CS273608B2 - Rod for smoking - Google Patents

Description

Vynález se týká tyčinky ke kouření, která vytváří aerosol podobající se tabákovému kouři, avšak obsahující množství produktů nedokonalého spalování nebo pyrolýzy.

Během posledních dvaceti až třiceti let byla navržena řada předmětů ke kouření, avšak žádný z nich nedoznal komerční úspěch. Přes desetiletí prací a snah není dosud na trhu předmět nahrazující cigaretu, který by poskytoval požitek spojený s normálním kouřením cigarety, aniž by vyvíjel značná množství produktů nedokonalého spalování a pyrolýzy.

V evropské přihlášce 0117 355 je např. popsána tyčinka ke kouření, která má na zapalovacím konci uhlíkatý zdroj tepla s axiálním kanálem a na druhém konci náústek, a mezi ni mi generátor aromatu nebo chutí a vůně. Zdroj tepla je vyroben pyrolýzou trubičky z lignocelulózového materiálu o délce 65 mm nebo 90 mm za specifikovaných podmínek, a poté je podroben ještě dalšímu zpracování. Generátor aerosolu obsahuje substrát, napr. aluminu, který je impregnován alespoň jednou aromatizačni látkou uvolňující se teplem nebo ji inherentně obsahuje. Generátor může být rovněž tvořen aromatickým tvarovým jádrem, umístěným přímo ve zdroji tepla. Za generátor aerosolu může být umístěn běžný cigaretový filtr. Během kouření takové tyčinky proudí vzduch kanálkem v uhlíkatém zdroji tepla, ohřívá se a přechází přes generátor obsahující aromatizačni látky, které se tim uvolňují a vytvářejí aerosol. I tato tyčinka vyvíjí při kouření produkty nedokonalého spalování a mimo to obsah aromatizačních látek ve vdechovaném kouři postupně klesá.

Vynález odstraňuje nevýhody dosavadních náhražek cigarety a jeho předmětem je tyčinka ke kouření, obsahující na zapalovacím konci uhlíkatý hořlavý element a na opačné straně náústkový konec a fyzicky oddělený generátor aerosolu, sestávající ze substrátu nesoucího látku vytvářející aerosol a určený k ohřátí teplem z hořlavého elementu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že uhlíkatý hořlavý element má hustotu alespoň 0,5 g.cm ⁵ a délku menší než 3/8 délky celé tyčinky, přičemž s výhodou obsahuje alespoň 60% hmotnosti uhlíku. Při zapálení vyvíjí hořlavý element teplo, které slouží k vypařování látek nebo látky, vytvářející aerosol v generátoru aerosolu. Tyto těkavé látky jsou pak vedeny směrem k náústkovému konci tyčinky, zejména během nasávání, a do úst kuřáka podobně jako kouř běžné cigarety. Hořlavý element je spojen s generátorem aerosolu pomocí tepelně vodivého elementu, například kovové fólie, která účinně vede nebo přenáší teplo z hořícího hořlavého elementu do generátoru aerosolu. Tento tepelně vodivý element se s výhodou dotýká hořlavého elementu a generátoru aerosolu alespoň po části jejich obvodu. Kromě toho je alespoň část hořlavého ele mentu s výhodou opatřena obvodovým izolačním členem, například pláštěm z izolačních vláken který je s výhodou pružný a alespoň 0,5 mm silný, což snižuje tepelné ztráty v radiálním směru a udržuje a směruje proudění tepla z hořlavého elementu ke generátoru aerosolu. Izolační člen s výhodou obaluje alespoň část hořlavého elementu a účelně alespoň část generátoru aerosolu.

Protože hořlavý element je poměrně krátký, leží horký kužel plamene vždycky v blízkosti generátoru aerosolu, což zvyšuje přenos tepla do tohoto generátoru a tedy tvorbu aerosolu, zejména v těch provedeních, kdy je tyčinka ke kouření opatřena tepelně vodivým elementem. Použití poměrně krátkého a málo hmotného substrátu nebo nosiče v generátoru aerosolu rovněž zvyšuje tvorbu aerosolu, protože snižuje odvod tepla substrátem. Protože látka tvořící aerosol je fyzicky oddělena od hořlavého elementu, je vystavena podstatně nižším teplotám než panují v hořícím kuželi hořlavé hmoty, čímž se sníží na minimální hodnotu nebezpečí tepelného rozkladu látky tvořící aerosol. Uhlíkatý hořlavý element, který je v podstatě prost těkavých organických látek, vylučuje přítomnost produktů nedokonalého spalování a pyrolýzy a vylučuje tvorbu většího množství kouře, který prochází mimo určenou dráhu.

Tyčinka ke kouřeni podle vynálezu je normálně opatřena náústkovým koncem, který obsahuje například podélný kanálek k vedeni těkavé látky vytvořené v generátoru aerosolu ke kuřákovi. Výhodně má tyčinka ke kouření stejné celkové rozměry jako běžná cigareta, takže náústkový konec a dráha k vedení aerosolu obvykle zabírají více než polovinu délky tyčinky. Alternativně může být hořlavý element a generátor aerosolu vytvořen bez náústkového

CS 273 608 B2 konce a bez dráhy k vedení aerosolu, takže se používají s odděleným náústkovým koncem pro jednorázové nebo opětované použití.

Tyčinka ke kouření podle vynálezu může rovněž obsahovat dávku nebo zátku z tabáku, který může být přidán za tim účelem, aby dodal aerosolu tabákovou chuí. Tabák může být umístěn u toho konce generátoru aerosolu, který je přivrácen k náústkovému konci tyčinky, nebo může být smíchán s nosičem látky, která tvoří aerosol. V tyčince mohou být rovněž obsaženy aromatizační látky, které dodávají aerosolu chuí a vůni.

Výhodná provedení tyčinky ke kouření podle vynálezu mohou dodávat nejméně 0,6 mg aerosolu, měřeno jako celková hmotnost částic za mokra, během prvních tří šluků z cigarety, když se kouři podle podmínek označovaných FTC. Podle těchto podmínek spočívá kouření v tom, že dvousekundové šluky (35 ml celkového objemu) jsou odděleny 58 sekundami doutnání cigarety. 3eště výhodnější provedení podle vynálezu jsou schopná dodávat 1,5 mg i více aerosolu během prvních tří šluků. Nejvýhodnější provedení pak mohou dodávat 3 mg i více aerosolu během prvních tří šluků, kouří-li se v uvedených podmínkách FTC. Výhodná provedení podle vynálezu dodávají v průměru alespoň přibližně 0,8 mg celkových práškových látek za mokra na jeden šluk během alespoň šesti šluků, s výhodou během asi 10 šluků za uvedených podmínek FTC.

Vytvářený aerosol je chemicky jednoduchý a sestává v podstatě z oxidů uhlíku, vzduchu, vody a může obsahovat libovolné aromatické nebo jiné žádané prchavé látky, a stopová množství jiných materiálů. Aerosol s výhodou nemá mutagenní aktivitu, měřeno Amesovým testem, jenž bude uveden v dalším. Kromě toho je tyčinka prakticky bez popelu, takže její použivatel nemusí popel oklepávat. Aerosol obsahuje páry, plyny, částice a pod., a to jak viditelné tak neviditelné, a zejména takové složky, které kuřák pociíuje jako tabákové, generované působením tepla z hořícího hořlavého elementu na látky obsažené v generátoru aerosolu nebo jinde v tyčince. Pod pojmem aerosol se rovněž rozumí látka s obsahem těkavých ochucovacích činidel a/nebo farmakologicky nebo fyziologicky aktivních činidel,, nezávisle na tom, jestli vytvářejí viditelný aerosol.

Termín vodivý teplosměnný vztah znamená takové fyzické uspořádání generátoru aerosolu a hořlavého elementu, při kterémse teplo přenáší vedením z hořlavého elementu do generátoru aerosolu v podstatě po celou dobu hoření hořlavého elementu. Vodivý teplosměnný vztah lze realizovat tím, že se generátor aerosolu umístí do,styku s hořlavým elementem a do bezprostřední blízkosti hořící části hořlavého elementu, a/nebo použitím vodivého dílu, který vede teplo z hořícího elementu do generátoru aerosolu. S výhodou se přitom použije obou opatření.

V rámci vynálezu termín uhlíkatý znamená látku obsahující převážně uhlík.

Pod pojmem izolační látky se rozumějí všechny materiály, které působí převážně jako izolátory. Účelně tyto materiály během použití nehoří, mohou však zahrnovat pomalu hořící uhlíkaté látky a podobné materiály stejně jako látky, které se během použití roztavují, například skleněná vlákna s nízkou teplotou tání. Izolátory mají tepelnou vodivost v W

-1 -1 m .K menší než asi 20,93, s výhodou menší než 8,372 a nejvýhodněji menší než 2,093.

Tyčinka ke kouření je schopná vytvářet velká množství aerosolu jak zpočátku, tak po celou dobu kouření, aniž by docházelo k většímu tepelnému rozkladu látky vytvářející aerosol a ke vzniku produktů nedokonalého spalování a pyrolýzy. Tyčinky ke kouření podle vynálezu dávají kuřákovi příjemný pocit a požitek spojovaný normálně s kouřením cigarety, bez spalování tabáku.

