CZ277824B6 - Stick for smoking - Google Patents

Description

Vynález se týká tyčinky ke kouření, zejména ve tvaru cigarety, která vytváří aerosol podobající se tabákovému kouři a obsahující nepatrná množství produktů neúplného spalování a pyrolýzy oproti množstvím v kouři běžných cigaret.

Během posledních 20 až 30*let byla navržena řada kuřáckých výrobků na způsob cigarety. Některé z ničh jsou založeny na tvorbě aerosolu nebo par, vznikajících bud za studená nebo hořením hořlavého elementu v tyčince. Žádný z těchto výrobků se 'však nedočkal komerčního úspěchu, což lze přičíst skutečnosti, že v tyčinkách ke kouření jako náhražkách cigarety vzniká, málo aerosolu, že při kouření dochází k tepelné degradaci látky tvořící aerosol a přídavných chuťových látek, že aerosol obsahuje velké množství produktů pyrolýzy a nedokonalého opalování, že tyčinka ke kouření nemá přitažlivý vzhled a že aerosol nemá vyhovující chuť. Přes desetiletí práce a výzkumů neexistuje na trhu tyčinka nebo jiný předmět ke kouření, která by poskytovala takový požitek jako běžné kouření cigarety..

Vynález odstraňuje nedostatky dosavadních náhražek cigaret a jeho předmětem je tyčinka ke kouření, obsahující uhlíkatý hořlavý element a fyzicky oddělený generátor aerosolu, obsahující látku vytvářející aerosol a umístěný mezi hořlavým elementem a náústkem koncem tyčinky. Podstata vynálezu spočívá v tom, že alespoň část generátoru aerosolu je obklopena fyzicky odděleným pláštěm obsahujícím tabák. Účelně je mezi pláštěm obsahujícím tabák a látkou vytvářející aerosol uspořádán tepelně vodivý člen, který se dotýká hořlavého elementu. Hořlavý element, který má délku 3 až 30 mm, je účelně obklopen izolačním pláštěm z izolačních, zejména skleněných vláken, který může obsahovat rovněž tabákový materiál. Tento izolační plášť je s výhodou pružný a má tloušťku mezi 0,5 a 2,5 mm.

V hořlavém elementu je vytvořen nejméně jeden podélný kanálek; s výhodou je počet podélných kanálků tři až patnáct a jsou uspořádány těsně u sebe, takže při hoření hořlavého elementu se alespoň na zapalovacím konci staví v jediný kanálek.

V tyčince ke kouření vyrábí hořlavý element při zapálení a hoření teplo, kterým se odpařuj í látky tvořící aerosol v generátoru aerosolu. Tyto těkavé látky jsou pak vtahovány do úst kuřáka podobně jako kouř běžné cigarety. Tyčinky ke kouření jsou schopné vyrábět značné množství aerosolu jak zpočátku tak po celou dobu života produktu, a dodávat kuřákovi příjemný pocit spojený s kouřením obvyklé cigarety. Aerosol produkovaný generátorem aerosolu vzniká bez větší tepelné degradace a přechází do úst kuřáka s podstatně menším množstvím produktů pyrolýzy a neúplného spalování než kouř z normální cigarety.

Pod pojmem aerosol se rozumějí páry, plyny, částice apod., a to jak viditelné tak neviditelné, a zejména takové složky, které poskytují kuřákovi pocit podobný kouření a vznikají působením tepla z hořícího hořlavého elementu na látky obsažené v generátoru aerosolu, případně jinde v tyčince. Pod pojem aerosol rovněž patří těkavé aromatizující látky a/nebo farmakologicky nebo fyziologicky aktivní činidla nezávisle na tom, zda vytvářejí viditelný aerosol.

Malý hořlavý element v tyčince může být vylisován nebo vytlačen z rozmělněného nebo rekonstituovaného tabáku a/nebo z tabákové náhražky a může obsahovat hořlavý uhlík.

Generátor aerosolu obsahuje substrát, zejména z tepelně . stabilního materiálu, nasycený·jednou nebo několika látkami tvořícími aerosol. Mezi hořlavým elementem a generátorem aerosolu je tepelně vodivé spojení, realizované např. kovovou kapslí, která uzavírá substrát a dotýká se -hořlavého elementu a účinně vede teplo z hořícího hořlavého elementu do generátoru.

Protože hořlavý element je poměrně krátký, leží vždycky horký hořící konec v blízkosti generátoru aerosolu, což zvyšuje na maximum přenos tepla do generátoru a výsledný vznik aerosolu. Hořlavý element je z materiálu s poměrně vysokou hustotou, což zajišťuje, že malý hořlavý element bude hořet dostatečně dlouho, aby to napodobovalo dobu hoření běžné cigarety, a aby se vytvořilo dostatečné množství aerosolu. Protože látka vytvářející aerosol je fyzicky oddělena od hořlavého elementu, působí na ni podstatně nižší teploty než panují v okolí hořící špičky hořlavého elementu, čímž se sníží nebezpečí tepelné degradace látky vytvářející aerosol.

Tyčinka ke kouření je opatřena náústkovým koncem s podélným kanálem, k vedení těkavého materiálu vyrobeného v generátoru aerosolu ke kuřákovi. Účelně má tyčinka ke kouření stejné celkové rozměry jako běžná cigareta, takže náústkový konec a podélný kanál procházejí přibližně polovinou nebo více než polovinou tyčinky. Alternativně mohou být vyrobeny hořlavý element a generátor aerosolu bez vestavěného náústkového konce a bez podélného kanálu, aby byly použitelné s odděleným, znovu použitelným nebo k odhození určeným náústkem.

Fyzicky oddělený plášť s obsahem tabáku, který podle vynálezu obklopuje alespoň část generátoru aerosolu, působí jako izolační člen, který soustřeďuje teplo uvnitř generátoru a zvyšuje tím tvorbu aerosolu. Tabák v tomto plášti napodobuje při kouření aroma a pocit kouření normální cigarety. Horké plyny z hořlavého elementu a horký aerosol, procházející při kouření tímto tabákovým pláštěm, extrahují a odpařují těkavé složky z tabáku bez hoření a pyrolýzy tabáku, a aerosol se tím obohacuje o tabákovou chuť a vůni. Izolační plášť kolem hořlavého elementu, obsahující izolační vlákna a případně i tabák, snižuje tepelné ztráty v radiálním směru a podporuje vedení tepla z hořlavého elementu do generátoru aerosolu. Oba pláště pak podporují pocit omaku tyčinky analogického běžné cigaretě. Krátký hutný hořlavý element s podélnými kanálky vytváří ve srovnání s běžnou cigaretou minimální množství produktů pyrolýzy a nedokonalého spalování.

