CN111263592A - 具有多孔物质的气溶胶发生装置 - Google Patents

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Abstract

一种气溶胶发生装置，其包括气溶胶发生制品，该气溶胶发生制品包括气溶胶形成基底、支撑元件、气溶胶冷却元件和吸嘴。气溶胶冷却元件和过滤器中的至少之一包含多孔物质，该多孔物质包含20‑100wt％的粘结剂和0‑80wt％的活性或非活性颗粒。

Description

具有多孔物质的气溶胶发生装置
优先权要求
本申请要求于2017年9月22日提交的美国临时申请号62/562290的优先权，其全部内容和公开在此通过引用并入。
发明领域
本公开内容通常涉及一种气溶胶发生装置，其包括多孔物质，该多孔物质包含粘结剂和任选的活性或非活性颗粒。特别是，本发明涉及一种气溶胶发生装置，其包含多孔物质，该多孔物质包含20-100wt％的粘结剂和0-80wt％的活性或非活性颗粒。
发明背景
一些吸烟制品为吸烟者提供类似于烟草的烟雾的气溶胶。一些吸烟制品通过加热具有燃料源如烟草的气溶胶发生装置来从该气溶胶发生装置产生气溶胶蒸气。将烟草充分加热或燃烧以蒸发烟碱和产生含有烟碱的气溶胶流。吸烟制品可以具有带有良好的阴燃特性的燃料(优选烟丝或再造烟草)的外圆筒，该外圆筒包围含有烟草、再造烟草或其他烟碱和水蒸气源的金属管。
在其他吸烟制品中，可吸入气溶胶通过将热量从热源传输到可位于热源内、周围或上游的物理分开的气溶胶形成基底或材料来产生。在气溶胶发生制品的消耗期间，挥发性化合物通过来自热源的传热而释放，并且夹带在穿过气溶胶发生制品抽吸的空气中。在所释放的化合物通过穿过冷却元件而冷却时，它们冷凝以形成被用户吸入的气溶胶。
合成纤维如纤维素酯广泛地用于吸烟制品的烟雾过滤器，这归因于它们可以在标准香烟制造设备上容易地制造到滤棒中。这些合成纤维通常包含卷曲的连续纤维或长丝形式的醋酸纤维素。由纤维素酯纤维制成的过滤器通常通过从穿过纤维的烟雾中除去一部分颗粒物质来起作用。纤维在过滤器内的卷曲或其他物理布置用于增加与烟雾接触的长丝的表面积。然而，由这样的纤维单独组成的过滤器没有显著地冷却高温气溶胶流和往往需要另外的部件来冷却气溶胶。
常规香烟燃烧烟草并且产生释放挥发性化合物的温度。燃烧烟草的温度可以达到高于800℃，并且这样的高温驱走了由烟草形成的烟雾中所含水的大部分。由常规香烟产生的主流烟雾倾向于被吸烟者感知为具有低的温度，因为它是相对干燥的。通过在具有或不具有燃烧的情形下加热气溶胶形成基底而产生的气溶胶可具有更高的水含量，这归因于基底被加热到较低的温度。尽管气溶胶形成的温度较低，但是通过这样的系统产生的气溶胶流可以比常规香烟烟雾具有更高的感知温度。因此，所述气溶胶发生制品的整体长度是较长的，以便在吸入之前将所产生的气溶胶冷却到可接受的温度。
因此，存在对于改进的气溶胶发生装置的需求，该装置增强了冷却效率，同时保持了令人期望的烟雾特性。
发明内容
在一些方面，本公开内容涉及一种气溶胶发生装置，其包括气溶胶发生制品。该气溶胶发生制品可以包括气溶胶形成基底、支撑元件、气溶胶冷却元件和吸嘴。支撑元件、气溶胶冷却元件和吸嘴中的至少之一的至少一部分包含多孔物质，该多孔物质包含20-100wt％的粘结剂和0-80wt％的活性或非活性颗粒。在一些实施方案中，支撑元件、气溶胶冷却元件和吸嘴各自包含多孔物质。在其他实施方案中支撑元件、气溶胶冷却元件和吸嘴中仅一种或两种的组合包含多孔物质。粘结剂可以包含非常高分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯或其组合。在一些实施方案中，粘结剂可以选自聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚丙烯酸类、聚苯乙烯、乙烯基聚合物、纤维素及其组合。粘结剂可以进一步包含聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚丙烯酸类、聚苯乙烯、乙烯基聚合物、纤维素或其组合。在一些实施方案中，颗粒是活性颗粒，其可以选自离子交换树脂、干燥剂、硅酸盐、分子筛、硅胶、活性氧化铝、珍珠岩、海泡石、漂白土、硅酸镁、金属氧化物、活性炭、活性木炭及其组合。在其他实施方案中，多孔物质可以包括非活性颗粒，该非活性颗粒包含热稳定的材料如吸附剂碳。吸附剂碳可以选自多孔级碳、石墨、低活性炭和非活性炭。在其他实施方案中，非活性颗粒包含选自以下的无机固体：陶瓷、玻璃、氧化铝、蛭石、粘土、膨润土和惰性材料。多孔物质可以包含30-80wt％的粘结剂和20-70wt％的活性或非活性颗粒，30-70wt％的粘结剂和30-70wt％的活性或非活性颗粒，或40-70wt％的粘结剂和30-60wt％的活性或非活性颗粒。在其他实施方案中，多孔物质可以包含70-100wt％粘结剂和0-30wt％活性或非活性颗粒。在一些实施方案中，粘结剂可以是非常高分子量聚乙烯，和活性颗粒可以是活性炭。多孔物质可以具有小于3.0mm水/mm长度或小于1.0mm水/mm长度的封装压降。粘结剂可以配置成经历反复的热循环而无结构变形。粘结剂可以配置成经历小于10％的压降改变。粘结剂可以是疏水性的。多孔物质可以配置成提供多路径空气流。在一些实施方案中，多孔物质包含100wt％粘结剂。支撑元件和气溶胶冷却元件可以组合成单个单元，并且与作为分开单元的支撑元件和气溶胶冷却元件相比压降可以基本上相同。
