FI95436B - Natriumia sisältävä hiilipitoinen polttoainekoostumus tupakointituotteiden polttoaine-elementtejä varten - Google Patents

Description

O U ·; 2, ,C

*..> 1 J (j

Natriumia sisältävä hiilipitoinen polttoainekoostumus tupakointi tuotteiden polttoaine-elementtejä varten.

Esillä oleva keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 joh-5 danto-osan mukaista polttoainekoostumusta käyttäviin tupa-kointituotteisiin, kuten esim. savukkeet, ja erityisesti niihin tupakointituotteisiin, joissa on lyhyt polttoaine-elementti ja fyysisesti erilliset aerosolinmuodostusväli-neet. Tämän tyyppisiä tupakointituotteita, ja menetelmiä 10 sekä laitteita niiden valmistamiseksi on kuvattu seuraavissa US-patenteissa nrot 4,708,151, Schelar; 4,714,082, Banerjee et ai.; 4,732,168, Resce; 4,756,318, Clearman et ai.; 4,782,644, Homer et ai: 4,793,365, Sensabaugh et ai.; 4,802,562, Homer et ai: 4,827,950, Banerjee et ai.; 15 4,870,748, Hensgen et ai.; 4,881,556, Clearman et ai.; 4,893,637, Hancock et ai.; 4,893,639, White; 4,903,714, Barnes et ai.; 4,917,128, Clearman et ai.; 4,928,714, Shannon; 4,938,238, Hancock et ai., ja 4,989,619, Clearman et ai., sekä erikoistutkielmassa otsikolla "Chemical and Biolo-20 aical Studies of New Cigarette Prototypes That Heat Instead of Burn Tobacco. R.J. Reynolds Tobacco Company, 1988 (RJR Monograph). Nämä tupakointituotteet kykenevät tarjoamaan tupakoitsijalle tupakoinnin mielihyvät (esim. tupakoinnin . maku, tuntu, tyydytys ja vastaavat).

25

Savukkeet, sikarit ja piiput ovat suosittuja tupakointituotteita, jotka käyttävät tupakkaa erilaisissa muodoissa. Kuten edellä mainittujen patenttien taustatieto-osissa on kuvattu, monia tupakointituotteita on ehdotettu parannuksina, tai 30 vaihtoehtoina, erilaisille suosituille tupakointituotteille.

Edellä mainituissa patenteissa ja/tai julkaisuissa kuvatut tupakointituotteet käyttävät palavaa hiilipitoista polttoaine-elementtiä lämmön muodostamiseen ja aerosolin muodostus-35 aineita, jotka on sijoitettu fyysisesti erilleen polttoaine- 2 elementistä ja lämpöä vaihtavaan suhteeseen polttoaine-elementin kanssa.

Hiilipitoiset polttoaine-elementit sellaisia tupakointituot-5 teitä varten sisältävät tyypillisesti hiilen ja sideaineen seoksen. Valinnaisia lisäaineita, kuten esim. liekin hidastajia, palamisen modifioijia, hiilimonoksidikatalyyttejä ja vastaavia on myös käytetty sellaisissa polttoaine-elementti-yhdistelmissä. Sellaisten polttoaine-elementtien ener-10 giatasot, s.o. kytemislämpö ja vetolämpö (tai imaisulämpö, ovat olleet usein vaikeasti hallittavissa ja niitä on suuressa määrin käsitelty modifioimalla polttoaine-elementin rakennetta, s.o. väylien lukumäärää ja sijoittelua polttoaine-elementin läpi ja/tai sen kehällä.

15 EP 236 992 esittää tupakointituotteille tarkoitetut poltto-aine-elementtikoostumukset, jotka on valmistettu sekoittamalla hiiltä, sideainetta ja mitä tahansa muuta erilaisista lisäaineista. Etusijalle asetettu sideaine on natriumkarbok-20 simetyyliselluloosa (SCMC). Tätä sideainetta käytetään etusijalle asetetusti yksinään. Kuitenkin muitakin materiaaleja, joihin kuuluu natriumkloridi, vermikuliitti, ben-toniitti, kalsiumkarbonaatti ja vastaavat, voidaan myös . käyttää. Muita sideaineita voidaan käyttää SCMC:n asemasta.