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s příklady provedení znázorněnými na výkresech, kde značí obr. 1 podélný řez tyčinkou podle vynálezu, obr. 2 příčný řez vedený rovinou II-II na obr. 1, obr. 3 pohled ve zvětšeném měřítku na konec kovové kapsle uvnitř tyčinky, obr. 4 axiální řez alternativním provedením tyčinky, obr. 5, 6a 7 pohledy na zapalovací konec tyčinky s různým uspořádáním podélných kanálků, obr. 8 podélný řez tyčinkou s kapslí opatřenou podélným výřezem a obr. 9,a 10 možné uspořádání podélných kanálků v hořlavém elementu.

Tyčinka ke kouření podle obr. 1, která má s výhodou.celkové rozměry běžné cigarety, obsahuje krátký hořlavý element 10, dlouhý asi 10 až 15 mm, generátor 12 aerosolu a plastovou trubičku 44., kterou prochází vstupní kanál 18 do filtračního roubíku 45. Hořlavý element 10 je vytlačen nebo vylisován ze směsi obsahující rozmělněný nebo rekonstituovaný tabák a/nebo náhražku tabáku a menší množství hořlavého uhlíku, a je opatřen podélnými kanálky 16 (obr. 2). Zapalovací konec hořlavého elementu 10 může být zešikmený nebo může mít menší průměr, aby se lehčej i zapaloval.

Generátor 12 aerosolu obsahuje pórovitou uhlíkovou hmotu 13, tvořící substrát nebo nosič, která je uložena v kovové kapsli 90 a případně smíchána s tabákem. Substrát je naimpregnován jedním nebo několika materiály vytvářejícími aerosol jako je triethylenglykol, propylenglykol, glyceriny nebo jejich směsi. Kapsle 90 je na náústkovém konci vyhnutá do tvaru laloků (obr. 3), což zadržuje materiál a brání migraci látky vytvářející aerosol, má středový otvor 91 pro průchod aerosolu k náústkovému konci 15 tyčinky a v místech přechodu mezi rovnou a zahnutou částí jsou uspořádány čtyři přídavné otvory 92.· Alternativně může zadní konec kapsle 90 mít místo laloků čtvercový nebo obdélníkový průřez nebo lze použít jednoduché trubičkové kapsle se zahnutým náústkovým koncem a s přídavnými otvory 92 nebo bez nich. Druhý konec kapsle 90 je nasunut na zadní konec hořlavého elementu 10 a překrývá zadní 3 až 4 mm hořlavého elementu, takže leží ve vzdálenosti 6 mm až 12 mm od zapalovacího konce tyčinky: kapsle 90 tedy tvoří tepelně vodivý člen pro přenos tepla vedením. Podélné kanálky 16 umožňují průtok vzduchu do materiálu vytvářejícího aerosol. Počet podélných kanálků 16 je libovolný, v provedení podle obr. 2 je znázorněno devět podélných kanálků, rozložených rovnoměrně po průřezu hořlavého elementu 10.

Hořlavý element 10 je uzavřen v izolačním plášti.72 ze skleněných vláken a generátor 93 aerosolu je uzavřen v odděleném plášti 88, obsahujícím tabák. Použitá skleněná vlákna mají s výhodou teplotu měknutí nižší než 550 °C, takže se během použití tyčinky roztaví. Pružný izolační plášť 72 ze skleněných vláken a plášť 88 s obsahem tabáku jsou obaleny dvěma vrstvami z cigaretového papírku 85, 89.

Náústkový konec 40, který sestává z prstencové sekce 42 z acetátu celulózy, z plastové trubičky 44 a z filtračního roubíku 45 s nízkou filtrační účinností a je rovněž obalen dvěma vrstvami cigaretového papírku 85., 89. Náústkový konec 40 je spojen s kap. lí 90 přebalovou vrstvou z cigaretového papírku 86. Jak je znázorněno na výkrese, leží konec plastové trubičky 44 přivrácený ke kapsli 90 v jisté vzdálenosti od-ní. Následkem toho horké páry proudící přídavnými otvory 92 procházejí pláštěm 88 s obsahem tabáku, kde uvádějí do plynného stavu nebo extrahují těkavé složky tabáku, a potom do přívodního kanálu 18 v plastové trubičce 44 v místě, kde plášť 88 obsahující tabák dosedá na prstencovou sekci 42 z acetátu celulózy.

V provedení, kde tyčinka má izolační plást 72 s nízkou hustotou, prochází izolačním pláštěm 72 určité množství vzduchu a plynů, které vnikají do pláště 88 s obsahem tabáku; následkem toho nemusí být přídavné obvodové obvody 92 .v kapsl-i 90 nezbytné k tomu, aby se z tabáku pláště 88 extrahovaly aromatické látky.

V tyčince podle obr. 4 je izolační plášt 72 protažen směrem k náústkovému konci 15 a obklopuje celý hořlavý element 10 a kapsli 74, obsahující granulovaný naimpregnovaný substrát, tvořící krčmě izolačních vláken tabák, takže má i funkci pláště 88 s obsahem tabáku z provedení podle obr. 1. Plastová trubička 44, obklopená prstencovou sekcí 42 z acetátu celulózy, přesahuje přes zadní konec kapsle 74, opatřený v příčné stěně 78 otvory 80 pro průchod plynů, tabákových aromatizujících látek a/nebo látek vytvářejících aerosol do plastové trubičky 44. Na konci prstencové sekce 42, který je přivrácen k hořlavému elementu 10, může být nanesena vrstva lepidla 82 nebo jiného materiálu, který utěsní vlákna z acetátu celulózy a zabrání průchodu vzduchu mezi nimi. Na náústkovém konci 15 tyčinky je umístěn filtrační roubík 45 s nízkou filtrační účinností. Prstencová sekce 42 z vláken acetátu celulózy a filtrační roubík 45 jsou s výhodou obaleny běžným obalovým cigaretovým papírkem 85. Ke spojení zadního konce izolačního pláště 72 a přední části tyčinky může sloužit další vrstva, cigaretového papírku 86,. Izolační plášů 72 je obalen nepórezním papírem 73. Hořlavý element 10 má délku asi 15 až mm a je s výhodou opatřen nejméně třemi podélnými kanálky 16. nebo jejich větším počtem, aby se zvýšilo proudění vzduchu. Vhodné uspořádání podélných kanálků 16 je zakresleno na obr. 5, 6 a 7.