附图说明
考虑到所附的非限定性图将更好地理解本发明，在图中：
图1显示了根据本发明一些实施方案的气溶胶发生装置的横截面图。
图2显示了根据本发明一些实施方案的气溶胶发生制品的横截面图；
图3显示了根据本发明一些实施方案的气溶胶发生装置的横截面图，该气溶胶发生装置包括加热元件和图2的气溶胶发生制品；
图4显示了根据本发明一些实施方案的图2的气溶胶发生装置的吸嘴的横截面图；
图5显示了根据本发明一些实施方案的图2的气溶胶发生装置的吸嘴的另一横截面图；
图6显示了根据本发明一些实施方案的图2的气溶胶发生装置的吸嘴的再另一横截面图；
图7显示了根据本发明一些实施方案的图2的气溶胶发生装置的吸嘴的又另一横截面图；
图8显示了根据本发明一些实施方案的图2的气溶胶发生装置的吸嘴的又另一横截面图；和
图9显示了根据本发明一些实施方案的多孔物质的部分的显微照片。
发明详述
I.引言
本公开内容涉及一种气溶胶发生装置，其包括气溶胶形成基底、支撑元件、气溶胶冷却元件和吸嘴。所述支撑元件、气溶胶冷却元件和吸嘴中的至少之一的至少一部分可以包含多孔物质，该多孔物质包含20-100wt％粘结剂和0-80wt％活性或非活性颗粒。在一些方面，所述支撑元件、气溶胶冷却元件和吸嘴的一部分各自包含多孔物质，该多孔物质包含20-100wt％粘结剂和0-80wt％活性或非活性颗粒。该多孔物质提供多路径空气流，其改进了气溶胶冷却元件的降温，这允许减少气溶胶发生装置的整体长度。
在一些实施方案中，多孔物质的结构提供最小的封装压降(即在行进通过多孔物质的同时的压力损失)，同时使得气溶胶与粘结剂和活性或非活性颗粒的相互作用最大化。粘结剂通过经历相变但是这样作而没有显著的变形而有助于促进气溶胶的快速冷却，这使得熔合热能够用于热移除，而不劣化过滤器的性能或结构。粘结剂将软化以快速移除热，和然后在它在喷烟之间的时段中固化时逐步释放所述热。该设计可以用包括在粘结剂中的活性或非活性材料来增强、改变或补充，以促进所选择的过滤或改变热吸收和释放曲线。
有利地，使用包含含20-100wt％粘结剂和0-80wt％活性或非活性颗粒的多孔物质的支撑元件、气溶胶冷却元件和/或吸嘴促进了气溶胶的快速冷却。此外，吸嘴或气溶胶冷却元件的压降值也降低，这导致抽吸方面的改进，同时保持吸嘴期望的硬度以及支撑元件、气溶胶冷却元件和/或吸嘴的冷却性能，甚至在反复使用之后也是如此。具体而言，多孔物质的结构性能非常适于经历熔合热改变而不显著改变或变形所述结构。多孔物质在降低热方面表现良好，但是如果期望的话，也可以同时提供积极的感觉性能。
II.气溶胶发生装置
参见图1-3，显示了气溶胶发生装置的一些实施方案(这些是代表性的，但是不限于下文所预期的装置)。在一些实施方案中，气溶胶发生装置可以包括但不限于电子吸烟装置、具有可燃性源的气溶胶发生装置、无烟雾的吸烟装置等。下文中，将提及气溶胶发生装置(除非另有规定)。
图1显示了根据本发明的一些实施方案的气溶胶发生装置1。气溶胶发生装置1包括吸烟材料棒2和吸嘴3。吸嘴3可以包含多孔物质，该多孔物质包含20-100wt％粘结剂和0-80wt％活性或非活性颗粒。吸嘴3通过接装包裹物4连接到吸烟材料棒2上。吸烟材料棒2包括外包裹物5，同轴布置的可燃性燃料源6和位于燃料源6和包裹物5之间的吸烟丝材料7。
在操作中，气溶胶发生装置1是点燃的，并且沿着燃料源长度燃烧，这产生非常少的可见侧流烟雾。产生的可见侧流烟雾来源于吸烟制品中的有机组分，并且在喷烟结束时是最可见的。基本上不可燃的包裹物烧焦以产生易碎的白色灰烬，类似于常规烟灰，并且其可以由吸烟者根据需要敲掉。在烧焦时不可燃的外包裹物5也产生深色燃烧线，该燃烧线随着燃烧的进行而沿着吸烟制品前行。吸烟制品沿着燃料源6燃烧回来。在燃烧发生时，气溶胶由气溶胶发生吸烟丝材料7产生，该气溶胶被抽吸入吸烟者的嘴中。归因于多孔物质的快速冷却性能，气溶胶在吸入之前被冷却。
图2显示了一种示例性的气溶胶发生制品10。气溶胶发生制品10可以包括同轴对齐布置的四个元件：气溶胶形成基底20、支撑元件30、气溶胶冷却元件40和吸嘴50。这四个元件顺序布置，并且可以由外部包裹物60限制以形成气溶胶发生制品10。支撑元件30、气溶胶冷却元件40和吸嘴50可以统称为“过滤器”。气溶胶发生制品10具有近端或嘴端70，用户在使用期间将其插入他或她的嘴中，和远端80，其位于气溶胶发生制品10与嘴端70相对的端处。然而，应当理解气溶胶发生制品中的部件不需要以这样的方式布置，和可以存在其他可能的配置。实际上，气溶胶发生制品中的部件可以以与其他部件不同轴的可替代的布置来布置，例如偏移布置、交叠布置、其组合等。此外，归因于多孔物质的快速冷却性能，这些部件中的一些可以缩短或从气溶胶发生制品10中完全移除。