25 Sideainetta käytetään määrässä 1-50 paino-%, etusijalle asetetusti 5-20 paino-%.

EP-352 108 kuvaa samankaltaista polttoaine-elementtikoostu-musta, joka on valmistettu sekoittamalla hiiltä, sideainetta 30 ja muita lisäaineita. Etusijalle asetettu sideaine on kaksiosainen sideainejärjestelmä, jossa on pohjimmiltaan vilja-jauhoa ja sokeria. Selitysosa mainitsee, että erilaisia lisäaineita voidaan lisätä alentamaan sytytyslämpötilaa tai avustamaan palamista. Erityisesti metalli-ionit, kuten 35 kalium tai rauta ovat etusijalle asetettuja katalyytteinä.

li 3 c :. ,.

ϋ

Muita yhdistelmiä mainitaan. Potentiaaliset katalyytit sisältävät natriumyhdisteet.

Olisi edullista, mikäli olisi helpompi menetelmä sellaisten 5 hiilipitoisten polttoaine-elementtien energiatasojen käsittelemiseksi siten, että sellaisia polttoaine-elementtejä käyttävien tupakointituotteiden suunnitteluparametrejä voidaan vaihdella polttoaine-elementtien kehittämän säädetyn energiamäärän pohjalta.

10

Yllättäen on keksitty, että edellä kuvattua tyyppiä olevien hiilipitoisten polttoaine-elementtien natriumpitoisuus on yksi tekijä polttoaine-elementtien energiatasojen hallitsemisessa imaisun ja kytemisen aikana. On myös keksitty, että 15 näiden polttoaine-elementtien natriumpitoisuudella on vaikutus sellaisten polttoaine-elementtien sytytettävyyteen.

Polttoaine-elementissä olevan natriumin määrällä, ja sillä muodolla, missä natrium on sisällytetty polttoaine-elementin 20 valmistuksessa, on erittäin huomattava vaikutus polttoaine-elementin palamisominaisuuksiin. Niinpä polttoaine-elementin valmistuksen aikana lisätyn natriumin määrää ja sitä muotoa, missä natrium lisätään, voidaan vaihdella tupakointituottei-, den suorituskyvyn parantamiseksi ja kontrollin lisäämiseksi 25 polttoaine-elementtien palamisominaisuuksien osalta.

Esillä oleva keksintö on kohdistettu uuteen koostumukseen, joka on käyttökelpoinen hiilipitoisten polttoaine-elementtien valmistamiseksi savukkeita ja muita tupakointituotteita 30 varten paremman kontrollin aikaansaamiseksi polttoaine-elementin palamisominaisuuksien suhteen.

Esillä olevan keksinnön yksi edullinen polttoainekoostumus sisältää seuraavan perinpohjaisen sekoituksen: 35 f. ·υ 4 (a) noin 80 - 99 paino-% hiiltä; (b) noin 1 - 20 paino-% sideainetta; ja 5 (c) natrium (Na)-taso noin 2000 - noin 20.000 ppm.

Esillä olevan keksinnön eräs toinen edullinen poltto-ainekoostumus sisältää seuraavan perinpohjaisen sekoituksen: 10 (a) noin 60 - 98 paino-% hiiltä; (b) noin 1 - 20 paino-% sideainetta; (c) noin 1 - 20 paino-% tupakkaa; ja 1 5 (d) natrium (Na)-pitoisuus noin 2000 - noin 20.000 ppm.

Esillä olevan keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat hiili-. pitoisia polttoainekoostumuksia, jotka sisältävät seuraavan 20 kolmiosaisen seoksen (1) hiiltä, (2) soveliasta sideainetta, s.o. ei-natriumpitoista sideainetta, mikä on edullista, matalanatriumista sideainetta tai sideaineseosta, jossa on säädetty natriumtaso, ja (3) mikäli tarpeen, lisättyä natriumia, esim. Na2CC>3:n kautta, natriumtason saattamiseksi 25 alueelle 2000 - 20.000 ppm.

