域内的烟草材料的面积
截面孔隙率分布值可看成条的孔隙率均一性的量度。举例来说，如果局部孔隙率的标准差较低，那么条内的空隙可能经条的整个横向区域均一地分布，且具有类似尺寸。但是，如果标准差较高，那么空隙经制品的横向区域非均一地分布，条的一些区段具有高孔隙率且一些具有低孔隙率。对于给定截面孔隙率，高截面孔隙率分布值可为条具有少量相对较大的通道的指示，而低截面孔隙率分布值可为条具有大量相对较小的通道的指示。
截面孔隙率分布值可测定自关于覆盖单一条的横截面的多个子区域计算的局部孔隙率值。与任何个别条相关的截面孔隙率分布值可相比于另一个别条的截面孔隙率分布值。或者，截面孔隙率分布值可计算自来源于具有大致相同横截面积和大致相同截面孔隙率的多个不同条，例如一套或一批条的局部孔隙率值。来自一批条的截面孔隙率分布值可用于评估一批条与另一批条之间的孔隙率的质量。
有利地，可使用数字成像方法测定横向截面孔隙率和截面孔隙率分布值。可获得条的横截面的图像且可应用阈值以将表示气溶胶形成基质的像素与表示空隙的像素区分开。可接着容易地获得整个截面的孔隙率。
优选地，通过包含以下步骤的方法测定截面孔隙率分布值：获得条的横向截面区域的数字图像，测定横向区域的多个相同尺寸的子区域中的每一个内存在的空隙的面积比率，进而获得多个相同尺寸的子区域中的每一个的孔隙率值，和计算多个相同尺寸的子区域中的每一个的孔隙率值的标准差。每一子区域与至少一个相邻子区域重叠介于10％与95％之间，优选地75％与85％之间，优选地约80％。
通常，条将大致为圆柱形的且将具有平均直径，例如约7mm的平均直径。优选地，子区域中的每一个为具有条的直径的四分之一与八分之一之间，优选地条的直径的约六分之一或七分之一的长度的矩形或正方形。因此，如果条的直径为约7mm，那么子区域可为具有长度为约1mm的边的正方形。
如果大于90％的子区域在条的横向截面区域内，那么任何个别子区域的孔隙率值优选地仅包括于评估孔隙率分布的计算中。
优选地，横向截面区域的数字图像由多个像素组成，且构成横向截面区域的每一像素包含于多个子区域中的至少一个内。
可控制一个或多个制造参数以产生具有约0.15与0.45之间、优选地约0.20与0.40之间、优选地约0.25与约0.35之间的截面孔隙率的形成的气溶胶形成条。
可控制一个或多个制造参数以产生具有约0.04与约0.22之间的截面孔隙率分布值的形成的气溶胶形成条，所述值如使用上文所述的方法计算，其中每一子区域为具有条直径的七分之一的边长的正方形且其中每一子区域与至少一个其它子区域重叠约80％
还可提供用作气溶胶形成制品中的气溶胶形成基质的条。举例来说，使用本文所述的方法形成的气溶胶形成条可具有约0.15与0.45之间、优选地约0.20与0.40之间、优选地约0.25与约0.35之间的截面孔隙率。
使用本文所述的方法形成的气溶胶形成条可具有约0.04与约0.22之间的截面孔隙率分布值，所述值使用上文所述的方法计算，其中每一子区域为具有条直径的七分之一的边长的正方形且其中每一子区域与至少一个其它子区域重叠约80％。
气溶胶形成条可用于制造加热式气溶胶生成制品。此方法可包含以下步骤：形成如本文所述的条，和将所述条于多种其它组分一起组装在包装材料内以形成加热式气溶胶生成制品。
优选地，选择条的截面孔隙率和截面孔隙率分布值的值以提供通过组装的加热式气溶胶生成制品的预定吸阻。
气溶胶形成基质优选地包含尼古丁。可选择截面孔隙率和截面孔隙率分布值的值以促进在消耗制品时从组装的加热式气溶胶生成制品提供预定水准的尼古丁递送。
加热式气溶胶生成制品可包含多个元件，包括呈如本文中所定义的气溶胶形成条形式的气溶胶形成基质、组装在包装材料内的多个元件。优选地，气溶胶形成基质包含尼古丁且选择气溶胶形成基质的截面孔隙率和截面孔隙率分布值以促进在消耗加热式气溶胶生成制品时提供预定水准的尼古丁递送。