V obměněném neznázorněném provedení tyčinky z obr. 4 může být izolační plášů 72 průběžný a může tedy nahrazovat i prstencovou sekci 42 z acetátu celulózy, takže sahá od zapalovacího konce až k filtračnímu roubíku 45. Při tomto provedení je s výhodou na tu část filtračního roubíku 45, kde se dotýká konce izolačního pláště 72, nanesena vrstva lepidla, nebo je mezi izolačním pláštěm 72 a filtračním roubíkem 45 umístěn prstenec z vláken acetátu celulózy, povlečený na obou koncích lepidlem.

V tyčince podle obr. 8 sestává oddělený plášř 94 z tabáku nebo ze směsi tabáku a izolačních vláken, například skleněných, a sahá za konec kovové kapsle 96, přivrácený k náústkovému konci tyčinky, až k filtračnímu roubíku 45. Alternativně může sahat po celé délce tyčinky až přes filtrační roubík 45. V provedeních tohoto typu má kovová kapsle 96 jeden nebo několik obvodových podélných výřezů 99, s výhodou dva výřezy umístěné proti sobě, takže odpařené látky z generátoru aerosolu procházejí vrstvou tabáku, která obklopuje generátor aerosolu, a extrahují tabákové aroma dřív, než projdou do přívodního kanálu 18 v plastové trubičce 44.

Jak je patrné, je tabák v plášti 94 kolem hořlavého elementu stlačený. To přispívá k omezení vzduchového proudění tabáku a tím nebezpečí jeho hoření. Kromě toho kovová kapsle 96 podporuje uhašení tabáku, protože působí jako tepelná jímka. Tento jev rovněž pomáhá k rovnoměrnému rozložení a vedení tepla kolem generátoru aerosolu, což zase podporuje rovnoměrné uvolňování aromatizujících složek. Rovněž může být vhodné zpracovat část cigaretového papírku 85., 89 u zadního konce hořlavého elementu 10 nějakou látkou, například křemičitanem sodným, která podporuje zhasnutí tabáku, takže, tabák v podstatě nehoří za obnaženým koncem hořlavého elementu 10. Alternativně může samotný tabák být zpracován modifikátorem hoření, který zabraňuje hoření tabáku obklopujícího generátor aerosolu.

Při zapálení tyčinky podle kteréhokoliv z popsaných provedení hořlavý element hoří a generuje teplo, které slouží k vypařování látky-nebo látek tvořících aerosol v generátoru aerosolu. Tyto prchavé látky jsou pak nasávány k náústkovému konci, zejména během tahu z tyčinky, a do úst kuřáka analogicky jako kouř z obvyklé cigarety.

Protože hořlavý element je poměrně krátký, leží horký hořící kužel ohně vždycky v blízkosti generátoru aerosolu, což zvyšuje přenos tepla do generátoru a případného tabákového roubíku a tedy výslednou tvorbu aerosolu a případného aromatizujícího materiálu, zejména při použití výhodného tepelně vodivého členu. V důsledku malé délky hořlavého elementu neexistuje nikdy delší úsek nehořícího paliva, který by působil jako tepelná jímka, jako je tomu u dosavadních tyčinek s tepelným uvolňováním aerosolu. Malý zdroj tepla tvoření hořlavým elementem rovněž zmenšuje na minimum tvorbu produktů neúplného spalování nebo pyrolýzy, zejména u těch provedení, která v hořlavém elementu obsahují uhlík a/nebo několik podélných kanálků.

Přenos tepla a tedy i tvorba aerosolu je zvyšována provedením podélných kanálků v hořlavém elementu, kterými se táhne horký vzduch do generátoru aerosolu, zejména při nasátí. Přenos tepla je rovněž podporován tepelně vodivou kovovou kapslí, která leží s mezerou od zapalovacího konce hořlavého elementu, aby nebránila zapalování a hoření paliva a aby nevyčnívala z tyčinky ani po použití. Kromě toho izolační plášť omezuje, vede a koncentruje teplo směrem do střední části tyčinky, čímž zvyšuje množství tepla přenášeného k látce tvořící aerosol.

Protože látka vytvářející aerosol je fyzicky oddělena od hořlavého elementu, působí na ni podstatně nižší teploty, než jaké jsou v hořícím kuželi ohně. To snižuje nebezpečí tepelné degradace látky tvořící aerosol a zhoršení chuti. Rovněž to má za následek vznik aerosolu během tahu z tyčinky, avšak minimální produkci aerosolu z generátoru při doutnání mezi tahy.

Ve výhodných provedeních vynálezu krátký hořlavý element, tepelně vodivý člen, izolační člen a/nebo podélné otvory v hořlavém elementu spolupracují s generátorem aerosolu v tom smyslu, že celý systém je schopný dodávat značná množství aerosolu a případně tabákového aromatu prakticky při každém tahu z cigarety. Těsná blízkost hořícího ohně u generátoru aerosolu po několika tazích má spolu s vodivým členem, izolačním členem a/nebo otvory v hořlavém elementu za následek uvolňování velkého množství aerosolu jak během tahu z tyčinky tak během poměrně dlouhých intervalů doutnání mezi tahy.

V.