Vynález bude popsán a vysvětlen podrobně v souvislosti s výkresy, kde značí obr. 1 až podélné řezy tyčinkou ke kouření podle vynálezu, obr. IA je příčný řez vedený rovinou

1A-1A na obr. 1, obr. 2A je podélný řez'obměněným hořlavým elementem z obr. 2, obr. 3A je příčný řez vedený rovinou 3A-3A na obr,. 3 a obr. 10 průměrný teplotní profil tyčinky ke kouření podle příkladu 5 během použití.

CS 273 600 B2

Provedení vynálezu, znázorněné na obr. 1, které má s výhodou průměr běžné cigarety, obsahuje krátký uhlíkatý hořlavý element 10, generátor 12 aerosolu, který se ho dotýká, a papírovou trubičku 14 s foliovým povlakem, která tvoří náústkový konec 15 tyčinky. V tomto provedení je hořlavý element. 10 z dřevěného uhlí, to znamená z karbonizovaného dřeva a je opatřen pěti podélnými kanálky 16 (obr. 1A). Hořlavý element 10, který má délku asi 20 mm, může být obalen podle potřeby cigaretovým papírkem, aby se zjednodušilo zapálení dřevěného uhlí. Cigaretový papírek může být zpracován běžnými aditivy usnadňujícími hoření.

Generátor 12 aerosolu obsahuje velké množství skleněných kuliček 20 povlečených látkou nebo látkami vytvářejícími aerosol, například glycerinem. Skleněné kuličky jsou udržovány na místě pórovitým kotoučkem 22, například z acetátu celulózy. Kotouček může být opatřen soustavou obvodových drážek 24, které tvoří kanálky mezi ním a papírovou trubičkou 14.

Papírová trubička 14 potažená fólií, která tvoří náústkový konec 15 tyčinky ke kouření, obklopuje generátor 12 aerosolu a zadní nehořící konec hořlavého elementu 10. Papírová trubička 14 rovněž vytváří přívodní kanál 26 pro aerosol mezi generátorem 12 aerosolu a náústkovým koncem 15 tyčinky.

Existence papírové trubičky 14 povlečené folií, která spojuje zadní konec hořlavého elementu 10 s generátorem 12 aerosolu, zvyšuje přenos tepla do generátoru 12. Folie rovněž podporuje zhasnutí hořícího konce elementu 10. Když zbývá pouze malé množství nespáleného paliva v hořlavém elementu 10, tepelné ztráty pres folii působí odvod tepla, který pomáhá zhasnout zbytek paliva.

Fólie použitá v tyčince ke kouření je typicky z hliníku a má tlouštku 0,0089 mm, avšak tlouštka a/nebo typ kovu použitého l< tyčince se může měnit tak, aby se dosáhlo požadovaného stupně přenosu tepla. Rovněž lze použít jiných typů tepelně vodivých dílů.

Tyčinka ke kouření, znázorněná na obr. 1, rovněž obsahuje případně tabákovou zátku 28, která přispívá k ochucení aerosolu. Tabáková zátka 28 může být. umístěna na straně kotoučku 22 přivrácené k náústkovérou konci 15, jak ukazuje obr. 1, nebo mezi skleněnými kuličkami 20 a kotoučkem 22. Případně může být uspořádána v přívodním kanálku 26 s mezerou od generátoru 12 aerosolu.

V provedení podle obr. 2 je krátký hořlavý element 10 tvořen vylisovanou uhlíkovou tyčinkou nebo zátkou délky asi 20 mm, která je opatřena axiálním podélným kanálkem 16. Alternativně může palivo sestávat z karbonizovaných vláken, přičemž je rovněž opatřeno axiálním kanálem odpovídajícím podélnému kanálku 16,. V tomto provedení obsahuje generátor 12 aerosolu tepelně stálý vodivý uhlíkatý substrát 30, například zátku z pórovitého uhlíku, impregnovanou látkou nebo látkami vytvářejícími aerosol. Substrát 30 může být případně opatřen axiálním kanálkem 32 (obr. 2). V tomto provedení tyčinka rovněž obsahuje tabákovou zátku 28, umístěnou s výhodou na konci substrátu 30 přivráceném k náústkovému konci. Pro dobrý vzhled obsahuje tyčinka vysoce pórovitý filtr 34 z acetátu celulózy, který může mít obvodové drážky 36 pro spojení a průchod látky tvořící aerosol mezi filtrem 34 a papírovou trubičkou 14. Jak ukazuje obr. 2A, zapalovací konec 11 hořlavého elementu 10 může být případně zešikmený, což usnadňuje zapálení.

Tyčinka podle obr. 3 obsahuje krátký hořlavý element 10., spojený s generátorem 12 aerosolu tepelně vodivou tyčkou 99 a papírovou trubičkou 14 povlečenou fólií, která rovněž vede k náústkovému konci 15 tyčinky. Hořlavý element 10 může být z dřevěného uhlí nebo sestávat z lisovaného nebo vytlačovaného uhlíku ve tvaru tyčky nebo zátky nebo z jiného zdroje uhlíkatého paliva.

Generátor 12 aerosolu sestává z tepelně stálého uhlíkatého substrátu 30., například ze zátky pórovitého uhlíku, naimpregnované látkou nebo látkami vytvářejícími aerosol. Mezi hořlavým elementem 10 a substrátem 30 generátoru 12 aerosolu je prázdný prostor 97. část papírové trubičky 14 s povlékací fólií, která obklopuje tento prázdný prostor 97, má

CS 273 608 B2 velký počet obvodových otvorů 100, které umožňují vnikání vzduchu do prázdného prostoru 97 k vyvolání vhodného úbytku tlaku.

Podle obr. 3 a 3A je tepelně vodivý díl tvořen tepelně vodivou tyěkou 99 a papírovou trubičkou 14 s povlékací fólií. Tyčka 99, vyrobená výhodně z hliníku, má nejméně jednu, s výhodou dvě až pět obvodových drážek 96, aby vzduch mohl procházet substrátem £0. Tyčinka ke kouření podle obr. 3 má tu výhodu, že vzduch vnikající do prázdného prostoru 97 obsahuje menší množství produktů oxidace uhlíku, protože neprochází hořícím palivem hořlavého elemen tu 10.

Tyčinka podle obr. 4 obsahuje vláknitý uhlíkový hořlavý element £0, například z karbonizované bavlny nebo rajónu. Hořlavý element 10 má jediný podélný kanálek £6. Substrát £8 generátoru 12 aerosolu je z granulovaného, tepelně odolného uhlíku. Bezprostředně za substrátem 38 je uložena tabáková zátka 28, Tyčinka podle tohoto provedení je opatřena trubičkou 40 z acetátu celulózy, která nahrazuje papírovou trubičku 14 s fólií podle předchozích provedení. Trubička 40 z acetátu celulózy tvoří dutý váleček 42 z vláken acetátu celulózy, který obklopuje plastickou trubičku 44, například z polypropylenu. Na náústkovém konci £5 je uspořádán filtrační roubík 45 s nízkou filtrační účinností z acetátu celulózy. Po celé délce je tyčinka zabalena v cigaretovém papírku 46, přičemž na náústkovém konci 15 může být povlak 48 z korku nebo z bílé barvy, který napodobuje filtr. Na vnitřní straně cigaretového papírku 46 je umístěn proužek 50 fólie, přivrácený k zapalovacímu konci tyčinky. Ten to proužek 50 sahá s výhodou od zadní části hořlavého elementu 10 k té straně tabákového roubíku 28, která je přivrácena k náústkovému konci £5. Může být z jednoho kusu s papírkem nebo může být tvořen odděleným kouskem fólie, uspořádaným před obalením tyčinky papírkem.

Provedení podle obr. 5 je podobné tyčince podle obr. 4: generátor 12 aerosolu je tvořen makrokapslí 52 z hliníku, která je naplněna zrnitým substrátem nebo, jak ukazuje obr. 5 směsí granulovaného substrátu 54 a tabáku 56. Makrokapsle 52 je na koncích £8, 60 zahnutá, takže uzavírá materiál a brání migraci látky vytvářející aerosol. Přední zahnutý konec 58 se s výhodou dotýká zadního konče hořlavého elementu £0, takže teplo se přenáší vedením. Dutina 62 tvořená předním koncem 58 rovněž brání migraci látky tvořící aerosol k palivu. Podélné kanálky 59, 61 umožňují průchod vzduchu a látky tvořící aerosol. Makrokapsle 52 a hořlavý element 10 mohou být spolu spojeny běžným cigaretovým papírkem 47, jak je znázorněno na obr. £, perforovaným keramickým papírem nebo proužkem folie. Při použití cigaretové ho papírku má být pruh 64 v blízkosti zadního konce hořlavého elementu 10 buó potištěn nebo zpracován křemičitanem sodným nebo jiným známým materiálem, který způsobí zhasnutí papíru. Celá délka tyčinky ke kouření je obalena běžným cigaretovým papírkem 46.