在优选实例中，加热式气溶胶生成制品可包含多个元件，包括组装在包装材料内的气溶胶形成基质，所述气溶胶形成基质呈具有6.5mm与8mm之间的直径的气溶胶形成条形式，所述条由经卷曲和聚集的均质烟草材料薄片形成，所述薄片具有120mm与160mm之间的宽度、150微米与250微米之间的厚度，且所述薄片以100与250微米之间的卷曲深度卷曲。
如本文所用，术语‘气溶胶形成基质’表示由气溶胶形成材料构成或包含气溶胶形成材料的基质，所述气溶胶形成材料在加热时能够释放挥发性化合物以生成气溶胶。出于本说明书的目的，烟草材料薄片为气溶胶形成基质的实例。出于本说明书的目的，包含尼古丁盐的纸或聚合物薄片为气溶胶形成基质的另一实例。
在一个实施例中，如本文所述的气溶胶形成条可用作加热式气溶胶生成制品中的气溶胶形成基质，所述制品包含邻接气溶胶形成基质条的热源，例如可燃热源和可燃热源下游的气溶胶生成基质。在此状况下，气溶胶形成基质优选地为具有约0.20与约0.44之间、优选地约0.34与约0.44之间的截面孔隙率和约0.11与约0.15之间的截面孔隙率分布值(如使用本文所述的方法计算)的条。
举例来说，本文中所描述的条可用作WO-A-2009/022232中公开的加热式气溶胶生成制品类型中的气溶胶生成基质，所述加热式气溶胶生成制品包含可燃的基于碳的热源、位于可燃热源下游的气溶胶生成基质，和围绕可燃的基于碳的热源的后部部分和气溶胶生成基质的相邻前部部分且与所述后部部分和邻近的前部部分相接触的导热元件。然而，将了解，如本文中所描述的条也可用作包含具有其它构造的可燃热源的加热式气溶胶生成制品中的气溶胶生成基质。
在另一个实施例中，如本文描述的气溶胶形成条可用作用于电操作的气溶胶生成系统中的加热式气溶胶生成制品中的气溶胶生成基质，在所述电操作的气溶胶生成系统中，加热式气溶胶生成制品的气溶胶生成基质通过电热源进行加热。
举例来说，如本文所述的条可用作WO2013/098405中公开的类型的加热式气溶胶生成制品中的气溶胶生成基质。因此，加热式气溶胶生成制品可经配置以通过气溶胶生成装置的可插入加热器加热。在此状况下，气溶胶形成基质优选地为具有约0.20与约0.40之间、优选地约0.24与约0.34之间的截面孔隙率和约0.10与约0.12之间的截面孔隙率分布值(如使用本文所述的方法计算)的条。
可提供包含电动操作的气溶胶生成设备和与所述设备一起使用的气溶胶生成制品的系统。气溶胶生成制品包含如本文中所描述的条或气溶胶形成基质。
优选地，根据本说明书的条具有基本一致的横截面。根据本说明书的条可取决于其预期用途而经制造成具有不同尺寸。举例来说，根据本说明书的条可取决于其预期用途而具有约5mm与约30mm之间的条长度。在优选实施例中，根据本说明书的用作加热式气溶胶生成制品中的气溶胶形成基质的条可具有在约5mm与约20mm之间或在约10mm与约15mm之间的条长度。
优选地，气溶胶形成材料薄片为包含烟草和气溶胶形成剂的烟草材料薄片。形成薄片的烟草材料优选地为再造烟草或均质烟草。均质烟草材料可包括各种其它添加剂，如保湿剂、塑化剂、调味剂、填充剂、粘合剂和溶剂。用于包含在均质烟草材料薄片中的合适的气溶胶形成剂和保湿剂为本领域中已知的，且包括但不限于：多元醇，例如三甘醇、1,3-丁二醇和甘油；多元醇的酯，例如甘油单、二或三乙酸酯；以及一元、二元或多元羧酸的脂族酯，例如十二烷二酸二甲酯和十四烷二酸二甲酯。
用于形成如本文所述的条的均质烟草材料薄片可具有以干重计在约5％与约30重量％之间的气溶胶形成剂含量。意图用于加热式吸烟制品(其中含有气溶胶形成剂的条经加热而非经燃烧)中的条可优选地包括大于5％到约30％的气溶胶形成剂。对于意图用于此类热吸烟制品中的条，气溶胶形成剂可优选地为甘油。
