CN112203533A - 用于气溶胶生成装置的防污、热反射涂层 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生成可吸入蒸气的气溶胶生成装置，其中所述气溶胶生成装置包括被配置为接收气溶胶生成制品的加热室。所述加热室的内壁包括涂层。此涂层包括粘合剂材料和嵌入所述粘合剂材料中的金属颗粒。另选地，所述涂层包括金属合金。所述涂层被配置为具有热反射性和防污性。

Description

用于气溶胶生成装置的防污、热反射涂层

技术领域

本发明涉及一种用于生成可吸入气溶胶的气溶胶生成装置。已知生成气溶胶的装置，其加热但不燃烧生成气溶胶的基材，如烟草。这些装置加热气溶胶生成基材到足够高的温度，以产生供使用者吸入的气溶胶。

背景技术

这些气溶胶生成装置通常包括加热室，其中加热元件布置在加热室内。包括气溶胶生成基材的气溶胶生成制品可插入到加热室中，并通过加热元件加热。加热元件通常被配置为加热销，并且在制品插入到加热室中时穿透到气溶胶生成制品的气溶胶生成基材中。这种气溶胶生成装置通常由具有有限能量容量的电源，例如电池，供电。由于易于携带，常规气溶胶生成装置的尺寸和重量也受到限制。因此，这种气溶胶生成装置的工作时间通常受到设计尺寸限制内的电池容量的限制。通常，在操作期间，通过来自加热室的热损失来进一步缩短操作时间。

因此，为了使这种气溶胶生成装置的工作时间最大化，需要减少热损失。

通常，由这种气溶胶生成装置生成的气溶胶在加热室的内壁上凝结。气溶胶生成基材的残留物可能会粘附到加热室的内壁上。这可能导致气溶胶生成基材在加热室的内壁上非需要性沉积。

因此，还期望提供一种不易形成气溶胶生成基材的沉积物且更易于清洁的气溶胶生成装置。

发明内容

为了达到这一目的和其他目的，本发明提出了一种用于生成可吸入蒸气的气溶胶生成装置。气溶胶生成装置包括配置为接收气溶胶生成制品的加热室。加热室的内壁包括涂层。涂层包括粘合剂材料和嵌入粘合剂材料中的金属颗粒。另选地，涂层包括金属合金。涂层可以被配置为具有热反射性和防污性。

通过为气溶胶生成装置的加热室提供热反射和防污涂层，可以改善气溶胶生成装置的几个特征。在运行过程中，气溶胶沉积物可能会粘附到加热室的壁上。涂层的防污特性可以防止或减少涂层表面上多余的残留物。另外，由于沉积物不会牢固地附着在防污表面上，因此可以提高加热室的清洁效率。因此，涂层的热反射特性将持续更长的时间，这是因为涂层不会被多余的残留物覆盖。

由于涂层的热反射特性，由装置生成的辐射在室内被更有效地反射。因此，减少了设备操作期间的热损失。此外，室内辐射的反射将允许气溶胶生成制品中更均匀的热量分布。这可以使得加热时间更快、加热更有效以及能耗更低。

热反射和防污涂层可以包括粘合剂材料和嵌入粘合剂材料的金属颗粒。粘合剂材料可以衬在加热室的内壁上。金属颗粒大体上被粘合剂材料包围。粘合剂材料将金属颗粒的位置相对于彼此固定，将金属颗粒的位置固定到加热室的内壁以及粘合剂材料。粘合剂材料粘附到加热室的内壁上。

优选地，加热室的内壁为包围加热室的外周的壁。优选地，加热室具有圆柱形状。优选地，加热室具有中空的管状形状。优选地，加热室具有底座。底座可以是内壁的一部分。优选地，加热室具有开口，可将气溶胶生成制品插入到开口中。优选地，开口不是内壁的一部分。