/ Ί

Aniž to znamená omezení jakoukoliv teorií, předpokládá se, že generátor aerosolu je udržován na poměrně vysoké teplotě mezi jednotlivými tahy, a že přídavné teplo uvolňované při zatažení z cigarety, které se značně zvýší působením podélných otvorů v hořlavém elementu, slouží primárně k vypaření materiálu vytvářejícího aerosol. Tento zvýšený přenos tepla umožňuje zlepšené využití energie paliva, která je k dispozici, zmenšuje množství potřebného hořlavého materiálu a pomáhá prakticky k okamžitému vzniku aerosolu.

Vhodnou volbou složení hořlavého elementu, počtu, velikosti, tvaru a uspořádání podélných otvorů hořlavého elementu, izolačního pláště, papírového obalu a/nebo tepelného vodiče lze regulovat vlastnosti hořlavého elementu při hoření. To umožňuje regulovat množství tepla přenášeného do generátoru aerosolu, což zase lze využít ke změně počtu tahů a/nebo množství aerosolu dodávaného kuřákovi.

Obecně mají hořlavé elementy v tyčince podle vynálezu menší délku než asi 30 mm, s výhodou asi 20 mm nebo méně, nejvýhodněji asi 15 mm nebo méně. Průměr hořlavého elementu je s výhodou asi 8 mm nebo menší, účelně mezi 3 a 7 mm a nejvýhodněji asi mezi 4 a 6 mm. Hustota hořlavých elementů, kterých lze použít v tyčince podle vynálezu, leží v rozmezí asi od 0,5 asi do 1,5 g . cm³, měřeno například výtlakem rtuti. S výhodou je hustota větší než 0,7 g . cm”³ a nejvýhodněji větší než 0,8 g . cm“³. Ve většině případech je žádoucí materiál s vysokou hustotou, protože zajišťuje, že hořlavý element bude hořet dostatečně dlouho, aby napodoboval dobu hoření jedné cigarety, a že bude dodávat dostatečné množství energie ke generování dostatečného množství aerosolu.

Hořlavé elementy jsou s výhodou lisované nebo vytlačované z rozmělněného tabáku, rekonstituovaného tabáku nebo z náhražek tabáku, jako jsou materiály z modifikované celulózy, z degradovaného nebo předběžně pyrolyzovaného tabáku apod. Vhodné materiály zahrnují látky popsané v amerických pat. spisech č. 4 347 855, Č. 3 931 824, č. 3 885 574 a č. 4 008 723 a v publikaci autora Sittiga, Tobacco Substitutes, Noyes Data Corp. (1976). Samozřejmě lze použít i jiných hořlavých materiálů, pokud hoří dostatečně dlouho, aby napodobily dobu hoření obvyklé cigarety, a pokud generují dostatečné množství tepla, aby generátor aerosolu uvolnil dostatečné množství materiálu vytvářejícího aerosol.

Výhodné hořlavé elementy normálně zahrnují hořlavé uhlíkaté materiály, například látky připravené pyrolýzou nebo karbonizací celulózových materiálů, jako je dřevo, bavlna, celulózové hedvábí, tabák, kokos, papír apod. Ve většině případů je žádoucí hořlavý uhlík, protože má vysokou schopnost generovat teplo a přitom vytváří minimální množství produktů neúplného spalování. Obsah uhlíku v hořlavém elementu je asi. 20 až 40 % hmotnosti nebo i vyšší.

Nejvýhodnější hořlavé elementy pro tyčinku podle vynálezu jsou uhlíkaté hořlavé elementy, to znamená elementy, obsahující převážně uhlík. Uhlíkaté hořlavé elementy jsou obzvláště výhodné proto, že vytvářejí minimální množství produktů pyrolýzy a nedokonalého spalování, produkují málo postranního kouře, vzniká z nich nejmenší množství popela a mají velkou tepelnou kapacitu. Aerosol dodávaný kuřákovi nemá mutagenní aktivitu, jak bylo zjišťováno Amesovým testem.

Přísady podporující hoření nebo modifikátory hoření lze rovněž přidávat k palivovému materiálu, aby měl požadované charakteristiky v hořeni a doutnání. Do paliva lze rovněž přidávat podle potřeby plniva, například křemelinu, a pojivá, jako je natriumkarboxymethylcelulóza. Do hořlavého elementu lze rovněž přidávat aromatizující látky, jako jsou tabákové extrakty, aby měl aerosol tabákovou nebo jinou chuť a vůni.

Hořlavý element je s výhodou opatřen jedním nebo několika podélnými kanálky, které pomáhají regulovat přenos tepla z hořlavého elementu do generátoru aerosolu, což je důležité jednak pro přenos dostatečného množství tepla k vytvoření potřebného množství aerosolu, a jednak pro znemožnění přenosu příliš velkého množství tepla, aby se látka tvořící aerosol nerozložila. Obecně tyto kanálky propůjčují pórovitost a zvyšují brzký přenos tepla do substrátu, protože zvyšují množství horkých plynů vstupujících do substrátu. Rovněž zvyšují rychlost hoření.

Větší počet podélných kanálků, například 5 až 9 i více, zejména když jsou mezi nimi větší mezery jako v provedení podle obr. 5 a 9, vytváří obecně vyšší přenos tepla prouděním, což má za následek rychlé dodávání a uvolňování aerosolu. Větší počet otvorů rovněž usnadňuje zapalování.

Při vysokém přenosu tepla prouděním obvykle vzniká v hlavním proudu větší množství CO. Ke snížení tohoto množství lze použít menší počet kanálků nebo hořlavý element s vyšší hustotou, avšak tyto změny mají obvykle za následek, že se hořlavý element obtížněji zapaluje, a že se snižuje přenos tepla prouděním, takže se zhoršuje rychlost a množství dodávaného aerosolu. Bylo zjištěno, že při uspořádání kanálků ve vzájemné těsné blízkosti, jako je tomu na obr. 6, kde kanálky prohoří nebo se spojí v jediný kanálek, alespoň na zapalovacím konci, je množství kysličníku uhelnatého v produktech spalování obecně nižší než při stejném počtu kanálků, které mají větší vzájemné vzdálenosti.