Obr. 6 ukazuje další provedení, opatřené hořlavým elementem 10 ve tvaru zátky z uhlíku. Hořlavý element ID má zaoblený zapalovací konec ££, který usnadňuje zapálení, a rovněž zaoblený zadní konec £, aby se dal lehce zasunout do trubkového obalu 66 z fólie. Zadního konce hořlavého elementu 10 se dotýká hliníkový kotouček £8, opatřený středovým otvorem £0. Na straně generátoru 12 obrácené k náústkovému konci '15 tyčinky je umístěn případně druhý hliníkový kotouček 72 se středovým otvorem 74. Mezi nimi je zóna 76 vyplněná částicemi substrátu a zóna 78 z tabáku. Trubkový obal 66 z fólie, v němž je uložen hořlavý element £0, sahá za druhý hliníkový kotouček 72. V tomto provedení obsahuje tyčinka dutou prstencovou tyčinku 42 s vnitřní plastovou trubičkou 44 z polypropylenu, a filtrační roubík 45 z acetátu celulózy. Tyčinka je po celé délce obalena cigaretovým papírkem 46.

Obr. 7 znázorňuje provedení, kde substrát 80 je umístěn ve velké elementu £0. Hořlavý element 10 je s výhodou vytvořen z vytlačovaného 80 je z poměrně tuhého pórovitého materiálu. Po celé délce je tyčinka papírkem 46. Hořlavý element 10 a trubička 40 z acetátu celulózy jsou kem 84 fólie, který rovněž usnadňuje zhasnutí paliva.

dutině 82 hořlavého uhlíku a substrát obalena cigaretovým spolu spojeny proužObr. 8 a 9 znázorňují tyčinku ke kouření, kde kolem hořlavého elementu 10 je uspořádán nehořlavý izolační plášt £6, jenž izoluje a koncentruje teplo z hořlavého elementu 10.

CS 273 608 B2

Toto provedení pomáhá snížit nebezpečí přeskočení plamene z hořlavého elementu 10 na generátor 12 aerosolu.

V tyčince ke kouření podle obr. 8 je hořlavý element 10 a substrát 30 uložen v prsten cové trubičce nebo plášti 86 z izolujících, například keramických nebo skleněných vláken. Místo keramických vláken lze použít nehořlavých uhlíkových nebo grafitových vláken. Hořlavý element 10 je účelně tvořen vytlačovanou uhlíkovou zátkou s podélným kanálkem 16. Zapalovací konec 11 hořlavého elementu 10 sahá nepatrně přes okraj pláště 86, aby se usnadnilo zapálení. Substrát 30 je z tuhého pórovitého uhlíkového materiálu, třebaže i jiné látky jsou v této souvislosti použitelné. Substrát 30 a zadní konec hořlavého elementu 10 jsou obklopeny kouskem hliníkové folie 87. Tato jednotka sestávající z hořlavého elementu 10 a substrátu 30, opatřená pláštěm, je připojena k náústkovému konci, například k trubičce 40 z acetátu celulózy, přičemž celá tyčinka je zabalena do běžného cigaretového papírku 46. Nehořlavý plást 86 sahá ke konci substrátu 30, který je přivrácen l< náústkovému konci tyčinky, avšak může nahradit i celou tyčinku 42 z acetátu celulózy.

V provedení podle obr. 9 uzavírá hliníková makrokapsle 52 typu analogického s obr. 5 granulovaný substrát 54 a tabák 56. Makrokapsle 52 je s výhodou uložena úplně uvnitř nehořlavého pláště 86. Mimoto zapalovací konec 11 hořlavého elementu 10 nevyčnívá z předního konce pláště 86. Makrokapsle 52 a zadní konec hořlavého elementu 10 jsou s výhodou obaleny hliníkovou folií analogicky jako na obr. 8.

Alternativně může být hliníková folie, která obklopuje substrát 30, zahnutá pouze na zadním konci. V tomto provedení může být zadní konec hořlavého elementu 10 zasunut do jednoho konce fólie a přes něj může být přesunuta polypropylenová trubička, která se může pří pádně jenom dotýkat předního konce fólie. Celá tato jednotka je obalena skleněnými vlákny do průměru běžné cigarety.

Při zapálení tyčinky ke kouření podle popsaných provedení hoří hořlavý element 10 a generuje teplo, které slouží k vypaření látky vytvářející aerosol nebo látek vytvářejících aerosol v generátoru 12 aerosolu. Tyto těkavé látky pak procházejí k náústkovému konci, zejména během nasávání, a do úst kuřáka, stejně jako kouř běžné cigarety.

Protože hořlavý element 10 je poměrně krátký, leží horký hořící konec vždycky blízko tělesa vytvářejícího aerosol, což zvyšuje přenos tepla do generátoru aerosolu a tvorbu aerosolu, zejména při použití tepelně vodivého dílu. Izolační díl omezuje, směruje a koncentruje teplo do střední části tyčinky, takže zvyšuje teplo přenášené do látky vytvářející aerosol.

Protože látka tvořící aerosol je fyzicky oddělena od hořlavého elementu, působí na ni značně nižší teploty než na hořícím konci hořlavého elementu 10. Tím se snižuje nebezpečí jejího tepelného rozkladu. Mimoto způsobuje toto uspořádání, že aerosol vzniká během tahu z cigarety, avšak během pouhého doutnání nevzniká aerosol vůbec nebo jen v nepatrném množství. Použití výhodných uhlíkatých hořlavých elementů 10 a fyzicky odděleného generátoru 12 aerosolu nevyvolává tvorbu produktů nedokonalého spalování a pyrolýzy.

V důsledku malého rozměru a charakteristik uhlíkatého hořlavého elementu při hoření začne hořlavý element obvykle hořet v podstatě po celé obnažené délce během několika málo prvních tahů. Následkem toho se ta část hořlavého elementu, která leží v blízkosti generátoru aerosolu, rychle ohřeje, což podstatně zvyšuje přenos tepla do generátoru aerosolu, zejména během počátečních a středních tahů z cigarety. Protože hořlavý element je krátký, neexistuje nikdy dlouhá část nehořícího paliva, která by tvořila tepelnou jímku, jak bylo obvykle u dřívějších náhražek cigaret s tepelně vytvářeným aerosolem. Přenos tepla a tedy tvorba a vedení aerosolu je rovněž podporováno kanálky procházejícími hořlavým elementem, které vedou horký vzduch ke generátoru aerosolu, zejména během nasávání z cigarety.

Ve výhodných provedeních vynálezu krátký uhlíkatý hořlavý element, tepelně vodivý element, izolační člen a kanálky v palivu spolupracují s generátorem aerosolu a vytvářejí s ním systém, který je schopen uvolňovat velká množství aerosolu prakticky při každém naCS 273 608 B2 sátí. Těsná blízkost hořícího kužele paliva u generátoru aerosolu po několika prvních tazích spolu s izolačním dílem má za následek velkou dodávku tepla do generátoru aerosolu jak při nasávání, tak během poměrně dlouhých období mezi nasáváním, kdy palivo pouze doutná.

Aniž by bylo třeba se vázat na teorie, lze předpokládat, že generátor aerosolu se udržuje mezi tahy z cigarety na poměrně vysoké teplotě, a že přídavně teplo uvolňované během tahů z cigarety, které se podstatně zvyšuje kanálkem nebo kanálky v hořlavém elementu, slouží převážně k vypaření látky vytvářející aerosol. Tento zvýšený přenos tepla způsobuje účinnější využití energie paliva, snižuje potřebné množství paliva a podporuje brzkou tvorbu aerosolu. Vodivý přenos tepla v tyčince podle vynálezu pravděpodobně snižuje teplotu spalování uhlíkatého paliva, což, jak se předpokládá, snižuje poměr C0/C0₂ v produktech spalování paliva.

Vhodnou volbou hořlavého elementu, izolačního pláště, papírového obalu a tepelně vodivého elementu lze regulovat vlastnosti hoření hořlavého elementu. To dává možnosti regulace přenosu tepla do generátoru aerosolu, což zase mění počet tahů z cigarety a/nebo množství aerosolu dodávaného kuřákovi.

Obecně jsou hořlavé elementy v tyčince podle vynálezu kratší než asi 30 mm. S výhodou je hořlavý element dlouhý 20 mm nebo méně, účelně asi 15 mm i méně. Průměr hořlavého elementu je s výhodou 3 až B mm, účelně asi 4 až 5 mm. Hustota hořlavých elementů leží v rozmezí od 0,5 do 1,5 gem^-5, s výhodou je větší než 0,7 a přednostně větší než 0,8 gem^-3. Palivo je účelně opatřeno jedním nebo několika podélnými kanálky, jako jsou kanálky 16 na obr. 1 až

5. Tyto otvory podporují pórovitost a zvyšují brzký přenos tepla do substrátu, protože zvětšují množství horkých plynů přicházejících k substrátu.

Hořlavé elementy v tyčinkách podle vynálezu jsou převážně z uhlíkatého materiálu. Uhlíkaté hořlavé elementy mají s výhodou délku 5 až 15 mm, nejvýhodněji 8 až 12 mm. Uhlíkaté hořlavé elementy s těmito charakteristikami dodávají dostatečné množství paliva alespoň pro 7 až 10 tahů, což je normální počet tahů při kouření běžné cigarety v již citovaných podmínkách FTC.