Mikäli halutaan, ei-palavaa täyteainemateriaalia, kuten esimerkiksi kalsiumkarbonaattia, agglomeroitua kalsiumkar-bonaattia tai vastaavaa, voidaan lisätä polttoainekoostumuk-: 30 seen avustamaan polttoaine-elementin palamisen aikana kehit tämien kaloreiden säätämisessä, vähentämällä siinä olevan palavan materiaalin määrää. Täyteainemateriaali käsittää tyypillisesti vähemmän kuin noin 50 paino-% polttoainekoos-tumuksesta, edullisesti vähemmän kuin noin 30 paino-% ja 35 edullisimmin noin 5 - noin 20 paino-%.

Il 5 ί' ;· . a - ν »' ν · j kj

Polttoaine-elementin valmistukseen käytetyn polttoainekoos-tumuksen oikea valinta sallii imaisun aikana siirretyn energian (esim. kulkeutuva lämpö) ja kytemisen aikana siirretyn energian (esim. säteilevä ja/tai johtuva lämpö) säätä-5 misen, parantaa polttoaine-elementin sytytettävyyttä ja parantaa polttoaine-elementtiä käyttävien savukkeiden koko-naisaerosolin muodostusta, tarjoten myös muita etuja.

Polttoainekoostumuksessa käytettävä hiili voi olla mitä 10 tahansa hiilityyppiä, aktivoitua tai ei-aktivoitua, mutta se on edullisesti ruoka-ainelaadun hiiltä, jolla on keskimääräinen hiukkaskoko noin 12 mikronia.

Tässä käyttökelpoiset sideaineet ovat sideaineita, tai side-15 aineen seoksia, jotka sisältävät vähemmän kuin noin 3000 ppm, edullisimmin vähemmän kuin noin 1500 ppm natriumia (s.o. matalanatriuminen tai ei-natriumpohjäinen sideaine), ja edullisesti se ei ole natriumsuolamateriaali. Sideaineessa luonnollisesti läsnäoleva natrium (s.o. luontaisesti 20 esiintyvä), mikäli se on alle noin 3000 ppm, on hyväksyttävissä. Sideaineet, jotka ovat hyväksyttävissä, sisältävät ammoniumalginaattia, mikä on erityisen edullista, karboksi-metyyliselluloosaa, ja vastaavia. Natriumsuolasideaineet (kuten esimerkiksi natriumkarboksimetyyliselluloosa), vaik-25 kakaan ei ole edullinen, on käytettävissä, mutta se tulee laimentaa seoksella toisen ei-natriumpitoisen tai matalanat-riumpitoisen sideaineen kanssa kokonaisnatriumpitoisuuden alentamiseksi halutulle alueelle 2000 - 20.000 ppm. On havaittu, että lopullisen polttoaine-elementin natriumpitoi- • · : 30 suus, kun se on johdettu sideaineen natriumsuolasta, ei ole yhtä tehokas kuin natrium, joka on lisätty polttoainekoostu-mukseen muissa muodoissa, kuten tällä keksinnöllä on järjestetty .

0- I*..:, 6 · ' "ϋ

Yllättäen on havaittu, että ei ainoastaan natriumpitoisuuden taso lopullisessa polttoaine-elementissä ole tärkeä vaan myös natriumin lähteellä on erittäin suuri merkitys. Kaikkein edullisin natriumin lähde käytettäväksi tämän keksinnön 5 polttoainekoostumuksissa, on natriumkarbonaatti (Na2C03). Natriumkarbonaatin lisäys vesiliuoksena on tehokas tarjoamalla tarpeelliset natriumtasot esillä olevan keksinnön polttoainekoostumukselle. Kun erivahvuisten vesiliuosten käyttö (esim. 0,1 % - 10 %, edullisesti 0,5 % - 7 %), on 10 etusijalle asetettu menetelmä natriumin lisäämiseksi poltto-ainekoostumukseen, voidaan myös muita menetelmiä, esimerkiksi kuivaa sekoitusta, käyttää, mikäli halutaan. Natriumkarbonaatin lisäksi muita natriumyhdisteitä, kuten esimerkiksi natriumasetaatti, natriumoksalaati, natriummalatiitti, ja 15 vastaavat, voidaan käyttää tässä. Kuitenkin natriumlähteet, kuten esimerkiksi natriumkloridi (NaCl), eivät ole erityisen tehokkaita.