在使用中，空气由用户从远端80抽吸通过气溶胶发生制品10到嘴端70或近端。气溶胶发生制品10的远端80也可以描述为气溶胶发生制品10的下游端，和气溶胶发生制品10的嘴端70也可以描述为气溶胶发生制品10的上游端。气溶胶发生制品10位于嘴端70和远端80之间的元件可以适当地描述为嘴端70的下游，或可替代地是远端80的上游。
气溶胶形成基底20位于气溶胶发生制品10的极远端或下游端。在图2所示的实施方案中，气溶胶形成基底20可以包含被包裹物限制的卷曲的匀化烟草材料的聚集片。匀化烟草材料的卷曲片可以包含气溶胶形成剂如甘油。
支撑元件30可以位于紧挨着气溶胶形成基底20的上游，并且邻接气溶胶形成基底20。在一些方面，气溶胶形成基底20可以与支撑元件30接近但是不邻接。在图2所示的实施方案中，支撑元件30可以是中空的醋酸纤维素管。支撑元件30将气溶胶形成基底20置于气溶胶发生制品10的极远端80处，以使得它可以被气溶胶发生装置的加热元件穿透。如以下进一步所述的，当将气溶胶发生装置的加热元件插入气溶胶形成基底20中时，或当可以另外将热施加到气溶胶形成基底20时，支撑元件30起到的作用是防止气溶胶形成基底20在气溶胶发生制品10内被驱使向上游朝着气溶胶冷却元件40。在一些实施方案中，支撑元件30还充当用于将气溶胶发生制品10的气溶胶冷却元件40与气溶胶形成基底20间隔开的间隔物。在一些实施方案中，支撑元件30和气溶胶冷却元件40可以形成气溶胶发生制品10的单个单元，其可允许吸嘴被加长，和/或可允许减少支撑元件30、气溶胶冷却元件40和吸嘴50的整体总长度。例如当吸嘴包含含多孔物质的滤棒时，可以形成该单个单元。在一些方面，当形成单个单元时，与各自作为分开单元的支撑元件和气溶胶冷却元件相比，压降是基本上相同的，例如处于0.5％内。
如图2所示，气溶胶冷却元件40位于紧挨着支撑元件30的上游，并且与支撑元件30的近端邻接。在其他实施方案中，气溶胶冷却元件40不与支撑元件30的近端邻接。在使用中，从气溶胶形成基底20释放的挥发性物质沿着气溶胶冷却元件40朝着气溶胶发生制品10的嘴端70向上游行进。挥发性物质可以在气溶胶冷却元件40内冷却以形成被用户吸入的气溶胶。气溶胶冷却元件可以包括被包裹物90限制的多孔物质，该多孔物质包含20-100wt％粘结剂和0-80wt％活性或非活性颗粒。多孔物质可以限定出多个沿着气溶胶冷却元件40的长度延伸的空气流的通道。
吸嘴50位于紧挨气溶胶冷却元件40的上游并且与气溶胶冷却元件40的近端邻接。在一些实施方案中，吸嘴可以不与气溶胶冷却元件40的近端邻接。在一些方面中，气溶胶发生装置可以进一步包含在气溶胶冷却元件40和吸嘴50之间的另一支撑元件。如图2所示，吸嘴50包含多孔物质，该多孔物质包含20-100wt％的粘结剂和0-80wt％的活性或非活性颗粒。
为了组装气溶胶发生制品10，将上述四种元件对齐并且在外部包裹物60内紧密包裹。在图2所示的实施方案中，外部包裹物是常规香烟纸。
在一些实施方案中，气溶胶发生制品10的外部包裹物60的远端部分由接装纸的带(未示出)来限制。
图2中所示的气溶胶发生制品10设计成与包含加热元件的气溶胶发生装置接合，以形成被用户消耗的气溶胶。在使用中，气溶胶发生装置的加热元件将气溶胶发生制品10的气溶胶形成基底20加热到足够的温度以使能够形成气溶胶的化合物挥发，该化合物向下游抽吸通过气溶胶发生制品10和被用户吸入。
图3示出了示例性的气溶胶发生系统100的一部分，其包括气溶胶发生装置110和根据图2中所示和以上所述的实施方案的气溶胶发生制品10。
在一种实施方案中，气溶胶发生装置110包括加热元件120。如图3中所示，加热元件120安装在气溶胶发生装置110的气溶胶发生制品接收室内。在使用中，用户将气溶胶发生制品10插入气溶胶发生装置110的气溶胶发生制品接收室中，以使得加热元件120直接插入气溶胶发生制品10的气溶胶形成基底20中，如图3中所示。在图3中所示的实施方案中，气溶胶发生装置110的加热元件120是加热器叶片。当然，可以采用其他的气溶胶发生装置配置，而不脱离本公开内容的范围。