Optimální uspořádání, tvar a počet kanálků v hořlavém elementu má dodávat ustálené a velké množství aerosolu, má umožňovat snadné zapálení a generovat malé množství kysličníku uhelnatého. Pro uspořádání, tvar a/nebo počet kanálků v uhlíkatých hořlavých elementech byly zkoušeny nejrůznější kombinace. Obecně bylo zjištěno, že hořlavé elementy opatřené asi 5 až 9 kanálky, umístěnými tak blízko sebe, že prohoří v jeden velký kanál, alespoň na zapalovacím konci hořlavého elementu, nejlépe vyhovují požadavkům kladeným na hořlavý element použitelný v tyčince podle vynálezu, zejména když jde o uhlíkaté hořlavé elementy. Předpokládá se však, že k tomuto jevu dochází i v jiných různých hořlavých elementech jiného než uhlíkatého typu, kterých lze v rámci vynálezu rovněž použít. Mezi proměnné, které ovlivňují rychlost spojení kanálků v hořlavém elementu při jeho hoření, patří hustota a složení hořlavého elementu, rozměr, tvar a počet kanálků, vzdálenost mezi kanálky a jejich uspořádání. Například v uhlíkatém hořlavém elementu s hustotou -0,85 g . cm“³, který má 7 kanálků o průměru asi o 0,5 mm, mají být tyto kanálky umístěny uvnitř opsané kružnice s průměrem mezi 1,6 mm a 2,5 mm, aby prohořely během hoření v jediný kanál. Když se průměr jednotlivých kanálků zvětší asi na 0,6 mm, průměr této opsané kružnice vzroste asi na 2,1 mm až 3,0 mm.

Jiné výhodné uspořádání kanálků v hořlavém elememtu, vhodné pro účely vynálezu, je konfigurace znázorněná na obr. 10, pro kterou bylo zjištěno, že se lehce zapaluje a produkuje malé množství kysličníku uhelnatého. Podle tohoto provedení je krátká sekce na zapalovacím konci hořlavého elementu opatřena několika kanálky, s výhodou asi 5 až 9, které ústí do široké dutiny 97, jež sahá ke konci hořlavého elementu přivrácenému k náústkovému konci tyčinky. Velké množství kanálků na zapalovacím konci vytváří totiž dostatečně velkou povrchovou plochu,která je potřebná pro snadné zapalování a pro včasné dodávání aerosolu. Dutina, která může tvořit 30 až 95 %, s výhodou více než 50 % dolky hořlavého elementu, podporuje stejnoměrný přenos tepla do generátoru aerosolu a dodává minimální množství kysličníku uhelnatého do hlavního proudu.

Generátor aerosolu v tyčince podle vynálezu je fyzicky oddělen od hořlavého elementu. Pod pojmem fyzicky oddělen se rozumí, že substrát, kapsle nebo komora obsahující materiál vytvářející aerosol, není propojen s hořlavým elementem ani netvoří jeho součást. Jak bylo uvedeno, snižuje toto uspořádání nebo dokonce zcela odstraňuje tepelnou degradaci materiálu vytvářejícího aerosol a vznik postranního proudu kouře. Třebaže generátor aerosolu není součástí hořlavého elementu, je s ním ve vodivém teplosměnném vztahu a zejména se dotýká nebo leží vedle hořlavého elementu.

Generátor aerosolu s výhodou obsahuje nejméně jeden tepelně stálý materiál, který nese jednu nebo několik látek, vytvářejících aerosol. Mezi tepelně stálé materiály patří látky schopné snášet vysoké teploty, například 400 °C a 600 °C, vyskytující se v blízkosti hořlavého elementu, aniž by se rozkládaly nebo hořely. Lze ovšem použít i jiných generátorů aerosolu, například mikrokapslí praskajících vlivem horka nebo tuhých látek vytvářejících aerosol, ovšem za předpokladu, že jsou schopné uvolňovat dostatečné množství par, vytvářejících aerosol, aby se uspokojivě podobaly tabákovému kouři.

Tepelně stálé materiály, vhodné jako substrát nebo jako nosič látky vytvářející aerosol, jsou odborníkům známé. Vhodné substráty mají být pórovité a musejí mít schopnost zadržovat látku vytvářející aerosol v době mimo použití a uvolňovat páry této látky při zahřívání hořlavým elementem. Do kapsle, obzvláště když je vyrobena z vodivého materiálu, mohou být vloženy zejména zrnité substráty.

Vhodné tepelně stálé materiály zahrnují tepelně stálé adsorpční uhlíky jako je pórovitý uhlík, grafit, aktivované a neaktivované uhlíky apod. Vhodné další materiály zahrnují anorganické pevné látky, jako je keramika, sklo, oxid hlinitý, vermikulit, jíly, jako je bentonit apod. Z oxidu hlinitého je slinován při zvýšené teplotě, například nad 1000 °C, promyt a vysušen.

Rovněž bylo zjištěno, že vhodné zrnité substráty lze vyrobit z uhlíku, tabáku nebo ze směsi uhlíku a tabáku ve formě zhuštěných částic jednofázovým postupem ve stroji popsaném v německém pat. spise č. 1 294 351 a v americkém, pat. spise č.

277 520, který byl znova vytištěn pod č. 27 214, a v japonské zveřejněné přihlášce č. 85 84/1967.

Generátor aerosolu v tyčince podle vynálezu nemá od zapalovacího konce hořlavého elementu větší vzdálenost než asi 40 mm, s výhodou menší než 30 mm a nejvýhodněji nejvýše 20 mm. Délka generátoru aerosolu může kolísat v rozmezí do 2 mm asi do 60 mm, s výhodou od 5 mm do 40 mm a nejvýhodněji od 20 do 35 mm. Průměr generátoru aerosolu může být 2 až 8 mm, s výhodou asi 3 až 6 mm. Použije-li se nezrnitého substrátu, může být opatřen jedním nebo několika otvory, aby se zvýšila jeho povrchová plocha, průtok vzduchu a přenos tepla.

Látka nebo látky vytvářející aerosol musejí být schopné generovat aerosol při teplotách panujících v generátoru, když jsou zahřívány hořícím hořlavým elementem. Takové látky s výhodou sestávají z uhlíku, vodíku a kyslíku, mohou však zahrnovat i jiné materiály. Látky vytvářející aerosol mohou být pevné, polotuhé nebo kapalné. Teplota varu takových látek a/nebo jejich směsí může být až 500 ’C. Látky vyznačující se takovými vlastnostmi zahrnují vícemocné alkoholy, jako je glycerol a propylenglykol, alifatické estery kyselin mono-, di- nebo polykarboxylových, jako je methylstearát, dodekandioát, dimethyltetradodekandioát a další.