或者，气溶胶形成材料薄片可为非烟草薄片，如聚合薄片或纸片或金属薄片。在一些实施例中，气溶胶形成材料薄片可包含至少一种选自由以下组成的群组的材料：金属箔、聚合薄片、纸和卡纸板。在一些实施例中，薄片可包含至少一种选自由以下组成的群组的材料：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乳酸(PLA)、乙酸纤维素(CA)、淀粉基共聚酯和铝箔。优选地，非烟草材料薄片包含一种或多种选自由以下组成的列表的尼古丁盐：尼古丁柠檬酸盐、尼古丁丙酮酸盐、尼古丁酒石酸氢盐、尼古丁果胶酸盐、尼古丁藻酸盐、尼古丁水杨酸盐、尼古丁异戊酸盐、尼古丁乳酸盐、尼古丁苯乙酸盐和尼古丁豆蔻酸盐。呈这些盐形式的尼古丁可比通常用于电子香烟中的液体游离碱尼古丁更稳定。因此，包括气溶胶生成条的气溶胶生成制品可具有比通常的电子香烟更长的贮存期限。
气溶胶形成材料薄片(烟草薄片或非烟草薄片)可涂布有非烟草香料。薄片可浸渍有非烟草香料。
气溶胶形成材料薄片可由并有香料的如凝胶或水凝胶的材料形成。薄片可在加热时挥发以释放香料。薄片可包含生物可降解聚合物，例如薄片可为涂布或浸渍有香料的聚乳酸(PLA)薄片。
香料可包含挥发性香味组分。香料可包含薄荷醇。如本文使用的，术语‘薄荷醇’指示以其同分异构形式中任一种的化合物2-异丙基-5-甲基环己醇。香料可提供选自薄荷醇、柠檬、香草、橙、冬青、樱桃和肉桂的香味。
包含非烟草香料的气溶胶形成材料薄片可另外包含气溶胶形成剂，如甘油。气溶胶形成剂可将香味组分携带至气溶胶中。
如本文中所使用，术语‘条’用于表示具有基本圆形、卵形或椭圆形横截面的大致为圆柱体的元件。优选地，条的直径在5mm与10mm之间，优选地在6mm与9mm之间，或在7mm与8mm之间。
如本文中所使用，术语‘薄片’表示层状元件，其具有的宽度和长度显著大于其厚度。优选地，气溶胶形成材料薄片在聚集之前具有120mm与300mm之间，例如130mm与170mm之间的宽度。优选地，气溶胶形成材料薄片具有50微米与300微米之间，优选地150微米与250微米之间的厚度。
如本文所用，术语‘条长度’表示在如本文中所描述的条的圆柱轴方向上的尺寸。条长度可在5mm与20mm之间，优选地8mm与15mm之间。
如本文所用，术语‘聚集的’表示气溶胶形成材料薄片与条的圆柱轴基本横向地卷绕、折叠或以其它方式压缩或收缩。
如本文使用的，术语‘卷曲薄片’预期与术语‘起皱薄片’同义，并且指示具有多个基本平行的脊或波纹的薄片。优选地，卷曲的气溶胶形成材料薄片具有基本上平行于根据本发明的条的圆柱轴的多个脊或波纹。这有利地有助于均质烟草材料的卷曲薄片的聚集，以形成条。薄片通过将其传递通过一组卷曲辊而卷曲。薄片卷曲的程度通过卷曲深度指示。卷曲深度的变化可影响薄片聚集的方式，且可因此影响穿过条的通道的尺寸和截面孔隙率分布。因此，卷曲深度或幅度为可经变化以在条中产生所需截面孔隙率分布值的参数。
如本文所用，术语‘上游’和‘下游’用于描述如本文中描述的气溶胶生成制品的元件或元件的部分相对于用户在气溶胶生成制品的使用期间对其进行抽吸的方向的相对位置。
附图说明
现将参看图式描述本发明的特定实施例，其中：
图1显示用于形成根据本发明的条的设备的示意性截面，
图2为显示卷曲辊上的齿的啮合的示意性说明，
图3为显示卷曲薄片的一部分的示意性说明，
图4为多孔烟丝条的横向区域的图像；所述图像显示于子区域叠加的情况下，
图5为图4中所说明的烟丝条的横向区域，其显示横向区域的不同部分中的子区域，
图6为说明图4的横向区域并显示横向区域的第三不同部分中的子区域的图像，
图7说明图6的子区域被另一子区域重叠的程度，
图8说明另一子区域与图7的子区域重叠的程度，
图9说明图4的横向区域，其显示被定位成使得子区域的大部分并未处于所述横向区域内的子区域，
图10是用于在在线孔隙率分布评估中使用的图像捕获构件的示意图，
图11是说明用于执行在线孔隙率分布评估的装置的部件的示意图，
图12是具有低截面孔隙率(低于0.3)和高截面孔隙率分布值(高于0.15)的烟丝条的相片，
图13说明具有高全局孔隙率(大于0.3)和高截面孔隙率分布值(高于0.15)的条的截面区域，