. Kuten kuvattu edellä, natriumtason harkittu vaihtelu poltto- 20 ainekoostumuksessa alueella noin 2000 - 20.000 ppm (kokonais Na-pitoisuus = luontainen Na + lisätty Na) sallii tuloksena olevan polttoaine-elementin omaavan valikoidut ja määritettävissä olevat palamisominaisuudet.

* « 25 Niinpä esillä oleva keksintö on kohdistettu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen natriumia sisältävään hiilipitoiseen polttoainekoostumukseen, jolle on tunnusomaista patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa esitetyt asiat.

30

Muihin lisäaineisiin, joita voidaan lisätä esillä olevan keksinnön polttoainekoostumukseen, sisältyvät yhdisteet, jotka kykenevät vapauttamaan ammoniakkia polttoainekoostu-muksen palamisolosuhteissa. Sellaiset yhdisteet on havaittu 35 käyttökelpoisiksi polttoainekoostumuksessa noin 0,5 - 5 %, 7 Π: ;-ij edullisesti noin 1 - 4 % ja kaikkein edullisimmin noin 2-3 %, vähentäen joidenkin karbonyyliyhdisteiden tasoja palavan polttoaineen palamistuotteissa. Sopiviin yhdisteisiin, jotka vapauttavat ammoniakkia polttoainekoostumuksen palamisen 5 aikana, sisältyy karbamidi, epäorgaaniset ja orgaaniset suolat (esim. ammoniumkarbonaatti, ammoniumalginaatti, tai mono-, di- tai tri-ammoniumfosfaatti); aminosokerit (esim. prolinofruktoosi tai aspariginofruktoosi); aminohapot, erityisesti alfa-aminohapot (esim. glutamiini, glysiini, 10 asparagiini, proliini, alaniini, systiini, asparagiinihappo, fenyylialaniini tai glutamiinihappo); di- tai tri-peptidit; kvaternääriset ammoniumyhdisteet, ja vastaavat.

Eräs erityisen edullinen ammoniakkia vapauttava yhdiste on 15 aminohappoasparagiini. Asparagiinin (Asn) lisäys polttoaine-yhdistelmään noin 1 - 3 %, keinona vähentää karbonyyliyh-disteitä, joita tuotetaan palamisen aikana, on myös katsottu osaksi tätä keksintöä.

20 Keksinnön yhdessä edullisessa suoritusmuodossa, polttoaine-koostumuksen natriumtason ollessa alueella noin 3500 - noin 9.000 ppm, polttoaine-elementti on hyvin helposti sytytettävissä .

• t> ... ·.

25 Esillä olevan keksinnön eräässä toisessa sovellutusmuodossa palavan hiilipitoisen polttoaine-elementin kytemisnopeus voidaan säätää olemaan olennaisesti niin nopea tai niin hidas kuin halutaan, modifioimalla polttoainekoostumuksen natriumpitoisuutta alueen noin 3000 - noin 9000 ppm sisäpuoli 30 lella.

Esillä olevan keksinnön eräässä toisessa suoritusmuodossa palavan hiilipitoisen polttoaine-elementin, joka on valmistettu koostumuksesta, joka sisältää hiilen ja ei-natriumpoh-35 jäisen sideaineen seoksen, kytemislämpötilaa voidaan lisätä r , ·' ϋ 8 säätämällä polttoaine-elementin koostumuksen natriumpitoisuutta alueessa noin 2500 ja noin 10.000 ppm.

Esillä olevan keksinnön vielä eräässä suoritusmuodossa 5 palavan hiilipitoisen polttoaine-elementin, joka on valmistettu koostumuksesta, joka sisältää hiilen ja ei-natriumpoh-jaisen sideaineen seoksen, imaisulämpötilaa (tai tupruttelu-lämpötilaa) voidaan säätää halutulla tavalla (korkea/keski-taso/matala) säätämällä polttoaine-elementin koostumusseok-10 sen natriumpitoisuutta siten, että natriumpitoisuus osuu välille noin 6500 ja noin 10.000 ppm.