Výhodnými látkami vytvářejícími aerosol jsou vícemocné alkoholy nebo jejich směsi. Obzvláště výhodnými látkami jsou glycerol, propylenglykol, triethylenglykol nebo jejich směsi.

Látka vytvářející aerosol může být dispergována na generátoru nebo uvnitř generátoru aerosolu v dostatečné koncentraci, aby naimpregnovala nebo povlékla substrát, nosič nebo kapsli. Látku vytvářející aerosol lze například nanášet nezředěnou nebo ve zředěném roztoku namáčením, stříkáním, napařováním a podobnou technikou. Pevné složky vytvářející aerosol mohou být přidávány do substrátu a stejnoměrně rozmíchány před jeho tvářením.

Třebaže množství látky vytvářející aerosol se mění od jednoho nosiče ke druhému a od jedné látky ke druhé, obecně může množství látky vytvářející aerosol ležet v rozmezí asi od 20 mg do asi 120 mg, s výhodou asi od 35 mg do 85 mg a nejvýhodněji asi mezi 45 mg a 65 mg. Co největší množství látky vytvářející aerosol a uložené do generátoru aerosolu má být dodáváno kuřákovi jako celková mokrá částicová látka. S výhodou alespoň 2 % hmotnosti, výhodněji asi 15 % hmotnosti a nejvýhodněji asi 15 % hmotnosti látky vytvářející aerosol se dodává kuřákovi jako celková mokrá částicová látka.

Generátor aerosolu rovněž může obsahovat jednu nebo několik těkavých aromatisačních činidel, jako je mentol, vanilin, umělá káva, tabákové extrakty, nikotin, kofein, lihovina a jiná činidla, která dodávají aerosolu aroma. Mimoto může obsahovat jakékoliv jiné žádoucí těkavé tuhé nebo tekuté látky. Alternativně se mohou tato případná činidla umístit mezi generátor aerosolu a náústkový konec tyčinky, například v odděleném substrátu nebo komůrce v přívodním kanálu, který vede do generátoru aerosolu k naústkovému konci, nebo mohou být uspořádány v případně tabákové náplni. Je-li to žádoucí, lze těchto těkavých činidel použít místo části nebo místo veškerého materiálu vytvářejícího aerosol, takže tyčinka pak dodává kuřákovi chuůové látky nebo jiný materiál bez aerosolu.

Obzvláště výhodný generátor aerosolu obsahuje substrát z oxidu hlinitého, který obsahuje vysušený tabákový extrakt, modifikátory tabákového aromatu jako je levulová kyselina, jedno nebo několik aromatizačnich činidel a látky vytvářející aerosol, například glycerol. Takový substrát lze smíchat se zhutněnými tabákovými částicemi, vyrobenými ve zmíněném stroj i, které mohou být rovněž naimpregnovány látkou vytvářející aerosol.

Tyčinky podle vynálezu lze použít nebo modifikovat k použití jako tyčinky k dodávání drog, těkavých farmakologicky nebo fyziologicky aktivních materiálů, jako je efedrin, metaproterenol, terbutalin a podobně.

Jak ukazují znázorněná provedení, může tyčinka podle vynálezu rovněž obsahovat náplň nebo zátku z tabáku nebo materiálu obsahující tabák, umístěný ve směru proudění za hořlavým elementem a sloužící k dodávání tabákového aromatu do aerosolu. V takových případech procházejí horké páry tabákem a extrahují a odpařují jeho těkavé složky, a to bez spalování a znatelné pyrolýzy. Vhodné umístění tabákové náplně je na obvodu generátoru aerosolu, jak ukazuje obr. 7 a 8, což zvyšuje přenos tepla do tabáku zejména v těch provedeních, kde je mezi materiálem vytvářejícím aerosol a obvodovým tabákovým pláštěm tepelně vodivý člen. Tabák působí jako izolace generátoru aerosolu a současně napodobuje omak a aroma obyčejné cigarety. Jiné výhodné místo tabákové náplně je uvnitř generátoru aerosolu, kde tabák nebo zhuštěné tabákové částice mohou být smíchání se substrátem nebo použity místo substrátu látky vytvářející aerosol.

Materiál obsahující tabák může obsahovat jakýkoliv tabák obvyklý pro odborníka, jako je Burley, uměle sušený tabák, turecký tabák, rekonstituovaný tabák, vytlačovaná nebo zhuštěná tabáková směs, fólie obsahující tabák apod. S výhodou se používá směsi tabáků, aby vdechovaný aerosol měl dobrou chuf. Materiál obsahující tabák může rovněž zahrnovat běžné přísady do tabáku, jako jsou plniva, povlaky, vyztužovací činidla, jako skleněná vlákna, zvlhčovači látky apod. Do tabákového materiálu lze rovněž přidávat aromatizační činidla a modifikátory aromatu.

Tepelně vodivý člen v tyčince podle vynálezu je typicky tvořen kovovou, například hliníkovou trubičkou, jejíž tloušůka leží v rozmezí od méně než 0,01 mm asi do 0,2 mm nebo i více. Tloušťku, tvar á/nebo typ vodivého materiálu, například jiných kovů lze měnit a tím dosáhnout libovolného stupně přenosu tepla. Obecně má být tepelně vodivý člen v dostatečné vzdálenosti od hořlavého elementu, aby nebránil jeho zapalování, avšak dostatečně blízko u zapalovacího konce, aby přenos tepla vedením byl dostatečně velký i při počátečních a středních tazích z tyčinky.

Jak je znázorněno v příkladech provedení, tepelně vodivý člen překrývá zadní část hořlavého elementu a alespoň část generátoru aerosolu a leží s mezerou od zapalovacího konce alespoň 3 mm i více a s výhodou asi 5 mm i více., Účelně nesahá tepelně vodivý člen přes více než polovinu délky hořlavého elementu. Ještě výhodněji překrývá tepelně vodivý člen nejvýše zadních 5 mm hořlavého elementu. Tepelně vodivé členy tohoto typu nebrání zapalování a hoření hořlavého elementu. Vodivé členy opatřené vybráním rovněž podporují zhasnutí hořlavého materiálu, když dohoří do místa, kde se dotýká tepelně vodivého členu, protože působí jako tepelná jímka, a nevyčnívají ven ani po shoření hořlavého elementu.