图14说明具有低截面孔隙率(小于0.3)和低孔隙率分布(小于0.15)的条的截面区域，
图15说明具有高全局孔隙率(大于0.3)和低截面孔隙率分布值(小于0.15)的条的截面区域，
图16说明产生用于气溶胶生成制品的香烟中的甘油，所述制品包含具有不同截面孔隙率和截面孔隙率分布水准的条，
图17说明与图16相同的用于气溶胶生成制品的香烟中的尼古丁，
图18说明产生用于气溶胶生成制品的香烟中的甘油，所述制品包含具有不同截面孔隙率和截面孔隙率分布水准的条，
图19说明与图18相同的用于气溶胶生成制品的香烟中的尼古丁，
图20说明根据本文所述的方法的具有以条形式形成的气溶胶形成基质的气溶胶生成制品的实施例，
图21说明根据本文所述的方法的具有以条形式形成的气溶胶形成基质的气溶胶生成制品的实施例，且
图22说明根据本文所述的方法的具有以条形式形成的气溶胶形成基质的气溶胶生成制品的实施例。
具体实施方式
现在将参照用于评估烟草成型件内的孔隙度分布的方法描述本发明的具体实施例。
图1说明用于形成根据本发明的特定实施例的条的设备。图1一般包含：用于提供均质烟草材料的连续薄片的供应构件；用于使均质烟草材料的连续薄片卷曲的卷曲构件；用于聚集均质烟草材料的连续卷曲薄片，并且用包装材料限定均质烟草材料的聚集的连续卷曲薄片以形成连续条的条形成构件；以及用于将连续条切断成多根不连续条的切割构件。设备还包括运输构件，用于将在下游通过设备的均质烟草材料的连续薄片从供应构件经由卷曲构件运输到条形成构件。
供应构件包含安装在筒管4上的均质烟草材料的连续薄片2，并且卷曲构件包括一对可旋转的卷曲辊6。均质烟草材料的连续薄片具有一定宽度和厚度。在使用中，从筒管4抽取均质烟草材料的连续薄片2，并且经由一系列导向辊和张力辊，通过运输机制向下游运输至所述一对卷曲辊6。当均质烟草材料的连续薄片2在所述一对卷曲辊6之间进料时，卷曲辊接合均质烟草材料的连续薄片2，并且使其卷曲，以形成均质烟草材料的连续卷曲薄片8，其具有与通过设备的均质烟草材料的薄片的纵轴基本平行的多个间隔开的脊或波纹。
图2为显示一对卷曲辊的啮合的齿的示意图。卷曲辊对由上部辊31和下部辊32组成。每一辊具有一组有规律地间隔开的卷曲齿33，其经偏移以使其在辊集合时啮合。上部辊31经固定，但下部辊32可相对于上部辊31移动以改变卷曲深度或卷曲幅度。齿以卷曲间隔34隔开，所述卷曲间隔在特定实例中为1mm。卷曲深度35为辊啮合时卷曲齿的尖端重叠的距离。卷曲深度可设定至预定深度，例如150微米。
图3说明一段卷曲薄片36。卷曲间隔34和卷曲深度35显示于卷曲薄片36上。从一个波纹内部到下一个39内部测量卷曲深度35。
均质烟草材料的连续卷曲薄片8通过运输机制从所述一对卷曲辊6向下游运输到条形成设备，在其中它通过汇聚漏斗或喇叭(horn)10进料。汇聚漏斗10相对于均质烟草材料的薄片的纵轴，横向地聚集均质烟草材料的连续卷曲薄片8。当均质烟草材料的连续卷曲薄片8经过汇聚漏斗10时，它呈现基本圆柱形配置。
当离开汇聚漏斗10时，均质烟草材料的聚集的连续卷曲薄片包装在包装材料的连续薄片12中。包装材料的连续薄片由筒管14进料，并且通过循环带式输送机或配件(garniture)，包围在均质烟草材料的聚集的连续卷曲薄片周围。如图1中所示，条形成设备包括胶粘剂应用设备16，其将胶粘剂应用于包装材料的连续薄片的纵向边缘之一，使得当包装材料的连续薄片的相对纵向边缘接触时，它们彼此粘附以形成连续条。
条形成构件还包含在胶粘剂应用构件16下游的干燥构件18，在使用中，当连续条从条形成构件向下游运输到切割构件时，所述干燥构件使应用于连续条的接缝的胶粘剂干燥。
切割构件包括旋转切割机20，其将连续条切断成具有单位长度或多重单位长度的多根不连续条。
在优选实施例中，离散条具有约7mm的直径。选择薄片宽度、薄片厚度和卷曲深度以得到落入0.15到0.45范围内的预定截面孔隙率和在0.05与0.22之间的截面孔隙率分布值。截面孔隙率分布值为条中的孔隙率均一性的量度。