例如，防污和热反射涂层可以通过气相沉积、热喷涂、等离子喷涂、物理或化学气相沉积、电镀、多层沉积工艺、粉末涂覆、浸涂或薄膜涂覆工艺施加到加热室的内壁上。提供防污和热反射材料作为涂层有利于材料的涂覆。在制造期间，可以将涂层施加到加热室的侧壁上。

优选地，气溶胶生成装置的加热室的内壁的热反射和防污涂层由粘合剂材料和嵌入粘合剂材料的金属颗粒组成，或者涂层由金属合金组成。

热反射和防污涂层可以包括表面纳米结构。与缺乏这种纳米结构的表面相比，纳米结构为表面提供了增加的表面粗糙度。纳米结构可导致表面的疏水性增强，例如通过增大的接触角值来表示。纳米结构可以通过将纳米颗粒添加到粘合剂材料中或将粘合剂材料与带纹理的表面结合，然后进行化学修饰来实现。此外，例如，纳米结构可以通过添加玻璃熔剂、纳米颗粒粘附、溶胶-凝胶加工、热端浮法、热等离子体喷涂、生物工程自组装(硅藻生长)或蚀刻来实现。由纳米结构引起的涂层的疏水性增强表明清洁效率提高和表面上气溶胶生成基材的沉积减少。

热反射和防污涂层的粘合剂材料可以是聚合物材料或搪瓷熔块。优选地，例如，20℃下，这种聚合物材料的低表面张力小于每米40毫牛顿。具有较低表面张力的涂层具有较高的疏水性。

优选地，聚合物材料包括丙烯酸类、酰胺、酰亚胺、碳酸酯、二烯、聚酯、醚、碳氟化合物、烯烃、苯乙烯、乙缩醛、氯乙烯、偏二氯乙烯、乙烯基酯、乙烯醚、乙烯酮、乙烯基吡啶和乙烯基吡咯烷酮聚合物。

如果金属颗粒布置在面向加热室内部的粘合剂表面上或附近，则粘合剂可以包括不透明的聚合物或搪瓷材料。术语“附近”表示大于50％，优选大于70％，更优选大于90％的金属颗粒被布置成比面向加热室内部的涂层表面更靠近面向加热室内部的涂层表面。

粘结剂可以被配置为热稳定的，从而在加热元件的操作期间防止粘结剂熔化。

防污和热反射涂层可以被配置为至少部分地反射红外辐射。热反射和防污涂层的金属颗粒可包含选自铝、铜、金、银、其合金或它们的组合的金属。另选地，可以使用金属氧化物颗粒，例如钛、铁和钴的氧化物及其混合物。可以使用反射红外辐射的其他金属。优选地，颗粒定位在热反射涂层的面向加热室的内部的表面上或附近，以增加辐射反射效率。如果需要，金属颗粒可以包括吸收红外辐射的颗粒，使得红外辐射转化为涂层内的热量，该热量通过传导而迁移穿过涂层。

热反射和防污涂层可以被配置为抗刮擦的，以防止在插入和移除气溶胶生成制品期间涂层损坏。

热反射和防污涂层可以包括具有不粘特性的金属合金。这种金属合金的例子是硼-铝-镁、镍-铬-铬碳化物、镍-铝-钼、铝-铜-铁、铝-铜-铁-铬以及钛铬基合金。涂层可以包括多层金属合金。优选地，涂层包括单层镍-铝-钼。另选地，涂层可以包括镍-铬-碳化铬层和镍-铝-钼层。镍-铝-钼层可衬在加热室的内壁上，镍-铬-碳化铬层可衬在镍-铝-钼层上，使得镍-铬-碳化铬层面向加热室的内部。涂层可以包括由钛铬基合金组成的多层。涂层可以包括准晶体结构层，该准晶体结构层包括铝-铜-铁(Al-Cu-Fe)或铝-铜-铁-铬(Al-Cu-Fe-Cr)合金。