Účelně tvoří tepelně vodivý člen vodivou kapsli, obklopující materiál vytvářející aerosol. Alternativně lze uspořádat oddělený vodivý kontejner, zejména v těch provedeních, kde se používá zrnitého substrátu nebo polotekuté látky vytvářející aerosol.

Vodivá kapsle uzavírá látku vytvářející aerosol, zlepšuje také rozvádění tepla do látky vytvářející aerosol a do obvodového tabákového pláště a brání migraci látky vytvářející aerosol v ostatních částech tyčinky. Kapsle rovněž umožňuje regulovat úbytek tlaku v tyčince, protože lze měnit počet, velikost a/nebo polohu otvorů, kterými prochází aerosol do náústkového konce tyčinky. V tyčinkách s tabákovým pláštěm kolem obvodu generátoru aerosolu může být kapsle opatřena obvodovými kanálky nebo otvory, které regulují a vedou proud par tabákem. Použití kapsle rovněž zjednodušuje výrobu tyčinky, protože snižuje počet jejích elementů a/nebo výrobních operací.

Izolační člen v tyčince podle vynálezu je s výhodou vytvořen ve tvaru pružného pláště z jedné nebo několika vrstev izolačního materiálu. Tento plášř. má s výhodou tlouštku alespoň 0,5 mm, s výhodou nejméně 1 mm a nejvýhodněji asi 1,5 až 2 mm. Plášt sahá s výhodou přes více než polovinu délky hořlavého elementu. Nejúčelněji sahá v podstatě po celém vnějším obvodu hořlavého elementu a po celém obvodu nebo části obvodu generátoru aerosolu. Jak je znáz měno v provedení podle obr. 1, lze použít k izolaci těchto dvou dílů tyčinky odlišných materiálů.

Izolační členy, kterých lze použít podle vynálezu, obecně zahrnují anorganická nebo organická vlákna, například vyrobená ze skla, oxidu hlinitého, oxidu křemičitého, sklovitých materiálů, struskové vlny, uhlíku, křemíku, boru, organických polymerů, celulózy apod. a jejich směsí. Rovněž lze použít nevláknitých izolačních materiálů, například silikagelu, perlitu, skla apod., zpracovaných na pavučinku, pruhy nebo jiné tvary. Výhodné izolační členy jsou pružné, aby napomáhaly napodobovat omak běžné cigarety. Účelně se mají izolační materiály tavit během použití tyčinky a mají mít teplotu měknutí asi pod 650 až 700 °C.

Izolační materiály, kterým se dává přednost, nemají během použití tyčinky hořet. Nicméně lze použít pomalu hořících uhlíků a podobných látek. Tyto látky působí primárně jako izolační plášť, který zadržuje a směruje velkou část tepla generovaného hořlavým elementem do generátoru aerosolu. Protože izolační plášť se u hořícího hořlavého elementu do jisté míry zahřívá, může rovněž sám vést teplo do generátoru aerosolu.

Výhodné izolační materiály pro hořlavý element zahrnují keramická, například skleněná vlákna. Vhodné skleněné vláknité materiály mají nízkou teplotu měknutí, například pod 650 “C.

Četná běžně dostupná anorganická vlákna se vyrábějí s pojivém, například polyvinylalkoholem, který udržuje jejich strukturní celistvost během manipulace. Tato pojivá, která by vyvolávala při zahřívání nepříjemné aroma, se musejí před použitím odstranit, například zahříváním na vzduchu při teplotě asi 650 ’C po dobu asi 15 minut. Pokud je to žádoucí, lze přidat k vláknům v množství asi 3 % hmotnosti pektin, který dodává mechanickou pevnost a nevyvolává přitom nepříjemnou chuť.

Alternativně lze izolační materiál úplně nebo částečně nahradit tabákem, a to buď volným nebo zhuštěným. Použití tabáku jako náhrady celého izolačního pláště nebo jeho části slouží také k tomu, že do hlavního proudu aerosolu přidává tabákovou chuť a vůni a vytváří tabákové aroma kromě toho, že působí jako izolátor. V provedeních, kde tabákový plášť uzavírá generátor aerosolu, působí jako nehořící izolátor a současně dodává proudu aerosolu tabákovou příchuť. V provedeních, kde tabák obklopuje hořlavý element, se tabák spotřebovává s výhodou pouze v té míře jako palivo, to znamená asi k bodu doteku mezi hořlavým elementem a generátorem aerosolu. Toho lze dosáhnout slisováním tabáku kolem hořlavého elementu a/nebo použitím vodivé tepelné jímky jako v provedení podle obr. 8. Rovněž toho lze dosáhnout tím, že se papírový obal cigarety a/nebo tabák zpracuje látkou, která pomáhá uhasit tabák v místě, kde přesahuje generátor aerosolu.

Když izolační člen obsahuje jiné vláknité materiály než tabák, lze mezi ním a náústkovým koncem tyčinky vložit přehradu. Taková přehrada může například sestávat z prstence vláken z acetátu celulózy s vysokou hustotou, který se dotýká vláknitého izolačního pláště a je z obou stran utěsněn, například zalepen, aby se zabránilo proudění vzduchu mezi vlákny.

Ve většině provedení tyčinky podle vynálezu je jednotka sestávající z hořlavého elementu a z generátoru aerosolu připevněna k náústkovému konci, například k plastické trubičce z acetátu celulózy, třebaže náústkový konec může být vytvořen odděleně, například ve tvaru cigaretové špičky. Tato část tyčinky tvoří kanál, který vede vypařený materiál vytvářející aerosol do úst kuřáka. V důsledku své délky, která je s výhodou 35 až 50 mm nebo i delší, udržuje horký kužel plamene v dostatečné vzdálenosti od úst a prstů kuřáka a poskytuje dostatečně dlouhý čas k tomu, aby se vytvořil horký aerosol a ochladil se dřív, než jej kuřák vdechne.