图4说明通过卷曲和聚集如上文所述的均质烟草材料薄片的过程而形成的烟草成型件110的端面。图4的图像是一种数字图像，所述数字图像已被处理成使得所有的白色像素都与烟草120相对应，位于条130的外圆周外部的黑色像素与背景相关，并且处于成型件140的圆周内的黑色像素与孔隙或空隙相对应。所述图像通过获取所述烟草成型件的端面的图像并数字化地处理所述成型件的横向区域的图像以便识别出处于所述条的横向区域内的像素来获得。随后将阈值施加于所述图像，使得处于所述横向区域内的像素或者是白色的(表示烟草材料)或者是黑色的(表示孔隙)。在图4中，所述烟草成型件是大致呈圆形的并具有约7mm的直径。在烟草成型件的外圆周内的整个区域为横向截面区域。图4说明定位在所述横向区域内的第一子区域100。所述第一子区域是具有1mm乘以1mm的尺寸的矩形区域。因此，子区域的边为条直径的约七分之一。
条区域内的孔隙率为横向截面孔隙率。根据一下方程式计算横向截面孔隙率：Po＝N空隙/N总，其中Po是横向截面区域的总体孔隙度，N空隙是表示所述横向截面区域内的空隙空间的像素数目并且N总是横向截面区域中的总像素数目。
子区域内的孔隙率被称为局部孔隙率。在图4中，所述第一子区域100被图示为位于局部孔隙度低的位置中。换句话说，所述孔隙面积(图4的第一子区域100内的黑色像素)与第一子区域的总体面积(1mm2)相比是小的。
图5说明与图4中所说明相同的横向截面区域。图5说明定位在具有较高局部孔隙度的区域中的第二子区域200，如由所述对应的子区域内的较高孔隙面积所反映的那样。定位在横向区域的不同区域中的不同子区域将具有不同的局部孔隙率值。通过评估横向区域内的多个子区域的局部孔隙率，有可能获得指示截面孔隙率分布的值。
通过计算多个子区域中的每一个的局部孔隙率获得截面孔隙率分布值。对于每一个别烟草子区域，计算图像的子区域的局部孔隙率。局部孔隙度可通过方程Pl＝N空隙局部/N局部计算出，式中，Pl是所述子区域内的局部孔隙度，N空隙局部是表示所述子区域内的空隙空间的像素的数目，并且N局部是所述子区域中的总像素数。子区域被施加于所述条的数字图像并且被通过在软件中具体体现的迭代算法越过所述数字图像进行平移。为了获得多个局部孔隙度读数，子区域被有效地通过所述图像按顺序进行平移，并且计算所述子区域占据的每一个位置中的局部孔隙度。所述子区域占据的每一个位置都与被所述子区域占据的至少一个其它位置重叠。此过程在图6至图9中说明。
图6说明所述烟草成型件的横向区域，其中，第三子区域300被重叠在所述成型件的左侧上。在所述子区域中计算所述局部孔隙度。随后，将所述子区域向右平移越过所述横向区域。图7说明叠置在所述烟草成型件的数字图像上的第四子区域400。图7还显示(以虚线)第三子区域300的位置。可看出的是，第四子区域400与第三子区域300的位置重叠。重叠为80％。在所述第四子区域中计算局部孔隙度并且将所述子区域再次平移越过所述横向区域。图8说明示出第五子区域500的横向区域。图8还显示(以虚线)第三子区域300的位置和第四子区域400的位置。针对所述第五子区域500获得局部孔隙度值并且将所述子区域再一次平移通过所述结构。所述过程继续进行直到所述结构内的所有像素都已经被包括在一个或多个子区域中为止。
在此处描述的特定实例中，如果子区域内的至少90％的像素同样处于横向区域内，那么仅计算子区域内的局部孔隙率。图9说明所述烟草成型件的横向区域并且示出了叠置在所述数字图像上的第六子区域600。所述第六子区域600的不到90％的像素位于所述横向区域内，即位于所述烟草成型件内的所述区域内。由此，并不相对于所述第六子区域计算局部孔隙度。这避免了针对下列子区域来计算局部孔隙度，在这种子区域中，对于局部孔隙度而言，不存在足够大的区域来表示所述局部烟草结构。