加热元件可以布置成沿着加热室的纵向轴线在中心对准。加热元件可以被配置为销或刀片。销或叶片被配置为在将气溶胶生成制品插入加热腔室期间渗透到气溶胶生成制品的气溶胶生成基材中。加热元件也可以设置为围绕加热室的外部加热器。

气溶胶生成装置可以包括其他部件，例如控制元件和电池。电池可以被配置为向加热元件供应电力以用于操作加热元件。控制元件可以被配置为控制从电池向加热元件的电能的流动。

本发明还涉及一种用于生成可吸入蒸气的气溶胶生成装置的制造方法，其中该方法包括以下步骤：

i.提供加热室，该加热室被配置为接收气溶胶生成制品，

ii.向加热室的内壁施加涂层，其中该涂层包含粘合剂材料和嵌入该粘合剂材料中的金属颗粒，或者该涂层包含金属合金，并且其中该涂层可以被配置为具有热反射性和防污性。

如本文中所使用的，术语‘气溶胶形成基材’涉及能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的基材。可以通过加热气溶胶形成基材来释放此类挥发性化合物。气溶胶形成基材可以适宜地为气溶胶生成制品或吸烟制品的一部分。

如本文所使用的，术语“气溶胶生成制品”指包括能够释放可以形成气溶胶的挥发性化合物的气溶胶形成基材的制品。例如，气溶胶生成制品可以是生成可以通过用户的口直接吸入到用户的肺中的气溶胶的吸烟制品。气溶胶生成制品可以是一次性的。包括包含烟草的气溶胶形成基材的吸烟制品被称为烟草棒。

由于电流通过加热元件，加热元件与气溶胶形成基材接触的部分被加热。电流由电池提供。在一个实施方案中，加热元件的该部分被配置为在使用中达到约300℃至约550℃之间的温度。优选地，加热元件被配置为达到约320℃至约350℃之间的温度。

如本文中所使用，术语“气溶胶生成装置”涉及一种与气溶胶形成基材相互作用以生成气溶胶的装置。气溶胶形成基材可以是气溶胶生成制品的一部分，例如吸烟制品的一部分。气溶胶生成装置可以是与气溶胶生成制品的气溶胶形成基材相互作用以生成可通过使用者的口直接吸入到使用者的肺中的气溶胶的吸烟装置。气溶胶生成装置可以是保持器。

优选地，装置是便携式或手持式装置，其适于握在单只手的手指之间。装置可以是大致圆柱形的形状，并且长度在70至120mm之间。优选地，装置的最大直径在10至20mm之间。在一个实施方案中，装置具有多边形的横截面和形成在一个面上的突出按钮。在这一实施方案中，从平面到相对的平面截取的装置的直径在12.7mm和13.65mm之间，从边缘到相对边缘(即从设备一侧的两个面的交点到另一侧的相应交点)截取的装置的直径在13.4和14.2之间，以及从按钮顶部到相对底平面截取的装置的直径在14.2mm和15mm之间。

装置可以是电加热的吸烟装置。

装置可以包括其他加热器。例如，装置可以包括围绕腔的周边定位的外部加热器。外部加热器可采用任何合适形式。例如，外部加热器可采用介电基材(例如，聚酰亚胺)上的一个或多个柔性加热箔的形式。可以使柔性加热箔成型成与腔体的周边相符。另选地，外部加热器可以采取金属网格、柔性印刷电路板、成型互连装置(MID)、陶瓷加热器、柔性碳纤维加热器的形式，或可以使用涂布技术，例如等离子体气相沉积，在适合的成型基材上形成。外部加热器也可使用具有温度与电阻率间定义关系的金属来形成。在此类示例性装置中，金属可在两层合适绝缘材料之间形成为迹线。以此方式形成的外部加热器可用于加热和监控操作期间外部加热器的温度。

所述电源可以是任何合适的电源，例如DC电压源，例如电池。在一个实施方案中，电源是锂离子电池。另选地，电源可以是镍-金属氢化物电池、镍镉电池，或锂基电池例如锂-钴、锂-铁-磷酸盐、钛酸锂或锂-聚合物电池。