气溶胶发生装置110包括电源和电子器件(未示出)，其允许启动加热元件120。这样的启动可以手工操作或可以响应于用户在插入到气溶胶发生装置110的气溶胶发生制品接收室中的气溶胶发生制品10上的抽吸而自动发生。在气溶胶发生装置中任选地提供多个开口以允许空气流到气溶胶发生制品10。图3提供了空气流的一种示例性的方向，如箭头所示。在其他方面，在气溶胶冷却元件、支撑、吸嘴中的任一个或其任意组合中的多孔物质可以提供多路径空气流。多孔物质的结构可以包括用于多方向空气流的一个或多个通道。在常规气溶胶发生装置中，空气必须首先穿过具有很少到没有的冷却效果的支撑元件。然后空气穿过气溶胶冷却元件，和最后穿过吸嘴。不受限于理论，据信多孔物质允许这样的多方向空气流，因为不同于仅平行于空气流取向的卷曲的纤维，多孔物质的孔是随机的。因此，多孔物质不限制空气流方向和代之以提供曲折的路径，这导致改进的冷却。以此方式，多孔物质改进了气溶胶冷却元件、支撑元件和/或吸嘴的温度降低。当多孔物质用于那些元件中之一时，与卷曲的纤维相比，这样的改进的温度降低也可以使得气溶胶冷却元件、支撑和/或吸嘴在长度上较短。这些效果通过粘结剂和任选的活性或非活性成分颗粒的效率而进一步放大。此外，粘结剂在较高温度下的稳定性可使得过滤器当直接靠着气溶胶发生段放置时起作用。气溶胶发生制品10的支撑元件40抵抗气溶胶发生制品10在气溶胶发生装置110的加热元件120插入气溶胶形成基底20中期间所经历的穿透力。结果，气溶胶发生制品10的支撑元件40抵抗在气溶胶发生装置的加热元件插入气溶胶形成基底期间气溶胶形成基底在气溶胶发生制品10内下游移动。
一旦将内部加热元件120插入气溶胶发生制品10的气溶胶形成基底10中并且启动时，气溶胶发生制品10的气溶胶形成基底20被气溶胶发生装置110的加热元件120加热到小于400℃的温度(或本文所讨论的其他温度)。在此温度下，挥发性化合物从气溶胶发生制品10的气溶胶形成基底20中形成。在用户在气溶胶发生制品10的嘴端70上抽吸时，从气溶胶形成基底20中形成的挥发性化合物被向下游抽吸通过气溶胶发生制品10并且冷凝以形成气溶胶，该气溶胶通过气溶胶发生制品10的吸嘴50被抽吸入用户的嘴中。
在气溶胶向下游穿过气溶胶冷却元件40时，气溶胶的温度可以降低，这归因于热能从气溶胶转移到气溶胶冷却元件40。当气溶胶进入气溶胶冷却元件40时，它的温度可以约为60℃。归因于气溶胶冷却元件40内的冷却，气溶胶在它离开气溶胶冷却元件时的温度可以约为40℃。因此，可以实现至少10℃、例如至少20℃或至少30℃的温度降低。
III.多孔物质
如本文所述，本公开内容涉及一种用于吸烟装置、特别是气溶胶发生装置中的多孔物质。具体而言，该多孔物质可以形成气溶胶发生装置的支撑元件、气溶胶冷却元件、吸嘴或其任一或所有的某些组合的一部分。
在图4-8中所示的实施方案中，显示和描述了具有多孔物质的吸嘴的不同布置。这些实施方案是吸嘴中的多孔物质和常规材料如醋酸纤维素的任意组合的示例。预期的是支撑元件和气溶胶元件还可以以各种布置包括多孔物质，然而，它们在图4-8中未示出。
图4-8示出了根据本发明实施方案，图2的气溶胶发生装置的吸嘴的各种实施方案。如参考吸嘴所述，“过滤器51”不同于本文提及的吸嘴、支撑和气溶胶冷却元件的组合“过滤器”。吸嘴50包括过滤器51，过滤器51可以包含含有20-100wt％粘结剂和0-80wt％活性或非活性颗粒的多孔物质。例如在图4中，吸嘴50的全部过滤器51可以包含基本上均匀的多孔物质。
在图5中，吸嘴50具有包括两段的过滤器51。在该实施方案中，多孔物质53与吸嘴50的嘴端70相邻设置。常规过滤材料52可以位于与气溶胶冷却元件相邻的下游。还预期的是多孔物质53可以位于与气溶胶冷却元件40相邻的下游。例如图6示出了吸嘴50的一种实施方案，其中常规过滤材料53处于与嘴端70相邻的上游，和多孔物质52处于与气溶胶冷却元件40相邻的下游。
在图7中，吸嘴50包括包含三段的多段过滤器51。在此实施方案中，常规过滤材料53可以与多孔物质52侧接。例如一种常规过滤材料53可以提供在与嘴端70相邻的近端，和另一常规过滤材料可以提供在接近气溶胶冷却元件40的下游，并且多孔物质52夹入它们之间。类似地，如图8中所示，一种或多种多孔物质52可以以类似布置与常规过滤材料53侧接，并且一种多孔物质52处于与嘴端70相邻的近端，和另一多孔物质52可以提供在接近气溶胶冷却元件40的下游，和常规过滤器53夹入它们之间。在图7和8所示的实施方案中，过滤器段可以是常规材料和多孔物质的任意组合(只要那些部分中的至少之一是多孔物质就行)。在一些实施方案中，支撑元件和气溶胶冷却元件包含多孔物质，和吸嘴可以包含醋酸纤维素。
前述实施方案是代表性的和非限制性的。当然，本发明的过滤器可以具有任何数目的部分，例如2、3、4、5、6或更多个部分。此外，所述部分可以彼此相同或彼此不同。例如所述部分可以具有堆叠布置的过滤材料。所述过滤器可以具有5-10mm的直径和5-100mm的长度。
在一些实施方案中，支撑元件可以包含多孔物质。在其他实施方案中，气溶胶冷却元件包含多孔物质。在一些实施方案中，吸嘴包含多孔物质。在其他实施方案中，支撑元件和气溶胶冷却元件包含多孔物质。在其他实施方案中，支撑元件和吸嘴包含多孔物质。在进一步的实施方案中，气溶胶冷却元件和吸嘴包含多孔物质。在其他实施方案中，支撑元件、气溶胶冷却元件和吸嘴包含多孔物质。