针对每一个子区域的局部孔隙度的计算值被存储在一个数组中。所述局部孔隙度的平均值和标准偏差可随后被针对所述烟草成型件进行计算。局部孔隙率的标准差可被用作孔隙度分布的宽度的量度，且界定截面孔隙率分布值。这给出了烟草在所述成型件中分布得如何均匀的数值。低标准差表示均一烟草分布，而高标准差表示非均一成型件。
注意，所述数字图像获取可通过任一适当的方法来完成，例如通过利用数码相机或计算机断层摄影来完成。图像可通过任一适当的图像格式，以全RGB(红-绿-蓝)色彩、灰度等级、或二进制(黑色和白色)表示法来表示。优选地，任何图像中的背景都是均匀的，以便有助于在图像处理期间检测和移除所述背景。任何图像的分辨率都应所述是足够高的以便精确地解析所述烟草成型件的形态。
来自如上文所述的孔隙率评估的结果可接着用于控制制造条的过程以确保获得截面孔隙率和截面孔隙率分布值的预定值。由此，用于评估孔隙度的方法可提供关于何时设定过程参数以便生产出不合规格的多孔条的反馈并且使得过程参数能够被修正以生产出处于容许规格内的多孔条。
用于评估由烟草材料的聚集薄片形成的烟草成型件的孔隙率和孔隙率分布的装置可被集成为制造线的一部分。用于评估所述孔隙率分布的装置需要图像捕获构件(如数码相机)和用于执行所需的处理步骤以便对条的所获得的数字图像进行分析的处理器。装置优选地进一步包括用于为所述条照明的光源。
图10说明图像捕获装置的构造，其中，相机910被设置成捕获烟草条920的端面921的数字图像。所述烟草条920通过卷曲并聚拢一片均质的烟草材料并利用包装材料围绕所述聚拢薄片以生产出条来形成。相机910的镜头911被设定成与烟草条920的端面921相距预定的距离。
为了提供对于烟草条920的端面921的均匀照明，在相机镜头911与烟草条920之间设置环状发光体930，例如Schott环状发光体A08660。所述环状发光体930优选地定位成与相机镜头911相比更为接近烟草条920。
图11说明用于评估多孔条(例如烟草条)的孔隙度分布的装置或系统1000。所述装置或系统1000包括具有镜头1011的数码相机1010、以及联接于环状发光体1021的光源1020。相机的快门通过可检测多孔条的位置的传感器1030进行控制。对由相机1010获得的数字图像进行的处理由PC机1040内的处理器执行。传感器、光源、相机、和PC机被通过控制器1050连接到一起。所述PC机还包括键盘1050和监视器1060。具有图10中所示的部件的系统或装置可被结合到条制造设备中以便在形成条时实时评估条中的孔隙度分布。
对于条的给定直径，截面孔隙率和截面孔隙率分布值的变化影响各种气溶胶组分在条经加热时的递送。产生具有以下的条：(1)低截面孔隙率和非均一截面孔隙率分布，(2)低截面孔隙率和均一截面孔隙率分布，(3)高截面孔隙率和非均一截面孔隙率分布，和(4)高截面孔隙率和均一截面孔隙率分布。这四种不同条的截面图像说明于图12到15中。
图12中所说明的条(条A)具有7mm的直径。条由卷曲和聚集的均质烟草材料薄片形成。在卷曲之前，薄片具有150mm的宽度和200微米的厚度。薄片卷曲为100微米的卷曲深度或卷曲幅度。使用上文所述的方法的图像分析指示横向截面孔隙率较低(小于0.30)且截面孔隙率分布值较高(约0.18)(即，条具有低截面孔隙率和非均一截面孔隙率分布)。可以看出，条具有烟草薄片材料层上的层直接置于彼此上的区域和作为大空隙的其它区域。
图13中所说明的条(条B)具有7mm的直径。条由卷曲和聚集的均质烟草材料薄片形成。在卷曲之前，薄片具有132mm的宽度和200微米的厚度。薄片卷曲为100微米的卷曲深度或卷曲幅度。使用上文所述的方法的图像分析指示横向截面孔隙率较高(大于0.30)且截面孔隙率分布值较高(约0.19)(即，条高截面孔隙率和非均一截面孔隙率分布)。条的结构与图12中所说明类似，但略微地更开放。