控制元件可以是简单开关。另选地，控制元件可以是电路，并且可以包括一个或多个微处理器或微控制器。

在本发明的另一方面，提供了一种气溶胶生成系统，该气溶胶生成系统包括根据上述描述的气溶胶生成装置以及被配置为容纳在该气溶胶生成装置的腔室中的一个或多个气溶胶形成制品。

在操作期间，包含气溶胶形成基材的气溶胶生成制品可以部分地容纳在气溶胶生成装置内。

气溶胶生成制品可以是基本上圆柱形的形状。气溶胶生成制品可以是基本上细长的。气溶胶生成制品可具有长度和基本上垂直于所述长度的圆周。气溶胶形成基材可以是大体上圆柱形的形状。气溶胶形成基材可以是基本上细长的。气溶胶形成基材也可具有某一长度和基本上垂直于所述长度的圆周。

气溶胶生成制品可具有大约30mm与大约100mm之间的总长度。气溶胶生成制品可具有大约5mm与大约12mm之间的外径。气溶胶生成制品可包括过滤嘴滤嘴段。过滤嘴滤嘴段可以位于气溶胶生成制品的下游端。滤嘴段可以是乙酸纤维素滤嘴段。过滤嘴滤嘴段的长度在一个实施方案中为约7mm，但可具有约5mm到约10mm之间的长度。

在一个实施方案中，气溶胶生成制品的总长度近似为45mm。气溶胶生成制品可具有大约7.2mm的外径。另外，气溶胶形成基材的长度可为约10mm。另选地，气溶胶形成基材的长度可以为约12mm。另外，气溶胶形成基材的直径可在约5mm与约12mm之间。气溶胶生成制品可以包括外包装纸。此外，气溶胶生成制品可以包括气溶胶形成基材与过滤嘴滤嘴段之间的分隔物。分隔物可为约18mm，但是可在约5mm与约25mm的范围内。

气溶胶形成基材可以是固体气溶胶形成基材。另选地，气溶胶形成基材可以包括固体和液体组分。气溶胶形成基材可包括含烟草材料，所述含烟草材料含有加热后从基材释放的挥发性烟草香味化合物。另选地，气溶胶形成基材可包括非烟草材料。气溶胶形成基材可以进一步包括有助于致密且稳定气溶胶形成的气溶胶形成剂。合适的气溶胶形成剂的示例是丙三醇和丙二醇。

如果气溶胶形成基材是固体气溶胶形成基材，那么固体气溶胶形成基材可包括(例如)以下各者中的一个或多个：粉末、颗粒、小球、碎片、通心管、条或片材，该片材含有草本植物叶、烟叶、烟草肋料、再造烟草、均质烟草、挤出烟草、落叶烟草和膨胀烟草中的一个或多个。固体气溶胶形成基材可呈松散形式，或可提供于合适的容器或筒中。任选地，固体气溶胶形成基材可含有在基材加热后释放的额外烟草或非烟草挥发性香味化合物。固体气溶胶形成基材也可含有胶囊，该胶囊例如包含额外烟草或非烟草挥发性香味化合物，且此类胶囊可在固体气溶胶形成基材的加热期间熔化。

如本文中所使用的，均质烟草指通过团聚颗粒烟草形成的材料。均质化烟草材料可呈薄片的形式。均质烟草材料可以具有以干重计大于5％的气溶胶形成剂含量。均质烟草材料可以另选地具有以干重计介于5重量％与30重量％之间的气溶胶形成剂含量。均质烟草材料的薄片可以通过使微粒烟草聚结而形成，所述微粒烟草通过将烟草叶片和烟草叶梗中的一种或两种研磨而获得或以其他方式组合而获得。另选地或作为补充，均质烟草材料薄片可以包括在例如烟草的处理、操作和运送期间形成的烟草尘、烟草细粒和其他微粒烟草副产品中的一种或多种。均质烟草材料薄片可以包含作为烟草内源性粘合剂的一种或多种固有粘合剂、作为烟草外源性粘合剂的一种或多种外来粘合剂或其组合，以帮助微粒烟草聚结；另选地或作为补充，均质烟草材料薄片可以包括其他添加剂，包含但不限于烟草和非烟草纤维、气溶胶形成剂、保湿剂、增塑剂、调味剂、填充剂、水性溶剂和非水性溶剂以及其组合。