Obsah uhlíku v takovém hořlavém elementu je s výhodou alespoň 60 až 70 %, nejvýhodněji alespoň 80 % hmot. i více. Vynikajících výsledků bylo dosaženo s hořlavými elementy, které měly hmotnostní obsah uhlíku nad asi 85 %. Vysoký obsah uhlíku je výhodný, protože palivo nevytváří produkty neúplného spalování a pyrolýzy, vzniká minimální množství popela a hořlavý element má vysokou tepelnou kapacitu. V rámci vynálezu lže však použít i hořlavých elementů s nižším obsahem uhlíku, například 50 až 65 % hmotnostních, zejména v případech, kdy je v tyčince použito nehořlavého netečného plniva.

Lze použít i jiných materiálů jako hořlavého elementu, například tabáku, tabákových náhražek apod., ovšem za předpokladu, že generují a dodávají dostatečné množství tepla do generátoru aerosolu, aby vzniklo požadované množství aerosolu, přicházející do úst kuřáka. Hustota paliva má být asi nad 0,5 gem^-3, s výhodou nad 0,7 gem^-3, což je vyšší hodnota než je hustota materiálu obvykle používaného v kuřivu. Kde se používá takových materiálů, je velice výhodné zahrnout do paliva uhlík, s výhodou v množstvích nejméně 20 a 40 % hmotnosti, účelně alespoň v množství 50 % hmotnosti a nejvýhodněji alespoň 65 až 75 % hmotnosti, přičemž zbytek tvoří jiné palivové složky včetně případného pojivá, modifikátorů hoření, vlhkosti apod.

Uhlíkaté materiály, sloužící jako palivo nebo jako složka paliva, mohou být odvozeny v podstatě ze všech četných zdrojů uhlíku, které jsou odborníkům známé. Účelně se uhlíkatý materiál vyrábí pyrolýzou nebo karbonizací celulózových materiálů, jako je dřevo, bavlna, rajón, tabák, kokos, papír apod., třebaže lze použít i jiných uhlíkatých materiálů.

Ve většině případů má být hořlavý element z uhlíku schopen zapálení běžným zapalovačem bez jakéhokoliv přídavného oxidačního činidla. Charakteristiky hoření tohoto druhu má celulózový materiál, který byl pyrolýzován při teplotách asi mezi 400 °C a 1000 °C, s vý7

CS 273 608 B2 hodou mezi asi 500 a 950 °C, v netečné atmosféře nebo ve vakuu. Předpokládá se, že doba pyrolýzy není kritická, pokud teploty uprostřed pyrolyzované hmoty dosáhnou alespoň na dobu několika minut uvedený teplotní rozsah. Lze však předpokládat, že pomalá pyrolýza s pomalu vzrůstající teplotou během několika hodin produkuje stejnoměrnější materiál s vyšším výtěžkem uhlíku.

Třebaže ve většině případů to není žádoucí, spadají do rámce vynálezu i takové uhlíkaté hořlavé elementy, které vyžadují přísadu oxidačního činidla, aby je bylo možno zapálit normálním zapalovačem na cigarety. Takovými materiály jsou uhlíkaté látky, které vyžadují použití retardéru doutnání nebo jiného typu modifikátoru hoření. Takové modifikátory jsou běžně známé.

Výhodné uhlíkaté hořlavé elementy v tyčince podle vynálezu jsou v podstatě prosté těkavých organických látek. Tím se rozumí, že hořlavý element není záměrně nasycen nebo smíchán s větším množstvím těkavých organických látek jako jsou například těkavá činidla vytvářející aerosol nebo látky měnící chut a vůni, které by se mohly odbourávat v hořícím palivu. V palivu však mohou být obsažena malá množství vody, která jsou v něm přirozeně absorbována. Analogicky mohou z generátoru aerosolu migrovat nepatrná množství látek vytvářejících aerosol, takže mohou být přítomna v hořlavém elementu.

Nejvýhodnější uhlíkatý hořlavý element je tvořen vylisovanou nebo vytlačovanou uhlíkovou hmotou, která je připravena z uhlíku a pojivá a jsou vyrobeny normální technikou lisování nebo vytlačování.

Jiné výhodné uhlíkové sloučeniny pro lisování a/nebo vytlačování lze připravit z pyrolýzované bavlny nsbo pyrolyzovaných papírů.

Pojivá vhodná k přípravě takových hořlavých elementů jsou běžně známa. Výhodným pojivém je natriumkarboxymethylcelulóza, kterou lze použít samotnou nebo ve spojení s jinými sloučeninami, jako je fluorid sodný, vermikulit, bentonit, uhličitan vápenatý apod. Jiné vhodné pojící látky jsou gumy, například guarová guma, a jiné deriváty celulózy, například methylceluloza a karboxymethylceluloza.

Lze použít širokého rozsahu koncentrací pojivá. Účelně je množství pojivá omezené, aby se snížil jeho příspěvek ke tvorbě nežádoucích produktů spalování. Naopak zase musí produkt obsahovat dostatečné množství pojivá, aby hořlavý element držel během výroby a použití pohromadě. Použité množství tedy závisí na soudržnosti uhlíku v hořlavém elementu.

Podle potřeby mohou být uvedené hořlavé elementy po mechanickém vytvarování pyrolyzová ny, například asi na 650 °C po dobu 2 hod., aby se pojivo přeměnilo na uhlík a aby tedy hořlavý element obsahoval prakticky 100 % uhlíku.

Hořlavé elementy v tyčince ke kouření podle vynálezu mohou rovněž obsahovat jednu nebo několik přísad zlepšujících hoření, například až 5 % hmot. chloridu sodného ke zlepšení charakteristik doutnání a jako retardér hoření. Aby se zlepšila schopnost zapalování, může být do hořlavého elementu přidáno až 5, s výhodou 1 až 2 % hmot. uhličitanu draselného. Rovněž lze použít přísad zlepšujících fyzikální charakteristiku, například jílů jako jsou kaoliny, serpentiny, attapulgity apod.

Jiným uhlíkatým hořlavým elementem je palivo z uhlíkových vláken, které lze připravit karbonizací vláknitého prekursorů, například bavlny, rajónu, papíru, polyakrylonitrilu apod Obvykle stačí pyrolýza v teplotním rozmezí asi od 650 do 1000 °C, s výhodou při teplotě asi 950 °C, trvající asi 30 minut v netečné atmosféře nebo ve vakuu, aby se vyrobila vhodná uhlíková vlákna s dobrými vlastnostmi. K takovým vláknitým palivům lze rovněž přidávat aditiva, která mění hořeni.

Generátor aerosolu v tyčince je fyzicky oddělen od hořlavého elementu. Pod pojmem fyzicky se rozumí, že substrát, kontejner nebo komůrka, která obsahuje materiály tvořící aerosol, není smíchána ani není částí hořlavého elementu. Jak bylo uvedeno, toto uspořádání snižuje nebo úplně odstraňuje tepelný rozklad látky, vytvářející aerosol a přítomnost i

CS 273 608 B2 8 vedlejšího proudu kouře. Třebaže generátor aerosolu není součástí paliva, je s hořlavým elementem ve vodivém teplosměnném vztahu a s výhodou se dotýká nebo leží u hořlavého elementu.

Generátor aerosolu s výhodou obsahuje jeden nebo několik tepelně stálých materiálů, které nesou jednu nebo několik substancí vytvářejících aerosol. Ve smyslu vynálezu se pod pojmem tepelně stálý materiál rozumí látky, které vydrží vysoké teploty, například 400 až 600 °C, existující v blízkosti hořlavého elementu, bez rozkladu a shoření. Použití takového materiálu pravděpodobně pomáhá udržovat jednoduché kouřové složení aerosolu, což dokládá Amesův test, který bude popsán v příkladech. Třebaže to není tak výhodné, spadají do rámce vynálezu i jiné generátory aerosolu, například teplem praskající makrokapsle nebo pevné látky tvořící aerosol, ovšem za předpokladu, že jsou schopné uvolňovat dostatečné množství par vytvářejících aerosol, aby se podobaly tabákovému kouři.

Tepelně stálé materiály, kterých lze použít jako substrátu nebo nosiče pro látky vytvářející aerosol, jsou známé. Použitelné substráty mají být pórovité a musejí být schopné zadržovat sloučeninu vytvářející aerosol, když tyčinka není v použití, a naopak uvolňovat páru vytvářející aerosol při zahřátí hořlavým elementem.

Vhodné tepelně stálé materiály zahrnují tepelně stálé uhlíkové adsorbenty jako jsou pórovitý uhlík, grafit, aktivovaný nebo neaktivovaný uhlík apúd. Jiné vhodné materiály zahrnují anorganické pevné látky jako je keramika, sklo, oxid hlinitý, vermikulit, jíly, jako je bentonit apod. Velice výhodné materiály pro substrát jsou pórovité plsti, vlákna a rohože, aktivované uhlíky a pórovité uhlíky. Podle speciálního provedení generátoru aerosolu může být jeho složení a uspořádání ve tvaru částic, vláken, pórovitých bloků, kompaktních bloků s jedním nebo několika axiálními otvory apod. Substráty, zejména částicové, mohou být uloženy uvnitř kontejneru, vyrobeného s výhodou z kovové fólie.