Piirustuksissa: 15 Kuvio 1 esittää RJR-erikoistutkielmassa RJR (Monograph) (viitesavuke) kuvatun savukkeen rakenteen, polttoaine-elementin poikkileikkauksen ollessa modifoituna, kuten esitetty kuviossa 1A ja jossa on polttoainekoostumus, joka on valmistettu esillä olevan keksinnön mukaisesti.

20

Kuvio IA on poikkileikkauskuvanto kuviossa 1 esitetyn savuk-keen polttoaine-elementistä.

Kuvio 2 esittää erään toisen suoritusmuodon savukkeesta, 25 joka voi käyttää hiilipitoista polttoaine-elementtiä, joka on valmistettu esillä olevan keksinnön mukaisesta poltto-ainekoostumuksesta .

Kuvio 2A on kuviossa 2 esitetyn savukkeen polttoaine-elemen-30 tin poikkileikkauskuvanto.

Kuvio 3 esittää pintalämpötilat kuvion 1A polttoaine-elementtien imaisun aikana, jotka elementit on valmistettu vaihtelevilla lisätyn Na2C03:n vesiliuosten (0 %, 0,5%,1,0 %, 35 3,0 %, 5,0 % ja 7,0 %) tasoilla.

li 9 1 : '· :o

Kuvio 4 esittää kuvion 1A mukaisten polttoaine-elementtien kytemislämpötilat, jotka elementit on valmistettu lisätyn Na2C03:n vesiliuosten (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % ja 7.0 %) erilaisilla tasoilla mitattuna 15 sekuntia sen jäl-5 keen, kun imaisu on suoritettu.

Kuvio 5 esittää kuvion 1A mukaisten polttoaine-elementtien "takasivun" lämpötilat, jotka elementit on valmistettu lisätyn Na2C03:n vesiliuosten (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 10 5,0 % ja 7,0 %) erilaisilla tasoilla.

Kuvio 6 esittää kapselin seinämälämpötilat kuvion 1A polttoaine-elementeillä varustetuissa kapseleissa, jotka elementit on valmistettu vaihtelevilla lisätyn Na2C03:n vesiliuosten 15 (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % ja 7,0 %) tasoilla.

Kuvio 7 esittää imaisu imaisulta poistokaasun lämpötilan merkinnät määritettynä kuviossa 6 käytettyjen kapseleiden takaosassa.

20

Kuvio 8 esittää poistokaasun lämpötilat suukappaleista savukkeissa, jotka käyttävät kuvion 1A polttoaine-elementtejä valmistettuina vaihtelevilla lisätyn Na2C03:n vesiliuosten (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % ja 7,0 %) tasoilla.

25

Kuvio 9 esittää sormilämpötilat savukkeissa, jotka on valmistettu kuvion 1A polttoaine-elementeillä, jotka elementit on valmistettu vaihtelevilla lisätyn Na2C03:n vesiliuosten (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % ja 7,0 %) tasoilla.

30

Kuvio 10 esittää imaisu imaisulta kalorikäyrät kehitettynä kuvion 1A polttoaine-elementeillä, jotka on valmistettu vaihtelevilla lisätyn Na2C03:n vesiliuosten (0 %, 0,5 %, 1.0 %, 3,0 %, 5,0 % ja 7,0 %) tasoilla.

35 Γ· ' ·„· · ίο ' -· ; ·'υ

Kuvio 11 esittää syttymisen painepudotuksen, saatuina kuvion 1 savukkeista tupakoitaessa niitä 50 cc/30 sekuntia olosuhteissa varustettuna kuvion 1A polttoaine-elementeillä, jotka on valmistettu erilaisilla lisätyn Na2C03:n vesiliuosten 5 (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % ja 7,0 %) tasoilla.

Kuvio 12 esittää imaisu imaisulta piirroksen aerosoliti-heydestä kuvion 1 savukkeille, tupakoituna 50 cc/30 sekuntia olosuhteissa varustettuna kuvion 1A polttoaine-elementeillä, 10 jotka on valmistettu erilaisilla lisätyn Na2C03:n vesiliuosten (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % ja 7,0 %) tasoilla.