图14中所说明的条(条C)具有7mm的直径。条由卷曲和聚集的均质烟草材料薄片形成。在卷曲之前，薄片具有150mm的宽度和200微米的厚度。薄片卷曲为170微米的卷曲深度或卷曲幅度。使用上文所述的方法的图像分析指示横向截面孔隙率较低(小于0.30)且截面孔隙率分布值较低(约0.08)(即，条具有低截面孔隙率和均一截面孔隙率分布)。条密集地填充有烟草且孔隙较小且平均地分布。
图15中所说明的条(条D)具有7mm的直径。条由卷曲和聚集的均质烟草材料薄片形成。在卷曲之前，薄片具有1132mm的宽度和200微米的厚度。薄片卷曲为190微米的卷曲深度或卷曲幅度。使用上文所述的方法的图像分析指示横向截面孔隙率较高(大于0.30)且截面孔隙率分布值较低(约0.10)(即，条具有高截面孔隙率和均一截面孔隙率分布)。尽管平均地分布，孔隙略微地大于图14中的条的孔隙。
A型到D型条(如图12到15中所说明)中的每一种的条与图21中所说明的类型类似地形成为气溶胶生成制品且借助于燃烧并入在制品中的可燃加热元件而加热。测量由生成的气溶胶中的甘油含量和尼古丁含量组成。根据CORESTA推荐的方法60号测定甘油含量。根据ISO10315测定尼古丁含量。这些实验的结果显示于图16和17中。
可以看出，影响甘油和尼古丁递送的主要因素为条具有高孔隙率。如果条也具有均一孔隙率，那么递送值略微地提高。
A型条到D型条(如图12到15中所说明)中的每一种的条也与图20中所说明的类型类似地形成为气溶胶生成制品且使用插入到条中的加热元件加热来产生气溶胶。测量由生成的气溶胶中的甘油含量和尼古丁含量组成。根据CORESTA推荐的方法60号测定甘油含量。根据ISO10315测定尼古丁含量。这些实验的结果显示于图18和19中。
可以看出，就此类型的加热式气溶胶生成制品来说，影响甘油和尼古丁递送的主要因素为条具有高均一性。此外，结果在低孔隙率和高均一性的条件下改进。
图20说明包含如本文中所描述的条的气溶胶生成制品2000的实施例。图20所示的气溶胶生成制品2000经设计为与气溶胶生成装置接合以便使用。此类气溶胶生成装置包括将气溶胶形成基质2020加热到足够温度以形成气溶胶的构件。通常，气溶胶生成装置可包含围绕气溶胶生成制品2000邻近气溶胶形成基质2020的加热元件或插入气溶胶形成基质2020中的加热元件。
在接触气溶胶生成装置后，用户在吸烟制品2000的口端2012上抽吸，且气溶胶形成基质2020被加热到约375摄氏度的温度。在此温度下，挥发性化合物从形成气溶胶形成基质2020的均质烟草析出。这些化合物凝缩以形成气溶胶。气溶胶经抽吸通过滤嘴2050并进入用户的口腔。
制品2000包括四个元件：气溶胶形成基质2020、中空醋酸纤维素管2030、间隔元件2040和烟嘴过滤器2050。这四个元件序贯地且以同轴对准排列，并且由卷烟纸2060装配以形成气溶胶生成制品2000。制品2000具有吸烟者在使用期间插入他或她的口腔中的口端2012，和位于与口端2012相对的制品的端部的远端2013。
在组装时，制品2000的长度约为45毫米且具有约7.2毫米的外直径和约6.9毫米的内直径。
气溶胶形成基质2020包含具有约0.22的截面孔隙率和0.08的截面孔隙率分布值(使用本文所述的方法测量)的条以使就此类型的加热式气溶胶生成制品来说的尼古丁和甘油递送达到最佳。
图21说明气溶胶生成制品2001的另一实施例。尽管图20的制品预期与气溶胶生成装置结合进行消费，但图21的制品包含可燃热源2080，其可被点燃且将热传递给气溶胶形成基质2020，以形成可吸入的气溶胶。可燃热源2080是炭元件，其在制品2001的远端2013处与气溶胶形成基质接近装配。与图20中的元件基本上相同的元件已给予相同的编号。气溶胶形成基质为具有约0.30的截面孔隙率和约0.12的截面孔隙率分布值(使用本文所述的方法测量)以使就此类型的加热式气溶胶生成制品来说的尼古丁和甘油递送达到最佳的均质烟草条。