Generátor aerosolu v tyčince podle vynálezu je obvykle umístěn nejvýše 60 mm, s výhodou nejvýše 30 mm a nejvýhodněji nejvýše 15 mm od zapalovacího konce hořlavého elementu. Délka generátoru aerosolu může být v rozmezí od 2 do 60 mm, s výhodou od 5 do 40 mm a nejvýhodněji od 20 do 35 mm. Když substrát nesestává z částic, může být opatřen jedním nebo několika otvory, aby se zvýšila povrchová plocha a proudění vzduchu a přenos tepla.

Látka nebo látky vytvářející aerosol musí být schopné vytvořit tento aerosol při teplotách existujících v generátorů aerosolu, když je generátor zahřát hořlavým elementem. Takové látky sestávají s výhodou z uhlíku, vodíku a kyslíku, mohou však Zahrnovat i jiné látky. Substance vytvářející aerosol mohou být v tuhé, polotuhé nebo kapalné formě. Teplota varu látky a/nebo směsi látek může být až do 500 °C. Substance, které mají tyto charakteristiky, zahrnují vícemocné alkoholy jako je glycerin a propylenglykol, dále alifatické estery monokarboxylových, dikarboxylových nebo polykarboxylových kyselin, jako je methylstearát, dodekandioát, dimethyltetradodekandioát a další.

Látka vytvářející aerosol s výhodou obsahuje směs vysokovroucích substancí s nízkým tlakem par a nízkovroucích substancí s vysokým tlakem par. Následkem toho při počátečních tazích z cigarety dodávají nízkovrouci látky největší množství počátečního aerosolu, zatímco při vzrůstání teploty generátoru dodávají největší množství aerosolu vysokovroucí látky.

Látky tvořící aerosol, kterým se dává podle vynálezu přednost, jsou vícemocné alkoholy nebo jejich směsi. Obzvláště výhodné látky pro tvorbu aerosolu jsou glycerin, propylenglykol, triethylenglykol a jejich směsi.

Látky vytvářející aerosol mohou být dispergovány na nebo uvnitř generátoru aerosolu v dostatečné koncentraci tak, aby prostoupily nebo povlékly substrát, nosič nebo kontejner. Látky vytvářející aerosol lze například nanášet z plného nebo zředěného roztoku máčením, postřikem, ukládáním par a podobnou technikou. Tuhé složky vytvářející aerosol mohou být smíchány se substrátem a rovnoměrně v něm rozloženy před formováním.

Třebaže množství látky vytvářející aerosol se mění od jednoho nosiče ke druhému a od jedné látky ke druhé, může množství kapalné látky vytvářející aerosol ležet v rozmezí asi

CS 273 608 B2 od 20 do 120 mg, s výhodou od 35 do 85 mg a nejvýhodněji od 45 asi do 65 mg. Co největší množství látky vytvářející aerosol, nanesené na nosič, má být přiváděno ke kuřákovi jako mokrá celková částicová hmota. S výhodou se asi 2 % hmot., výhodněji asi 15 % hmot. a nejvýhodněji více než 20 % hmot. látky tvořící aerosol, nesené na nosiči v generátoru, dodává kuřákovi jako veškerá mokrá částicová látka.

Generátor aerosolu může obsahovat jedno'nebo několik těkavých aromatizačnich činidel, jako je mentol, vanilin, umělá káva, tabákový extrakt, nikotin, kofein, liquory a jiná činidla, která dodávají aerosolu chut a vůni. Rovněž může obsahovat jakoukoliv jinou žádoucí těkavou pevnou nebo kapalnou látku.

Oak již bylo uvedeno, může tyčinka ke kouření podle vynálezu obsahovat dávku nebo zátku z tabáku, která slouží k tomu, aby dodávala aerosolu tabákovou chut a vůni. Účelně je tabák umístěn u náústkového konce generátoru aerosolu, nebo může být smíchán s nosičem látky, tvořící aerosol. Aromatizační činidla mohou být rovněž obsažena v tyčince, aby dodala aerosolu chut a vůni.

Používá-li se náplně nebo zátky z tabáku, procházejí vrstvou tabáku horké páry, které extrahují a odpařují těkavé složky tabáku, aniž by bylo třeba tabák spalovat. Použivatel této tyčinky ke kouření dostává tedy aerosol, který má jakost, chut a vůni přirozeného tabáku, avšak bez produktů spalování obsažených v normálním cigaretovém kouři.

Alternativně mohou být tato fakultativní činidla umístěna mezi generátor aerosolu a náústkový konec tyčinky, například v odděleném substrátu nebo komůrce v kanálku, který vede od generátoru aerosolu do náústkového konce, nebo do tabákové zátky. Podle potřeby lze místo části nebo veškeré látky vytvářející aerosol použít takových těkavých činidel, takže cigareta dodává bez aerosolu chut použivateli.

Popsané tyčinky lze rovněž použít nebo modifikovat pro dodávání drog, pro dodávání těkavých farmakologicky nebo fyziologicky aktivních materiálů, jako je efedrin, metaproterenol, terbutalin apod.

Tepelně vodivý element, který tvoří s výhodou součást tyčinky podle vynálezu, je typicky tvořen kovovou fólií, například hliníkovou, jejíž tloušťka může být menší než 0,01 mm až do 0,1 mm i více. Tloušťku a/nebo typ vodivého materiálu lze měnit, takže lze dosáhnout prakticky libovolného stupně přenosu tepla. Oak ukazují znázorněná provedení, tepelně vodivý element se s výhodou dotýká nebo překrývá část hořlavého elementu a generátoru aerosolu a může tvořit kontejner, který uzavírá látku vytvářející aerosol.

Izolační členy použitelné v tyčince podle vynálezu obecně zahrnují anorganická nebo organická vlákna, například ze skla, z oxidu hlinitého, oxidu hořečnatého, sklovité materiály, minerální vlnu, uhlík, křemík, bor, organické polymery, celulózy apod. nebo jejich směsí. Nevláknité izolační materiály, například silikagel, perlit, sklo apod., vyformované v rohože, proužky nebo jiné tvary lze rovněž použít k uvedenému účelu. Výhodné izolační členy jsou pružné, takže napodobují omak běžné cigarety. Tyto materiály působí převážně jako izolační plášt, který udržuje a směruje hlavní část tepla generovaného hořícím hořlavým elementem do generátoru aerosolu. Protože izolační plášt se v blízkosti hořlavého elementu zahřívá, alespoň do jisté míry, může rovněž vést teplo do generátoru aerosolu.

Běžně výhodné izolační materiály zahrnují keramická vlákna, například skleněná.

Obecně obaluje izolační materiál alespoň část hořlavého elementu a jakoukoli další libovolnou část tyčinky, a to do výsledného průměru asi 7 až 0 mm. Výhodná tloušťka izolační vrstvy je tedy od 0,5 do 2,5 mm a s výhodou 1 až 2 mm. Pokud je to možné, dává se přednost skleněným vláknům s nízkou teplotou měknutí, to znamená asi pod 650 °C.

Když je izolační materiál vláknitý, je s výhodou na náústkovém konci tyčinky uspořádána přepážka. Taková přepážka je například tvořena prstencem z velmi hustého provazce acetátu celulózy, který se dotýká vláknité izolace a je uzavřen, účelně na náústkovém konci, například lepidlem, aby jím nemohl procházet vzduch.

t

CS 273 608 B2 10

Ve většině provedení podle vynálezu je kombinace hořlavého elementu a generátoru aerosolu připevněna k náústkovému konci, například k papírové trubičce s kovovou fólií anebo ke trubičce z acetátu celulózy a plastu, jak ukazují výkresy, třebaže náústkový konec může být uspořádán odděleně, například ve formě cigaretové špičky. Tento element pak vytváří kanál, který vede vypařené látky vytvářející aerosol do úst uživatele. V důsledku své délky, která je asi 50 až 60 mm i více, udržuje horký kužel hořlavého elementu mimo ústa a prsty použivatele.

Vhodný náústkový konec má být netečný vůči látce vytvářející aerosol, má mít vnitřní vrstvu nepropouštějící vodu ani jinou tekutinu, nemá vyvolávat ztráty aerosolu kondenzací nebo filtrací a má vydržet teploty ve styčném místě s ostatními díly tyčinky. Výhodné náústkové konce zahrnují papírovou trubičku s povlakem z fólie podle obr. 1 až 3 a trubičku z acetátu celulózy podle obr. 4 až 9. Pro odborníka je nasnadě řada jiných vhodných náústkových konců.

Náústkové konce tyčinek podle vynálezu mohou případně obsahovat filtr, který dává tyčince vzhled běžné cigarety s filtrem. Takové filtry bývají z acetátu celulózy s nízkou hustotou, nebo jsou to duté nebo přepážkové plastové filtry, například z polypropylenu. Celá délka tyčinky nebo její část může být zabalena v cigaretovém papírku.