本文所述的多孔物质可以作为打算用作气溶胶发生装置中的过滤器的滤棒来制备。在一些实施方案中，生产过滤器和/或过滤器部分可以包括切割滤棒长度或滤棒。在一些实施方案中，生产过滤器部分可以包括切割滤棒长度、滤棒或过滤器。滤棒长度、滤棒和/或过滤器部分可以具有任何横截面形状，其包括但不限于圆形、基本上圆形、卵形、基本上卵形、多边形(包括具有圆角的那些)、或其任意混杂体。
在前述实施方案中，常规材料和多孔物质是结合的。如本文所用，结合的表示多孔物质与烟草柱共线(或串联)；因此，当用户在加热的香烟上抽吸时，来自烟草柱的烟雾必然穿过(例如串联的)多孔物质，和最经常穿过多孔物质和常规过滤材料二者。如图5-8中所示，多孔物质和常规过滤材料是同轴的、并列的(相邻但不接触)、邻接的、并且具有等效横截面积(或基本上等效横截面积)。但是，要理解的是多孔物质和常规材料无需以这样的方式结合，和可以存在其他可能的配置。此外，虽然设想的是多孔物质最经常将用于组合的或多段过滤器配置，如图5-8中所示；但是本发明不限于此，并且过滤器可以仅包含多孔物质，如以上关于图4所讨论的。此外，虽然设想的是多孔物质将与烟草柱并列，如图2中所示，但是它不限于此。例如多孔物质可以通过中空腔(例如管或通道)来与烟草分开。
所采用的常规过滤材料可以包括但不限于纤维丝束(例如醋酸纤维素丝束、聚烯烃丝束及其组合)、纸、空室(例如由硬质元件如纸或塑料形成)、带挡板的空室及其组合。还包括的是具有活性成分(粘附到其上或浸渍到其中或否则随其引入)的纤维丝束和纸。这样的活性材料包括活性炭(或木炭)、离子交换树脂、干燥剂、或其他适于影响烟草烟雾的材料。空室可以填充有(或部分填充有)活性成分或引入活性成分的材料。这样的活性成分包括活性炭(或木炭)、离子交换树脂、干燥剂、或其他适于影响烟草烟雾的材料。另外地，常规材料可以是粘结剂的多孔物质(即单独的粘结剂而没有任何活性颗粒)。例如，该没有活性颗粒的多孔物质可以用热塑性颗粒(例如聚烯烃粉末，包括以下讨论的粘结剂)制成，将所述颗粒一起粘结或模制成多孔圆筒形状。
在一些实施方案中，多孔物质可以包含是热稳定的材料的非活性颗粒。该非活性颗粒可以包含吸附剂碳，其包括但不限于多孔级碳、石墨、低活性炭和非活性炭。在其他实施方案中，该非活性颗粒包含无机固体、其包括但不限于陶瓷、玻璃、氧化铝、蛭石、粘土、膨润土和惰性材料。
多孔物质包含用粘结剂粘结在一起的活性或非活性颗粒。例如，图9显示了活性颗粒(例如活性炭颗粒)57通过粘结剂58粘结到多孔物质中的多孔物质的实施方案的显微照片。(活性颗粒和粘结剂是以下更详细讨论的)。构建该多孔物质，以使得它具有最小的封装压降(即在行进通过多孔物质时的压力损失)，同时使得活性颗粒表面积最大化(即活性颗粒的功能性通过暴露那些颗粒的表面积而增加)。注意：在此实施方案(图9)中，粘结剂和活性颗粒在接触点处结合，接触点随机分布在整个多孔物质中，并且粘结剂保留它们的初始物理形状(或基本上保留了它们的初始形状，例如形状从初始变化(例如收缩)不大于10％)。
在范围方面，多孔物质可以包含0-80wt％活性或非活性颗粒，例如0.01-80wt％、5-75wt％、10-75wt％、20-70wt％、0-30wt％、30-70wt％、30-60wt％或40-50wt％。在一些方面，颗粒可以存在但多孔物质可以包含小于80wt％活性或非活性颗粒、例如小于70wt％、小于60wt％、小于50wt％、小于40wt％、小于30wt％、小于20wt％、小于10wt％或小于5wt％。多孔物质可以包含20-100wt％粘结剂、例如70-100wt％、20-99.9wt％、25-95wt％、25-90wt％、30-70wt％、30-80wt％、40-70wt％或50-60wt％。在一些实施方案中，多孔物质可以包含100wt％粘结剂。
在一些实施方案中，多孔物质具有40-90％的空隙体积。在另一实施方案中，它具有60-90％的空隙体积。在又另一实施方案中，它具有60-85％的空隙体积。空隙体积指的是在多孔物质形成后，活性颗粒和粘结剂之间的自由空间。
如本文所用，术语“封装压降”或“EPD”指的是当样本完全封装在测量装置中，以使得没有空气可以穿过包裹物时，当输出端处的体积流量是17.5ml/s时，当样品在稳态条件下被空气流横贯时，在样本两端之间的静态压力差。EPD已经在CORESTA(“CooperationCentre for Scientific Research Relative to Tobacco”)推荐的第41号方法(日期为2007年6月)下在本文中进行了测量。较高的EPD值意味着吸烟者不得不以更大的力在吸烟装置上抽吸。多孔物质任选地具有小于3.0mm水/mm多孔物质长度的封装压降(EPD)。在另一实施方案中，多孔物质具有小于1.0mm水/mm多孔物质长度的EPD。和在又另一实施方案中，多孔物质具有等于或小于0.6mm水/mm多孔物质长度(或不大于0.6mm水/mm多孔物质长度)或等于或小于0.5mm水/mm多孔物质长度(或不大于0.5mm水/mm多孔物质长度)的EPD。在一些实施方案中，为了获得期望的EPD，活性颗粒与粘结剂相比必须具有更大的粒度。在一种实施方案中，粘结剂粒度与活性颗粒粒度之比是1:1.5-4.0。