Vhodné náústkové konce mají být netečné vzhledem k látkám vytvářejícím aerosol, mohou mít vrchní vrstvu nepropouštějící vodu a jiné tekutiny, mají vyvolávat minimální ztrátu aerosolu kondenzací nebo filtrací a mají vydržet teplotu ve styčných místech s ostatními díly tyčinky. Výhodné náústkové konce sestávají z prstencové sekce z acetátu celulózy, použité ve znázorněných příkladech provedení, která působí jako pružný vnější člen a pomáhá napodobovat omak běžné cigarety na náústkové části tyčinky. Jiné vhodné náústkové konce jsou pro odborníka nasnadě.

Náústkové konce pro tyčinky podle vynálezu mohou obsahovat i případný filtrový konec, který dodává tyčince vzhled běžné cigarety s filtrem. Takové filtry zahrnují filtry z acetátu celulózy s nízkou filtrační účinností a duté nebo přepážkové plastové filtry, například vyrobené z polypropylenu. Tyto filtry nijak nebrání průchodu aerosolu.

Celá délka tyčinky nebo její část může být obalena cigaretovým papírkem. Vhodné papírky na hořlavém elementu nemají přímo hořet při hoření hořlavého elementu. Kromě toho má mít papírek regulovatelné vlastnosti při doutnání a má produkovat šedý popel podobný cigaretovému.

V těch provedeních s izolačním pláštěm, kde papír hoří směrem od hořlavého elementu opatřeného pláštěm, se dosahuje maximálního přenosu tepla, protože proudění vzduchu k hořlavému elementu není omezeno. Nicméně lze navrhnout papíry, které zůstávají úplně nebo částečně intaktní při působení horka od hořícího hořlavého elementu. Takové papíry omezují proudění vzduchu do hořlavého elementu a tím podporují regulaci teploty hoření hořlavého elementu a přenos tepla do generátoru aerosolu.

Ke snížení rychlosti hoření a teploty hořlavého elementu a tedy k udržování nízkého poměru CO/CO₂ lze jako vrchní papírové vrstvy použít nepórovitého papíru nebo papíru s nulovou pórovitostí, zpracovaného tak, aby byl mírně porézní, například nehořlavého slídového papíru s velkým počtem otvůrků. Takový papír reguluje dodávku tepla, zejména během prostředních tahů, například od čtvrtého do šestého tahu.

Ke zvýšení dodávky aerosolu, který by byl jinak zředěn radiálním, to znamená zvnitřku přicházejícím vzduchem, infiltrujícím do tyčinky, lze použít od generátoru aerosolu k náústkovému konci nepórovitého papíru.

Papíry uvedených druhů jsou v průmyslu výroby cigaret známé a k vyvolání různých funkčních efektů lze použít jejich kombinací.

Některé tyčinky podle výhodných provedení vynálezu jsou schopné dodávat alespoň 0,6 mg aerosolu, měřeno jako celková mokrá částicová látka, během prvních tří tahů při kouření v podmínkách FTC. Podmínky FTC spočívají ve dvou sekundách tahů z cigarety (35 ml celkového obsahu), které jsou odděleny 58 sekundami doutnání. Ještě výhodnější provedení podle vynálezu jsou schopná dodávat 1,5 mg nebo i více aerosolu během prvních tří tahů. Nejvýhodnější tyčinky podle vynálezu dodávají během prvních tří tahů 3 mg i více aerosolu, když se tyčinka kouří v podmínkách FTC. Mimoto tyčinky podle vynálezu dodávají průměrně alespoň 0,8 mg celkového mokrého množství částic při jednom tahu během alespoň šesti tahů,, s výhodou alespoň během 10 tahů, při kouření v podmínkách FTC.

PATE NT O VÉ NÁROKY

Claims (12)

1. Tyčinka ke kouření, obsahující uhlíkatý hořlavý element a fyzicky oddělený generátor aerosolu, obsahující látku vytvářející aerosol a umístěný mezi hořlavým elementem a náústkovým koncem tyčinky, vyznačená tím, že alespoň část generátoru (12) aerosolu je obklopena fyzicky odděleným pláštěm (88, 94) obsahujícím tabák.

2. Tyčinka podle nároku 1, vyznačená tím, že mezi pláštěm (88, 94) obsahujícím tabák a látkou vytvářející aerosol je uspořádán tepelně vodivý člen, který se dotýká hořlavého elementu (10).

3. Tyčinka podle nároku 2, vyznačená tím, že hořlavý element (10) má délku 3 mm až 30 mm.

4. Tyčinka podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačená tím, že plášť (88, 94) obsahující tabák a obklopující generátor (12) aerosolu dále obsahuje izolační vlákna.

5. Tyčinka podle jednoho z nároků 2 až 4, vyznačená tím, že hořlavý element (10) je obklopen izolačním pláštěm (72).

6. Tyčinka podle nároku 5, vyznačená tím, že izolační plášť (72) obklopující hořlavý element (10) obsahuje tabákový materiál.

7. Tyčinka podle nároku 5 nebo 6, vyznačená tím, že izolační plášť (72) obklopující hořlavý element (10) obsahuje izolační vlákna.

8. Tyčinka podle nároku 7, vyznačená tím, že izolační vlákna jsou skleněná.

9. Tyčinka podle jednoho z nároků 5 až 8, vyznačená tím, že izolační plášť (72) obklopující hořlavý element (10) je pružný a má tloušťku mezi 0,5 mm a 2,5 mm.

10. Tyčinka podle jednoho z nároků 2 až 9, vyznačená tím, že v hořlavém elementu (10) je vytvořen nejméně jeden podélný kanálek (16).

11. Tyčinka podle jednoho z nároků 2 až 10, vyznačená tím, že hořlavý element (10) obsahuje tři až patnáct podélných kanálků (16) uspořádaných těsně u sebe pro vzájemné stavení během hoření v jediný kanálek alespoň na zapalovacím konci hořlavého elementu (10).

12. Tyčinka podle nároku 11, vyznačená tím, že počet podélných kanálků (16) uspořádaných těsně vedle sebe je pět až devět.