Aerosol vytvářený v tyčince podle vynálezu je chemicky jednoduchý a sestává v podstatě ze vzduchu, oxidů uhlíku, aerosolu unášejícího jakékoliv požadované aromatizační látky nebo jiné těkavé látky, vodu a stopová množství jiných materiálů. Celková mokrá částicová látka (WTPM), produkovaná v tyčinkách podle vynálezu, nemá žádnou mutagenní aktivitu měřeno Amesovým testem, to znamená, že neexistuje významný vztah mezi reakcí na dávku celkové mokré částicové látky a počtem revertantů, vznikajících při standardním testování mikroorganismu vystaveného působení tohoto produktu. Podle Amesova testu udává reakce závislá na dávce přítomnost mutagenních materiálů v testovaném produktu /Ames et al., Mut. Res.,

31; str. 347-364 (1975), Nagas et al., Mut. Res., 42: str. 335 (1977)/.

Další výhodou tyčinek podle vynálezu je to, že v podstatě nevzniká popel během jejich použití ve srovnání s popelem při kouření běžné cigarety. Když uhlíkové palivo hoří, přeměňuje se v podstatě na oxidy uhlíku, přičemž vzniká poměrně malé množství popele, takže použivatel nemusí popel odklepávat.

Tyčinka ke kouření podle vynálezu bude v dalším popsána a vysvětlena na příkladech, které pomáhají vynález vysvětlit, nepředstavují však jeho omezení. Všechna uvedená procenta v příkladech jsou procenta hmotnostní, pokud není výslovně uvedeno jinak. Všechny teploty jsou udávány ve stupních Celsia a jsou nekorigované. Ve všech případech měla tyčinka průměr 7 až 8 mm, tedy odpovídající běžné cigaretě.

Příklad 1

Tyčinka ke kouření byla vyrobena v provedení podle obr. 1. Hořlavý element byl tvořen 25 mm dlouhým válečkem dřevěného uhlí s pěti podélnými kanálky o průměru 1,02 mm, vyvrtanými vrtákem č. 60. Hmotnost dřevěného uhlí byla 0,375 g. Hořlavý element byl obalen běžně zpracovaným cigaretovým papírkem. Substrát sestával z 500 mg skleněných kuliček o průměru 1,63 mm, jejichž povrch byl povlečen dvěma kapkami o hmotnosti přibližně 50 mg glycerinu. Když byl substrát zabalen do tyčinky, měl délku asi 6,5 mm. Trubička s povlakem z fólie sestávala z vnitřní vrstvy hliníkové fólie o tlouštee 0,0089 mm a z vrstvy bílého, spirálově zavinutého papíru o tlouštee 0,108 mm. Tato trubička obklopovala zadních 5 mm hořlavého elementu. Krátký kus (8 mm) acetátu celulózy se čtyřmi drážkami na obvodu přidržoval skleněné kuličky k hořlavému elementu. Do náústkového konce trubičky byl vložen 8 mm dlouhý drážkovaný filtr z acetátu celulózy, aby tyčinka ke kouření měla vzhled obvyklé cigarety. Její celková délka byla asi 70 mm.

Tyčinky tohoto provedení uvolňovaly značné množství aerosolu při prvním zatažení při zapálení, menší množství aerosolu při tahu 2 a 3 a dostatečné množství aerosolu při tazích

CS 273 608 B2 až 9. Tyčinky tohoto provedení dávaly asi 5 až 7 mg celkové mokré zrnité látky, když se kouřily ve stroji v citovaných podmínkách FTC, tedy při objemu každého tahu rovném 35 ml, při délce každého tahu 2 sec a při frekvenci tahů 60 s.

Příklad 2

A. Byly vyrobeny čtyři tyčinky ke kouření s hořlavými elementy délky 10 mm z lisovaného uhlíku a se substrátem ze skleněných kuliček. Hořlavé elementy byly vyrobeny z 90% uhlíku a 10 % natriumkarboxymethyleelulózy pod tlakem 619,7 MPa, přičemž její zapalovací konec byl zaoblený podle obr. 2A. Prostředkem každého hořlavého elementu byl vytvořen jediný kanálek o průměru 1,02 mm. Tři ze čtyř hořlavých elementů byly obaleny proužkem běžného cigaretového papírku o šířce 8 mm. Hořlavé elementy byly zasunuty asi 2 mm hluboko do 70 mm dlouhých úseků trubky s povlakem z fólie podle příkladu 1. Skleněné kuličky, povlečené glycerinem, jehož množství je uvedeno v následující tabulce, byly vloženy do otevřeného konce papírové trubičky a byly přitisknuty k hořlavému elementu pěnovým polypropylenovým filtrem o délce 5 mm, který měl několik podélných obvodových drážek. Do náústkového konce každé tyčinky byl vložen 5 mm dlouhý filtr z acetátu celulózy s nízkou účinností. Tyčinky byly strojově kouřeny za citovaných podmínek FTC a celková mokrá částicová látka (WTPM) byla zachycena na soustavě podložek. Výsledky těchto experimentů jsou shrnuty v tabulce I.

Tabulka I

	skleněné kuličky hmot.	látka tvoř. aerosol hmot.	1 - 3	WTPM (mg)/tahy
4-6	7-9	10-12	celkem
A B + )	400,4 mg	40,5 mg	8,1	4,5	0,9	0	13,5
405,6 mg	59,4 mg	10,2	1,5	0,7	0	12,8
C	404,0 mg	60,6 mg	7,6	6,9	0,4	0	14,9
D	803,8 mg	81,0 mg	5,9	2,5	3,7	0,9	13,0

⁺ ) Tyčinka paliva v této cigaretě nebyla zabalena do cigaretového papírku

B. Tři tyčinky ke kouření, podobné tyčinkám podle příkladu 2A, byly vyrobeny s hořlavými elementy z dřevěného uhlí o délce 20 mm stejného typu jako v příkladu 1. Tyto tyčinky byly kouřeny ve stroji za citovaných podmínek FTC a celková mokrá částicová látka byla zachycena na podložkách. Výsledky těchto zkoušek jsou shrnuty v tabulce II:

Tabulka II

	skleněné kuličky hmot.	látka tvor. aerosol hmot.	WTPM (mg)/tahy	celkem
1 - 3	4 - 6	7 - 9	10 - 12
E	402,4 mg	60,6 mg	0,1	5,4	6,2	0,6	12,3
F + )	404,7 mg	63,1 mg	0,5	0,9	2,2	3,1	7,0
G	500,0 mg	50,0 mg	0,3	2,9	3,0	0	6,2

+)

Tyčka paliva v tomto modelu nebyla obalena cigaretovým papírkem.

CS 273 608 B2

Příklad 3

A. Čtyři tyčinky ke kouření podle obr. 2 byly vyrobeny s uhlíkovým hořlavým elementem o délce 10 mm se zaobleným koncem, znázorněným na obr. 2A. Hořlavý element byl vyroben z 90 % uhlíku a 10 % natriumkarboxymethylcelulózy při tlaku asi 619,7 MPa. Středem elementu byl vyvrtán kanálek o průměru 1,02 mm. Substrát pro látku vytvářející aerosol byl vyříznut a opracován do potřebného tvaru z pórovitého uhlíku.

Substrát v každé tyčince měl délku asi 2,5 mm a průměr asi 8 mm. Byl nasycen průměrně asi 27 mg směsi propylénglykolu a glycerinu v poměru 1 : 1. Náústkový konec z papírové trubičky s kovovou fólií, stejný jako v příkladu 1, obklopoval zadní 2 mm hořlavého elementu a substrát. K náústkovému konci substrátu byla přitisknuta zátka z tabáku Burley, o hmotnosti asi 100 mg. Do náústkového konce trubičky opatřené povlakem z fólie byl vložen přepážkový polypropylenový filtr. Filtr z acetátu celulózy o délce 32 mm, a dutou polypropylenovou trubičkou uprostřed, byl pak umístěn mezi tabák a vnější filtr. Průměrná délka každé tyčinky byla asi 78 mm.

B. Šest dalších tyčinek ke kouření bylo vyrobeno v podstatě stejně jako v příkladu 3A, avšak délka substrátu byla zvětšena na 5 mm a substrátem byla provrtána díra o průměru 1,02 mm. Tyto tyčinky neměly trubičku z acetátu celulózy a propylenu. Na substrát bylo naneseno asi 42 mg směsi propylénglykolu a glycerinu. Mimoto bylo použito dvou zátek z tabáku Burley, z nichž každá měla hmotnost 100 až Í5Ú mg. První byla umístěna k náústkovému konci substrátu a druhá k filtru.

C. Čtyři další tyčinky ke kouření byly vyrobeny v podstatě stejným způsobem jako v příkladu 3A pouze s tím rozdílem, že místo tabákové zátky z tabáku Burley bylo použito 100 mg zátky z uměle sušeného tabáku, který obsahoval asi 6 % hmotnostních středního fosforečnanu amonného.