在一些实施方案中，多孔物质具有2-25mm、例如5-20mm或15-20mm的长度。
多孔物质可以具有任何物理形状；在一种实施方案中，它为圆筒形状。
活性或非活性颗粒可以是任何适于增强烟雾在其上的流动和促进热移除或热耗散的材料如高热容材料。用“适于增强烟雾在其上的流动”表示任何可以从烟雾中除去或向其中加入组分的材料。除去可以是选择性的。在来自香烟的烟草烟雾中，例如可以选择性除去羰基物(例如甲醛、乙醛、丙酮、丙醛、巴豆醛、丁醛、甲乙酮、丙烯醛)和其他化合物(例如苯、1,3-丁二烯、和苯并[a]芘(或BaPyrene))。这样的材料的一个实例是活性炭(或活性木炭或活性煤)。活性炭可以是低活性(50-75％的CCl4吸附)或高活性(75-95％的CCl4吸附)或二者的组合。这样的材料的其他实例包括离子交换树脂、干燥剂、硅酸盐、分子筛、硅胶、活性氧化铝、珍珠岩、海泡石、漂白土、硅酸镁、金属氧化物(例如氧化铁)和前述(包括活性炭)的组合。离子交换树脂包括例如具有主链的聚合物如苯乙烯-二乙烯基苯(DVB)共聚物、丙烯酸酯聚合物、甲基丙烯酸酯聚合物、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。在一种实施方案中，活性颗粒是各种活性颗粒的组合。
在一些实施方案中，活性颗粒具有0.5-5000微米、例如10-1000微米、或200-900微米、或粒度的混合的平均粒度。在另一实施方案中，活性颗粒可以是平均粒度为0.5-5000微米、例如10-1000微米、或200-900微米的各种粒度的混合。
所述粘结剂可以是任何这样的粘结剂，其经受住在气溶胶发生装置使用期间发生的热循环，例如在至多300℃温度下的反复加热。如本文所用，气溶胶发生装置中的“热循环”可以是在装置上的14个“喷烟”或抽吸，或将装置使用6分钟(以先发生的为准)。在一种实施方案中，粘结剂表现出在其熔融温度下几乎不流动。这意味着材料当加热至其熔融温度时表现出很少到没有的聚合物流动。很少到没有的聚合物流动是有利的，因为甚至在大于粘结剂熔点的温度下，粘结剂也将不在气溶胶发生装置内显著地重新定位或移动。满足这些标准的材料包括但不限于超高分子量聚乙烯、非常高分子量聚乙烯、高分子量聚乙烯及其组合。粘结剂配置成经历在350℃或更低温度的反复的热循环而无结构变形。例如粘结剂的结构在反复的热循环期间经历小于10％的压力改变。粘结剂也可以是疏水性的，其使得能够冷凝水蒸气以促进热移除和有利地一些酚的选择性过滤。
在一些实施方案中，粘结剂具有小于或等于3.5g/10min的在190℃和15Kg下(或0-3.5g/10min的在190℃和15Kg下)的熔体流动指数(MFI，ASTM D1238 2013)。在一些实施方案中，粘结剂具有小于或等于2.0g/10min的在190℃和15Kg下(或0-2.0g/10min的在190℃和15Kg下)的熔体流动指数(MFI)。这样的材料的一个实例是不具有聚合物流动的超高分子量聚乙烯UHMWPE，其在190℃和15Kg下的MFI是约0g/10min，或在190℃和15Kg下的MFI是0-1.0g/10min。另一材料可以是非常高分子量聚乙烯VHMWPE，其可以具有例如1.0-2.0g/10min的在190℃和15Kg下的MFI。又另一材料是高分子量聚乙烯HMWPE，其可以具有例如2.0-3.5g/10min的在190℃和15Kg下的MFI。例如多孔物质可以包含粘结剂和活性颗粒，其中粘结剂是非常高分子量聚乙烯和活性颗粒是活性炭。粘结剂配置成经历反复的热循环而无结构变形。
在分子量方面，如本文所用，“超高分子量聚乙烯”指的是重均分子量是至少约3×106g/mol的聚乙烯组合物。在一些实施方案中，超高分子量聚乙烯组合物的分子量在约3×106g/mol至约30×106g/mol之间，或在约3×106g/mol至约20×106g/mol之间，或在约3×106g/mol至约10×106g/mol之间，或在约3×106g/mol至约6×106g/mol之间。“非常高分子量聚乙烯”指的是重均分子量小于3×106g/mol和大于1×106g/mol的聚乙烯组合物。在一些实施方案中，非常高分子量聚乙烯组合物的分子量在2×106g/mol-3×106g/mol之间。“高分子量聚乙烯”指的是重均分子量是至少3×105g/mol和可以是3×105g/mol-1×106g/mol的聚乙烯组合物。为本说明书的目的，本文提及的分子量根据Margolies等式测定(“Margolies分子量”)。
合适的聚乙烯材料是从几个来源可商购的，该来源包括来自Ticona PolymersLLC(其是德克萨斯州达拉斯的Celanese Corporation的分公司)的
Figure BDA0002460955980000151