任选地，固体气溶胶形成基材可以被设置在热稳定载体上或包埋在热稳定载体中。载体可以采取粉末、颗粒、小球、碎片、细条、条状物或薄片形式。另选地，载体可以是管状载体，其内表面上或其外表面上或其内表面和外表面上沉积有固体基材薄层。此类管状载体可以由例如纸或纸样材料、非织造碳纤维垫、低质量开网金属丝网(low mass openmesh metallic screen)或穿孔金属箔或任何其他热稳定聚合物基质形成。

在一个特别优选的实施方案中，气溶胶形成基材包括均质烟草材料的聚集卷曲片材。如本文所使用，术语“轧纹片材”表示具有多个基本平行的隆脊或皱折的片材。优选地，当已经组装了气溶胶生成制品时，大致平行的脊或皱折沿着或平行于气溶胶生成制品的纵向轴线延伸。这有利地促进了均质烟草材料的卷曲片材的聚集，以形成气溶胶生成基材。然而，应当理解，用于包含在气溶胶生成制品中的均质烟草材料的卷曲片材可以另选地或作为补充具有当已经组装了气溶胶生成制品时与气溶胶生成制品的纵向轴线成锐角或钝角设置的多个大致平行的脊或皱折。在某些实施方案中，气溶胶形成基材可以包括均质烟草材料的聚集片材，该聚集片材在大致其整个表面上大致均匀地纹理化。例如，气溶胶形成基材可以包括均质烟草材料的聚集卷曲片材，该聚集卷曲片材包括多个大致平行的脊或皱折，这些脊或皱折在片材的宽度上大致均匀地间隔开。

可以将固体气溶胶形成基材以例如片材、泡沫、凝胶或浆料的形式沉积在载体的表面上。固体气溶胶形成基材可以沉积在载体的整个表面上，或者另选地，可以按一定图案沉积，以便在使用期间提供不均匀的香味递送。

气溶胶生成系统是气溶胶生成装置和与该装置一起使用的一个或多个气溶胶生成制品的组合。然而，气溶胶生成系统可以包括附加组件，例如用于对电动的或电气溶胶生成装置中的车载电源进行充电的充电单元。

附图说明

将参考附图仅通过举例方式进一步描述本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明的气溶胶生成装置的加热室的横截面图，该气溶胶生成装置具有包括粘合剂材料和金属颗粒的涂层。

图2示出了气溶胶生成装置的加热室的横截面图，其中涂层包括表面纳米结构。

图3示出了气溶胶生成装置的加热室的横截面图，其中涂层由金属合金组成。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的气溶胶生成装置的加热室10的横截面图。包含气溶胶生成基材的气溶胶生成制品14被插入加热室10中。叶片状的加热元件12穿透气溶胶生成制品14。加热室10的内壁16衬有防污和热反射涂层18。涂层18包括粘合剂材料20和嵌入粘合剂材料20内的金属颗粒22。粘合剂材料20可以包括聚合物材料或搪瓷熔块。

加热元件12被配置为用于加热包含在气溶胶生成制品14中的气溶胶生成基材，以生成可吸入的气溶胶。防污和热反射涂层18至少部分地反射加热元件12辐射的且未被气溶胶生成制品14完全吸收的热量。因此，热量至少部分地从加热室10的内壁16朝着气溶胶生成制品14反射回去。