D. Tyčinky ke kouření z příkladů 3A až 3C byly zkoušeny standardním Amesovým testem (Ames et al., Mut. Res., 31, str. 347 až 364, 1975 v modifikaci podle Nagase et. al., Mut. Res., A, str. 335, 1977 a 113, str. 173 až 215, 1983). Vzorky z příkladu 3A a 3C byly vykouřeny normálním cigaretovým kouřícím strojem, přičemž každý tah měl objem 35 ml, trval 2 s a frekvence tahů byla 30 s, přičemž celkový počet tahů byl deset. Tyčinka ke kouření z příkladu 3B byla kouřena stejným způsobem pouze s tím rozdílem, že frekvence tahů byla 60 s. Pro každou skupinu tyčinek bylo použito pouze jediné filtrační podložky. Pro uvedené skupiny tyčinek byla zjištěna celková hmotnost částic za mokra:

	celková hmotnost částic za mokra
Příklad 3A	63,4 mg
Příklad 3B	50,6 mg
Příklad 3C	69,2 mg

Filtrační podložka každého z uvedených příkladů, obsahující zachycené hmotné částice, byla propírána po dobu 30 minut v dimethylsulfoxidu k rozpuštění částic. Každý vzorek pak byl rozředěn na koncentraci 1 mg ml^-1 a v tomto stavu použit v Amesově testu. Podle postupu uvedeného Nagasem v Mut. Res., 42, str. 335 až 342, 1977 byly roztoky s koncentrací 1 mg ml^-l celkové hmotnosti částic za mokra smíchány s aktivačním systémem S-9 a se standardními Amesovými bakteriálními buňkami a inkubovány při teplotě 37 °C po dobu 20 minut. Bakteriálním kmenem, použitým v tomto Amesově testu, byl kmen Salmonella typhimurium, TA 98 (Purchase et al., Nátuře, 264, str. 624 až 627, 1976). Ke směsi pak byl přidán agar a byly připraveny deskové kultury. Kultury byly inkubovány při teplotě 37 °C po dobu dvou dnů a výsledné kultury byly spočteny. Pro každý zředěný vzorek byly připraveny čtyři deskové kultury a standardní odchylky kolonií byly porovnávány s čistou kontrolní kulturou v dimethylsulfoxidu. Jak ukazuje tabulka III, nebyla zjištěna mutagenní aktivita, vyvolaná částicemi z kterékoli sledované tyčinky ke kouření. Dokazuje to srovnání průměrného počtu

CS 273 608 B2 revertantů na deskovou kulturu a průměrného počtu revertantů z kontrolního vzorku (Oyug celkové hmotnosti částic za mokra na deskovou kulturu).

U mutagenních vzorků by se průměrný počet revertantů na deskovou kulturu zvětšoval se zvětšujícími se dávkami.

Tabulka III

Příklad 3A

dávka /ug částic na kulturu	prům. počet revertantů na kulturu	stand. odchylka
Kontrola 0	49,3	5,4
33	51,3	9,1
66	50,5	7,0
99	50,Θ	5,2
132	51,5	5,3
165	53,8	10,1
198	48,3	4,6

Příklad 38
dávka /jg částic na kulturu	prům. počet revertantů na kulturu	stand. odchylka
Kontrola 0	56	10,5
31,5	40	7,8
63	48,3	6,3
94,5	54,0	8,4
126	39	4,7
157,5	42,5	9,3
189	43	9,1

Příklad 3C
dávka /jg částic na kulturu	prům. počet revertantů na kulturu	stand. odchyllo
Kontrola 0	48,3	5,7
36	50,3	9,9
72	49,0	3,9
108	55,3	4,5
144	43,0	6,4
180	42,3	8,8
216	44,3	7,8

Příklad 4

Pět tyčinek ke kouření bylo vyrobeno v provedení podle obr. 2. Každá tyčinka měla hořlavý element o délce 10 mm z lisovaného uhlíku, popsaný v příkladu 3A. Hořlavý element byl zasunut 3 mm hluboko do jednoho konce trubičky s nalisovanou hliníkovou fólií o délce 70 mm,

CS 273 608 B2 která je popsána v příkladu 1. 5 mm dlouhý substrát z uhlíkové plsti, odříznutý z rajónové uhlíkové plsti, byl přitisknut k hořlavému elementu. Substrát byl nasycen v průměru asi 97 mg směsi glycerinu a propylenglykolu v poměru 1 : 1, asi 3 mg nikotinu a asi 0,1 mg směsi aromatizujících látek. 5 mm dlouhá zátka smíšeného tabáku byla přitisknuta k tomu konci substrátu, který je přivrácen k náústkovému konci tyčinky. Do náústkového konce trubičky s nalísovanou fólií byl vložen 5 mm dlouhý filtr z acetátu celulózy.

Tyto tyčinky byly vykouřeny strojově v podmínkách FTC. Aerosol z tyčinek byl zachycován na jediné podložce z buničité vaty (133,3 mg celkové hmotnosti částic za mokra), pak byl rozpuštěn v dimethylsulfoxidu na konečnou koncentraci 1 mg ml^-'*' a testován na Amesovu aktivitu způsobem, jaký je popsán v příkladu 3B, a to při použití každého z následujících bakteriálních kmenů: Salmonella typhimurium TA 1535, 1537, 1538, 98 a 100. Jak ukazuje tabulka IV, nebyla zjištěna mutagenní aktivita vyvolaná částicemi ze zkoušených tyčinek.

Tabulka IV

TA 1535	TA 1537
dávka*)	prům. počet revertantů	dávka*)	prům. počet revertantů
Kontrola	0	16	Kontrola 0	14
	25	13 .	25	13
	50 .	14	50	14 ·
	75	17	75	11
	100	14	100	13
	125	13	125	13
	150	12	150	14

TA 1538		TA 98
dávka*)	prům. počet revertantů	dávka*)	prům. počet revertantů
Kontrola 0	15	Kontrola 0	61
25	13	25	62
50	22	50	47
75	16 .	75	42
100	20	100	44
125	19	125	39
150	19	150	40

TA 100 dávka*) prům. počet revertantů

Kontrola 0 · 110

109

105

99

100 107

125 108

150 109 ,ug celková hmotnost částic za mokra v deskové kultuře

CS 273 608 82

Příklad 5

Tyčinka ke kouření podle obr. 2 byla vyrobena s hořlavým elementem dálky 10 mm z liso váného uhlíku, který měl tvar podle obr. 2A, avšak za ním nebyl tabák. Hořlavý element byl vyroben ze směsi obsahující 90 hmotnosti aktivovaného uhlíku a 10 % hmotnosti natriumkarboxymethylcelulózy jako pojivá, vylisované při tlaku 619,7 MPa. Hořlavý element byl opatřen podélným kanálkem o průměru 1,02 mm. Substrátem byla 10 mm dlouhá pórovitá uhlíková zátka.

Substrát byl opatřen axiálním otvorem o průměru 0,74 mm a byl nasycen 40 mg směsi pro pylenglykolu a glycerinu v poměru 1 : 1. Papírová trubička s nalisovanou fólií jako v příkladu 1 obklopovala zadní 2 mm hořlavého elementu a tvořila náústkový konec. Tyčinka neměla filtr, avšak byla celá obalena běžným cigaretovým papírkem. Celková délka tyčinky byla 80 mm.

Průměrné špičkové teploty této tyčinky jsou znázorněny na obr. 10 a to jak pro teploty při tahu z tyčinky, tak při doutnání. Je patrné, že teplota trvale klesá mezi zadním koncem hořlavého elementu a náústkovým koncem. To zajištuje, že kuřák nepocituje pálení při kouření tyčinky podle vynálezu.

Příklad 6

Tyčinka ke kouření byla vyrobena v provedení podle obr. 3. Hořlavým elementem byla 19 mm dlouhá tyčinka z dřevěného uhlí bez podélného kanálku,15 mm hluboko do hořlavého elementu byla zasunuta hliníková tyčka o průměru 3,2 mm a délce 28 mm. Do té části hliníkové tyčky, která procházela substrátem, byly vyříznuty čtyři obvodové drážky délky 9 mm a hloubky 0,64 mm, v roztečích 90°. Substrátem byl uhlíkatý materiál o délce 8 mm. Obvodové drážky v hliníkové tyčce sahaly asi 0,5 mm za konec substrátu směrem k hořlavému elementu. Substrát byl nasycen 150 mg glycerinu. Trubička s nalisovanou fólií, která byla stejná jako v příkladu 1, obklopovala část zadního konce hořlavého elementu. Mezi nehořícím koncem hořlavého elementu a substrátem byla vynechána mezera. V trubce s nalisovanou fólií byla v oblasti této mezery vyříznuta soustava otvorů pro průchod vzduchu. Podobná tyčinka ke kouření byla vyrobena s hořlavým elementem ve tvaru lisované uhlíkové zátky.