UHMWPE，和DSM(荷兰)，Braskem(巴西)，Beijing Factory2号(BAAF)，Shanghai Chemical，和Qilu(中华人民共和国)，Mitsui和Asahi(日本)。具体而言，GUR聚合物可以包括：GUR 2000系列(2105、2122、2122-5、2126)、GUR 4000系列(4120、4130、4150、4170、4012、4122-5、4022-6、4050-3/4150-3)、GUR 8000系列(8110、8020)和GUR X系列(X127、X143、X184、X168、X172、X192)。
合适的聚乙烯材料的一个实例是其特性粘度是5dl/g-30dl/g和结晶度是80％或更大，如美国专利申请公开号2008/0090081所述。合适的聚乙烯材料的另一实例是其通过ASTM-D 4020(2011)测定的分子量是300000g/mol-2000000g/mol，平均粒度D50是300-1500μm，和堆密度是0.25-0.5g/ml，如WO2011/140053所述。
在一种实施方案中，粘结剂是各种粘结剂的组合。在一种实施方案中，粘结剂具有0.5-5000微米、例如10-1000微米、20-600微米、125-5000微米、125-1000微米、150-600微米、200-600微米、250-600微米、或300-600微米的粒度。在另一实施方案中，粘结剂可以是各种粒度的混合物。在另一实施方案中，粘结剂可以是平均粒度为125-5000微米、例如125-1000微米或125-600微米的各种粒度的混合物。
另外地，粘结剂可以具有0.10-0.55g/cm3、例如0.17-0.50g/cm3或0.20-0.47g/cm3的堆密度。
除了前述的粘结剂之外，其他常规热塑体也可以用作粘结剂。这样的热塑体可以包括例如：聚烯烃、聚酯、聚酰胺(或尼龙)、聚丙烯酸类、聚苯乙烯、乙烯基聚合物和纤维素。聚烯烃包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、其共聚物、其混合物等。
聚乙烯进一步包括低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、其共聚物、其混合物等。聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸环己二亚甲酯、聚对苯二甲酸三亚甲酯、其共聚物、其混合物等。聚丙烯酸类包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物、其改性物等。聚苯乙烯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、其共聚物、其混合物等。乙烯基聚合物包括但不限于乙烯乙酸乙烯酯、乙烯乙烯醇、聚氯乙烯、其共聚物、其混合物等。纤维素包括但不限于醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、丙酸纤维素、乙基纤维素、其共聚物、其混合物等。
粘结剂可以赋予任何形状。这样的形状包括球形、土卫七形(hyperion)、星状、球粒陨石(chrondular)或星际尘埃状、颗粒形(cranulated)、马铃薯形、不规则形或其组合。
多孔物质优选有效地从烟草烟雾中除去组分。多孔物质可以用于减少由世界卫生组织(WHO)所针对的某些烟草烟雾组分或由美国食品和药品监督管理局(FDA)归类为HPHC(有害或潜在有害的化合物)的某些化合物的递送。例如包含粘结剂和活性颗粒如活性炭的多孔物质将某些烟草烟雾或气溶胶组分的递送降低到低于WHO推荐的水平。
多孔物质可以通过任何手段来制造。在一种实施方案中，将活性颗粒和粘结剂共混在一起并且引入模具中。将模具加热到高于粘结剂熔点的温度，例如在一种实施方案中约200℃并且在所述温度下保持一段时间(在一种实施方案中40±10分钟)。其后，将物质从模具中移出，并且冷却到室温。在一种实施方案中，该过程的特征在于是一种自由烧结过程，因为粘结剂在其熔融温度下不流动(或流动非常少)，并且没有压力施加至模具中的共混材料。在此实施方案中，在活性颗粒和粘结剂之间形成点粘结。这使得能够实现优异的粘结，并且使得间隙空间最大化，同时使得活性颗粒被自由流动的熔融粘结剂堵塞的表面最小化。同样参见美国专利号6770736、7049382、7160453，通过引用并入本文。
可替代地，可以使用压力下的烧结过程来制造多孔物质。在将活性颗粒和粘结剂的混合物(或在可以低于、处于或高于粘结剂的熔融温度的温度下)加热时，施加压力到混合物上以促进多孔物质的聚结。
同样，多孔物质可以通过挤出烧结过程来制造，其中将混合物在挤出机料筒中加热并且挤出成多孔物质。
考虑到以下非限定性实施例将更好地理解本发明。
实施例1