防污和热反射涂层18被配置为减少或防止气溶胶生成基材的残留物粘附到加热室10的内壁16上。尤其是在插入和移除气溶胶生成制品14的过程中，减少了在内壁16的表面上基板残留物的形成。

图2示出了衬在加热室10上的防污和热反射涂层18的表面纳米结构24。表面纳米结构24增强了涂层的疏水性。表面纳米结构24被配置为减少气溶胶生成基材的残留物粘附到加热室10的内壁16的表面。表面纳米结构24在防污和热反射涂层18的表面上具有纳米突起的形状。

图3示出了由金属合金26组成的防污和热反射涂层18。金属合金26在涂层18的面对加热室10的内部的表面上包括表面纳米结构28。表面纳米结构28增加了涂层18的疏水性，使得涂层具有增强的防污性能。

Claims (15)

1.一种用于生成可吸入蒸气的气溶胶生成装置，其中所述气溶胶生成装置包括被配置为接收气溶胶生成制品的加热室，其中所述加热室的内壁包括涂层，其中所述涂层包括粘合剂材料和嵌入所述粘合剂材料的金属颗粒或者所述涂层包括金属合金，并且其中所述涂层被配置为具有热反射性和防污性。

2.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其中所述涂层由粘结剂材料和嵌入所述粘结剂材料的金属颗粒组成，或者所述涂层由金属合金组成。

3.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述涂层在所述涂层的面对所述加热室的内部的表面上包括纳米结构，其中所述纳米结构被配置为增加所述表面的疏水性。

4.根据前述权利要求中任一项所述的气溶胶生成装置，其中所述粘合剂材料包括聚合物材料。

5.根据权利要求4所述的气溶胶生成装置，其中所述聚合物材料具有低表面张力。

6.根据权利要求4或5所述的气溶胶生成装置，其中所述聚合物材料包括丙烯酸类、酰胺、酰亚胺、碳酸酯、二烯、聚酯、醚、碳氟化合物、烯烃、苯乙烯、乙烯基缩醛、氯乙烯、偏二氯乙烯、乙烯基酯、乙烯基醚、乙烯基酮、乙烯基吡啶和乙烯基吡咯烷酮聚合物的一种或多种。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的气溶胶生成装置，其中所述粘合剂材料被配置为搪瓷熔块。

8.根据前述权利要求中任一项所述的气溶胶生成装置，其中所述金属颗粒包括铝、铜、金、银或其合金中的一种或多种。

9.根据前述权利要求中任一项所述的气溶胶生成装置，其中所述金属颗粒被设置在所述涂层的面向所述加热室的内部的表面附近。

10.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述金属合金包括硼-铝-镁、镍-铬-碳化铬、镍-铝-钼、铝-铜-铁、铝-铜-铁-铬和钛铬基合金中的一种或多种。

11.根据权利要求1、2或10所述的气溶胶生成装置，其中所述涂层包括单层或多层金属合金。

12.根据权利要求11所述的气溶胶生成装置，其中所述涂层由单层镍-铝-钼组成。

13.根据权利要求11所述的气溶胶生成装置，其中所述涂层由单层准晶体结构组成，所述准晶体结构包括铝-铜-铁或铝-铜-铁-铬合金。

14.根据权利要求11所述的气溶胶生成装置，其中所述涂层由镍-铬-碳化铬层和镍-铝-钼层组成，其中所述镍-铝-钼层直接设置在所述加热室的内壁上，并且所述镍-铬-碳化铬层面向所述加热室的内部布置。

15.制造气溶胶生成装置以生成可吸入蒸气的方法，其中所述方法包括以下步骤：

iii.提供加热室，所述加热室被配置为接收气溶胶生成制品，

iv.向所述加热室的内壁施加涂层，其中所述涂层包括粘合剂材料和嵌入所述粘合剂材料中的金属颗粒，或者所述涂层包括金属合金，并且其中所述涂层被配置为具有热反射性和抗污性。

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