Příklad 7

Tyčinka ke kouření, vyrobená podle obr. 4, měla hořlavý element z karbonizovaných bavlněných vláken. Čtyři prameny bavlny byly těsně opleteny bavlněnou šňůrou k vytvoření provazce o průměru asi 10,2 mm. Tento provazec byl vložen do pece s dusíkovou atmosférou, která byla zahřáta na 950 °C. Dosažení této teploty trvalo asi 1,5 hodin, načež byla udržována po dobu půl hodiny, Z tohoto pyrolyzovaného materiálu byl odříznut úsek o délce 16 mm, který tvořil hořlavý element. V tomto elementu byl vytvořen sondou 2 mm axiální kanálek. Hořlavý element byl zasunut 2 mm hluboko do trubky s nalisovanou fólií o délce 20 mm toho typu, který je popsán v příkladu 1. Do této trubky byl vložen substrát a hmotnosti 100 mg z granulí uhlíkatého materiálu, který obsahoval 60 mg směsi propylenglykolu a glycerinu v poměru 1 : 1. Těsně za granulovaný substrát byla do trubičky vložena 5 mm dlouhá zátka tabáku o hmotnosti asi 60 mg. Asi 3 mm hluboko do trubky s nalisovanou fólií byla zasunuta 48 mm dlouhá trubka prstencového tvaru z acetátu celulózy, která obsahovala vnitř ní polypropylenovou trubičku s vnitřním průměrem 4,5 mm. Druhá trubka s nalisovanou fólií o délce 50 mm byla přesunuta přes acetátovou trubku tak daleko, až se dotýkala první trubky s nalisovanou fólií, která měla délku 20 mm. Filtrační zátka z acetátu celulózy o délce 5 mm pak byla vsunuta do konce této druhé trubky s nalisovanou fólií. Celková délka tyčinky ke kouření byla 84 mm. Při zapálení dávala tyčinka velké množství aerosolu během prvních šesti tahů, který měl tabákovou chut a vůni.

CS 273 608 B2

Příklad 8

Tyčinka ke kouření podle obr. 5 měla hořlavý element o délce 15 mm z vláknitého materiálu v podstatě stejného typu jako podle příkladu 7. Makrokapsle 52 byla vytvořena z 15 mm dlouhého úseku hliníkové fólie tlouštky 0,10 mm, která byla zahnuta, takže vznikla 12 mm dlouhá kapsle. Tato makrokapsle byla volně naplněna množstvím 100 mg granulovaného uhlíkového materiálu a 50 mg míchaného tabáku. Zrnitý uhlík byl naimpregnován 60 mg směsi propylenglykolu a glycerinu v poměru 1 : 1. Makrokapsle, hořlavý element a náústkový konec pak byly spojeny 85 mm dlouhým pruhem běžného cigaretového papírku.

Příklad 9

Tyčinka ke kouření v provedení podle obr. 6 obsahovala 7 mm dlouhý lisovaný uhlíkový hořlavý element, který obsahoval 90 % uhlíku a 10 % natriumkarboxymethylcelulózy. Podélný kanálek měl průměr 1,02 mm. Hořlavý element byl zasunut 3 mm hluboko do 17 mm dlouhé trubičky s nalisovanou hliníkovou fólií. Kotouček 68 o průměru 8 mm z hliníkové fólie tlouštky 0,089 mm, opatřený středovým otvorem 70 θ průměru 1,24 mm, byl zasunut do druhého konce trubičky a přitisknut ke konci hořlavého elementu.

Uhlík byl granulován a prosát na velikost -6 až +10 mesh. 80 mg tohoto materiálu bylo použito jako substrát, který byl nasycen 80 mg směsi glycerinu a propylenglykolu v poměru 1 : 1. Impregnované granule byly vloženy do trubkového obalu 60 z fólie a přitisknuty na kotouček na konci hořlavého elementu. Na granule substrátu pak bylo naneseno 50 mg smíchaného tabáku, který byl zajištěn v této poloze dalším kotoučkem 72, jenž měl středový otvor 74 o průměru 1,24 mm. 3 mm hluboko do trubky s hliníkovou fólií byla zasunuta dutá trubička 42 z acetátu celulózy, ve které byla uložena dutá polypropylenová trubička 44 podle příkladu 7. Přes tyčinku z acetátu celulózy byla přesunuta druhá trubička s hliníkovou fólií, která dosedla na konec první trubky s hliníkovou fólií, jež měla délku 17 mm.

Tato tyčinka ke kouření uvolňovala 11,0 mg aerosolu při prvních třech tazích při kouření za podmínek FTC. Celkové množství aerosolu za 9 tahů bylo 24,9 mg.

Příklad 10

Tyčinka ke kouření, jejíž hořlavý element a substrát byly vytvořeny podle obr. 7, obsahovala 15 mm dlouhý hořlavý element z prstencového lisovaného uhlíku s vnitřním průměrem asi 4 mm a vnějším průměrem asi 8 mm. Hořlavá látka byla vyrobena ze směsi 98 % aktivovaného uhlíku a 10 % natriumkarboxymethylcelulózy. Substrát 80 byl tvořen 10 mm dlouhou tyčinkou z uhlíku, která měla vnější průměr asi 4 mm. Substrát, nasycený 55 mg směsi glycerinu a propylenglykolu v poměru 1 : 1, byl zasunut do konce hořlavého elementu blíže k náústkovému konci tyčinky. Tato kombinace hořlavého elementu a substrátu byla zasunuta 7 mm hluboko do trubičky s nalisovanou hliníkovou fólií o délce 70 mm, která měla na náústkovém konci krátký filtr 45 z acetátu celulózy. Celková délka tyčinky ke kouření byla asi 70 mm.

Tyčinka ke kouření uvolňovala značně velké množství aerosolu během prvních tří tahů a během celé doby kouření.

Příklad 11

Obměněné provedení tyčinky ke kouření podle obr. 9 bylo vyrobeno takto: 9,5 mm dlouhý uhlíkový hořlavý element s průměrem 4,5 mm a s podélným kanálkem 16 o průměru 1 mm byl vyroben vytlačováním ze směsi 10 % natriumkarboxymethylcelulózy, 5 % uhličitanu draselného, 85 % karbonizovaného papíru s 10 % vody. Směs měla těstovitou konzistenci a byla vložena do vytlačovacího stroje. Vytlačený materiál byl po vysušení při teplotě 80 °C přes noc nařezán na požadované délky. Makrokapsle 52 byla vyrobena z 22 mm dlouhého proužku hliníkové fólie o tlouštce 0,0089 mm, který byl svinut do válce s vnitřním průměrem 4,5 mm.

CS 273 608 82

Makrokapsle byla naplněna jednak 70 mg vermikulitu, obsahujícího 50 mg směsi propylenglykolu a glycerinu v poměru 1:1a jednak 30 mg tabáku Burley, k němuž bylo přidáno 6 % glycerinu a 6 L propylenglykolu. Hořlavý element a makrokapsle byly spojeny tak, že se hořlavý element zasunul do hloubky asi 2 mm do konce makrokapsle. Do druhého konce makrokapsle byla zasunuta 35 mm dlouhá polypropylenová trubička s vnitřním průměrem 4,5 mm. Hořlavý element, makrokapsle a polypropylenová trubička tak byly spojeny v segment o délce 65 mm a průměru 4,5 mm. Tento segment byl obalen několika vrstvami papíru, až dosáhl obvodu 24,7 mm. Vzniklá jednotka pak byla spojena s 5 mm dlouhým filtrem z acetátu celulózy a obalena cigaretovým papírkem. Při kouření v uvedených podmínkách FTC dodávala tyčinka ke kouření 8 mg celkové hmotnosti částic za mokra během prvních tří tahů, 7 mg během tahů 4 až 6 a 5 mg během tahů 7 až 9. Celkové množství aerosolu během 9 tahů bylo 20 mg.

Když byla tyčinka ke kouření položena vodorovně na hedvábný papír, nezapálila jej ani nepropálila.

Claims (10)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Tyčinka ke kouření, obsahující na zapalovacím konci uhlíkatý hořlavý element a na opačné straně náústkový konec a fyzicky oddělený generátor aerosolu, sestávající ze substrátu nesoucího látku vytvářející aerosol a určený k ohřátí teplem z hořlavého elementu, vyznačená tím, že uhlíkatý hořlavý element (10) má hustotu alespoň 0,5 g.cm ⁵ a délku menší než 3/8 délky celé tyčinky.
2. 2. Tyčinka podle bodu 1, vyznačená tím, že hořlavý element (10) je spojen s generátorem (12) aerosolu tepelně vodivým elementem.
3. 3. Tyčinka podle bodu 2, vyznačená tím, že tepelně vodivý element je kovový.
4. 4. Tyčinka podle jednoho z bodů 1 až 3, vyznačená tím, že hořlavý element (10) obsahuje alespoň 60 % hmotnosti uhlíku.
5. 5. Tyčinka podle jednoho z bodů 1 až 4, vyznačená tím, že v hořlavém elementu (10) jsou uspořádány podélné kanálky (16).
6. 6. Tyčinka podle jednoho z bodů 1 až 5, vyznačená tím, že hořlavý element (10) je alespoň na části svého obvodu obklopen pružným izolačním členem.
7. 7. Tyčinka podle bodu 6, vyznačená tím, že izolační člen obsahuje vláknitý materiál.
8. 8. Tyčinka podle bodu 7, vyznačená tím, že izolační člen obklopuje alespoň část hořlavého elementu (10) a generátoru (12) aerosolu.
9. 9. Tyčinka podle jednoho z bodů 1 až 8, vyznačená tím, že generátor (12) aerosolu sestává z tepelně stabilního substrátu nesoucího látku vytvářející aerosol.
10. 10. Tyčinka podle jednoho z bodů 1 až 9, vyznačená tím, že alespoň část obvodu hořlavého elementu (10) a generátoru (12) aerosolu je obklopena kovovou fólií (50, 66), která je spojuje.