图22说明气溶胶生成制品2002的又一实施例。吸烟制品2002与图21中所示类似，且包含可燃热源2080，其可被点燃且将热传递给气溶胶形成基质2020，以形成可吸入的气溶胶。气溶胶形成基质为如本文所述的条。可燃热源2080为封闭可燃热源，其具有前表面2200和对置的后表面2202、气溶胶形成基质2020、传递元件2204、气溶胶冷却元件2206、间隔元件2040和邻接同轴对准的吹嘴2050。如本文使用的，术语‘封闭的’用于描述可燃热源不包括从可燃热源的前面延伸到可燃热源的后面的任何气流通道。与图20和21中的元件基本上相同的元件已给予相同编号。
如图22中所示，气溶胶形成基质2020、传递元件2204、气溶胶冷却元件2206、间隔元件2040和吹嘴2050以及封闭可燃热源2080的后部被包裹在具有低透气性的薄片材料，例如卷烟纸的外包装材料2208中。
封闭可燃热源2080是封闭含碳可燃热源且位于吸烟制品的远端处。以铝箔盘形式的非可燃基本上不透气的第一阻挡件2210设置在封闭可燃热源2080的后表面2202与气溶胶形成基质2020之间。通过将铝箔盘按压到封闭可燃热源2080的后表面2202上，将第一阻挡件2210应用于封闭可燃热源2080的后表面2202，并且邻接可燃含碳热源2080的后表面2202和气溶胶形成基质2080。
如图22中所示，吸烟制品2002还包含具有合适材料(例如铝箔)的第一热传导元件2212，所述第一热传导元件围绕且直接接触封闭可燃热源2080的后部2080b和气溶胶形成基质2020的前部2020a。在吸烟制品2002中，气溶胶形成基质2020向下游延伸超出第一导热元件2212。即，第一导热元件2212不围绕且直接接触气溶胶形成基质2020的后部。
如可见，在气溶胶形成基质的边缘周围提供一个或多个进气口，其对应于图22中的A。
应注意，本文所述的特定实施例涉及由烟草材料薄片形成的条，但技术人员应明确的是类似方法可用于从非烟草气溶胶形成材料形成条。还应注意，本文所述的特定实施例涉及由卷曲的材料薄片形成的条，但技术人员应明确的是类似方法可用于从未处理的材料薄片，或从已用除卷曲以外的方式处理的薄片形成条。

Claims (5)

1.一种加热式气溶胶生成制品，其包含多个包括组装在包装材料内的气溶胶形成基质的元件，所述气溶胶形成基质呈具有6.5mm与8.5mm之间的直径的条的形式，所述条由卷曲和聚集了的气溶胶形成材料的薄片形成，所述薄片具有110mm与160mm之间的宽度、200微米与230微米之间的厚度，且所述薄片以100微米与250微米之间的卷曲深度卷曲；
其中，所述条的截面孔隙率在0.15与0.45之间，所述截面孔隙率是指所述条的横向截面区域中的空隙空间的面积比率，所述条的横向截面区域为垂直于条的纵轴的平面中的条的区域；并且
所述条的截面孔隙率分布值在0.04与0.22之间，所述截面孔隙率分布值是指在所述条的横向截面区域的多个相同尺寸的子区域的每一个内局部测定的孔隙率值的标准差。
2.根据权利要求1所述的加热式气溶胶生成制品，其包含用于加热所述气溶胶形成基质的可燃热源，其中所述条的直径在7.3mm与8.3mm之间，所述薄片的宽度在130mm与160mm之间，所述薄片的厚度在200微米与230微米之间，且所述卷曲深度在100微米与200微米之间。
3.根据权利要求1所述的加热式气溶胶生成制品，其配置成通过气溶胶生成装置的可插入加热器加热，其中所述条的直径在6.5mm与7.5mm之间，所述薄片的宽度在110mm与140mm之间，所述薄片的厚度在200微米与230微米之间，且所述卷曲深度在150微米与250微米之间。
4.根据权利要求1所述的加热式气溶胶生成制品，其具有在0.20与0.40之间的截面孔隙率。
5.根据权利要求1所述的加热式气溶胶生成制品，其具有在0.25与0.35之间的截面孔隙率。
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