使用用于气溶胶冷却元件和/或支撑元件的多孔物质来构建气溶胶发生装置，来与没有气溶胶冷却元件的气溶胶发生装置进行比较。气溶胶发生装置用Cerulean SM450吸烟机，使用1999年12月针对“测定主流烟草烟雾中的焦油、烟碱和一氧化碳”的加拿大卫生部协议来测试。最大喷烟温度在11个喷烟上，使用插入吸嘴中的热电偶温度计来测量。样品A-C中的多孔物质由超高分子量聚乙烯和吸附剂碳组成。将多孔物质连接到气溶胶发生基底上，并且样品A和B中具有支撑元件和样品C中不具有支撑元件。在样品B和C中，将多孔物质紧挨基底后面放置，和在样品A中，将多孔物质放置在支撑元件后面。将具有多孔物质的样品(A-C)与没有冷却元件的装置(样品D)进行比较。下表1中显示了针对每个构造的最大喷烟温度。
Figure BDA0002460955980000181
如表1中所示，与包括与样品D相同的组分但是加入了多孔物质的样品A和B相比，不包括多孔物质的样品D具有更大的最大喷烟温度。与包括多孔物质和吸嘴但是不包括支撑元件的样品C相比，样品D也具有更大的最大喷烟温度。因此，包括多孔物质导致最大喷烟温度降低，和甚至允许省略样品D中的支撑元件。
实施例2：
多孔物质使用下表2中所示的组分来生产。该多孔物质的封装压降使用CeruleanQuantum Solo V台式压降测试仪测量。结果显示在下表2中。
Figure BDA0002460955980000182
如表2中所示，通过加入40％的碳，封装压降从样品5到样品4是下降的。含有增塑的醋酸纤维素塑料的多孔物质的封装压降甚至小于样品4和5的封装压降。
尽管已经详细描述了本发明，但是在本发明主旨和范围内的改动将是本领域技术人员显而易见的。应当理解以上和/或附加权利要求中引述的本发明的方面和各种实施方案和各种特征的部分可以整体或部分地组合或互换。在各种实施方案的前述描述中，提及另一实施方案的那些实施方案可以与其他实施方案适当组合，如本领域技术人员将理解的那样。此外，本领域技术人员将理解前述描述仅是示例性的，并且并非打算限制本发明。本文引用的所有美国专利和公开文献以其全部通过引用并入。

Claims (20)

1.一种气溶胶发生装置，其包括：
气溶胶发生制品，其中所述气溶胶发生制品包括：
气溶胶形成基底；
支撑元件；
气溶胶冷却元件；和
吸嘴，
其中所述支撑元件、所述气溶胶冷却元件和所述吸嘴中的至少之一包含多孔物质，所述多孔物质包含20-100wt％的粘结剂和0-80wt％的活性或非活性颗粒。
2.权利要求1的装置，其中所述支撑元件包含所述多孔物质。
3.权利要求1的装置，其中所述气溶胶冷却元件包含所述多孔物质。
4.权利要求1的装置，其中所述吸嘴包含所述多孔物质。
5.权利要求1的装置，其中所述支撑元件和所述气溶胶冷却元件包含所述多孔物质。
6.权利要求1的装置，其中所述支撑元件和所述吸嘴包含所述多孔物质。
7.权利要求1的装置，其中所述气溶胶冷却元件和所述吸嘴包含所述多孔物质。
8.权利要求1的装置，其中所述支撑元件、所述气溶胶冷却元件和所述吸嘴包含所述多孔物质。
9.权利要求1-8中任一项的装置，其中所述粘结剂包含非常高分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯或其组合。
10.权利要求1-8中任一项的装置，其中所述粘结剂选自聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚丙烯酸类、聚苯乙烯、乙烯基聚合物、纤维素及其组合。
11.权利要求9的装置，其中所述粘结剂进一步包含聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚丙烯酸类、聚苯乙烯、乙烯基聚合物、纤维素或其组合。
12.权利要求1-11中任一项的装置，其中所述活性颗粒选自离子交换树脂、干燥剂、硅酸盐、分子筛、硅胶、活性氧化铝、珍珠岩、海泡石、漂白土、硅酸镁、金属氧化物、活性炭、活性木炭及其组合。
13.权利要求1-11中任一项的装置，其中所述非活性颗粒包含热稳定的材料。
14.权利要求1-11中任一项的装置，其中所述非活性颗粒包含选自以下的吸附剂碳：多孔级碳、石墨、低活性炭和非活性炭。
15.权利要求1-11中任一项的装置，其中所述非活性颗粒包含选自以下的无机固体：陶瓷、玻璃、氧化铝、蛭石、粘土、膨润土和惰性材料。
16.权利要求1-15中任一项的装置，其中所述多孔物质具有小于3.0mm水/mm长度的封装压降。
17.权利要求1-16中任一项的装置，其中所述粘结剂配置成经历反复的热循环而无结构变形。
18.权利要求17的装置，其中所述粘结剂配置成经历小于10％的压降改变。
19.权利要求1-18中任一项的装置，其中所述多孔物质配置成提供多路径空气流。
20.权利要求1-19中任一项的装置，其中将所述支撑元件和所述气溶胶冷却元件组合成单个单元，并且其中与作为分开单元的所述支撑元件和所述气溶胶冷却元件相比，压降基本上相同。
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