Kuviot 13 ja 14 esittävät kokonaisaerosolisaannon verrattuna natriumkarbonaattiliuoksen voimakkuuteen ja vastaavasti 15 natriumin tosiasialliseen ppm-määrään kussakin polttoaine-elementeistä .

Kuviot 15 ja vast. 16 edustavat imaisu imaisulta glyseriinin ja nikotiinin saantoa kuvion 1 savukkeille tupakoitaessa 20 niitä 50 cc/30 sekuntia olosuhteissa varustettuina kuvion 1A polttoaine-elementeillä, jotka on valmistettu erilaisilla lisätyn Na2C03:n vesiliuosten (0 %, 0,5 %, 1,0 %, 3,0 %, 5,0 % ja 7,0 %) tasoilla.

25 Kuten kuvattu edellä, esillä oleva keksintö on erityisesti suunnattu polttoainekoostumukseen, joka on käyttökelpoinen tupakointituotteiden polttoaine-elementtejä varten, kuten esimerkiksi vertailusavuke (kuvio 1) ja muut tupakointituot-teet, kuten esimerkiksi ne, jotka on kuvattu US-patenteissa 30 nrot 4,793,365; 4,928,714; 4,714,082; 4,756,318; 4,854,331; 4,708,151; 4,732,168; 4,893,639; 4,827,950; 4,858,630; 4,938,238; 4,903,714; 4,917,128; 4,881,556; 4,991,596; ja 5,027,837. Kts. myös Eurooppa-patenttijulkaisu numero 342,538.

35

II

1 1

> L' ί ό O

Kuviot 1 ja 1A edustavat yleisesti vertailusavuketta varustettuna modifioidulla polttoaine-elementin rakenteella, vastaavassa järjestyksessä. Savukkeessa on hiilipitoinen polttoaine-elementti 10, joka on muodostettu esillä olevan 5 keksinnön mukaisesta polttoainekoostumuksesta, ympäröitynä eristävällä lasikuitujen 16 vaipalla. Polttoaine-elementin taakse pituussuunnassa sijoitettuna ja sen takaosan kehän osan kanssa kosketuksessa on kapseli 12. Kapseli sisältää substraattimateriaalia 14, mikä sisältää aerosolinmuodostus-10 materiaaleja ja makuaineita. Kapselia 12 ympäröivänä on tupakkarulla 18 leikatun täyteaineen muodossa. Savukkeen suukappale muodostuu kahdesta osasta, tupakkapaperisegmen-tistä 20 ja matalatehoisesta polypropyleenisuodatinmateriaa-lista 22. Kuten kuvattu, useita paperikerroksia on käytetty 15 pitämään savuketta ja sen yksilöllisiä komponentteja yhdessä.

Palavasta polttoaine-elementistä tuleva lämpö siirretään johtumisen ja kulkeutumisen avulla kapselissa olevaan 20 substraattiin. Imaisun aikana substraatin sisältämät aerosoli- ja makuainemateriaalit kondensoituvat muodostamaan savun kaltaista aerosolia, joka vedetään tupakointituotteen läpi, absorboiden lisätupakkamakuaineita ja muita makuaineita tupakointituotteen muista komponenteista ja poistuu 25 suukappaleesta 22.

Viitaten yksityiskohtaisesti kuvioihin 2 ja 2A, niissä on esitetty toinen savukerakenne ja sen polttoaine-elementti, mikä voi käyttää hyväksi esillä olevan keksinnön poltto-30 ainekoostumusta. Kuten kuvattu, savuke sisältää segmentoidun hiilipitoisen polttoaine-elementin 100, jota ympäröi eris-tysmateriaalivaippa 102. Eristysmateriaali 102 voi olla lasikuitua tai tupakkaa, käsiteltynä olennaisesti palamattomaksi. Kuten esitetty, eristysmateriaali 102 ulottuu poltto-35 aine-elementin kummankin pään yli. Ts. polttoaine-elementti 1 2

Co'i'o on upotettuna eristysvaipan sisäpuolelle. Substraatti 104 on sijoitettuna pituussuunnassa polttoaine-elementin 100 taakse, joka substraatti on muodostettu edullisesti rullasta tai kootusta rainasta selluloosamateriaalia, esimerkiksi paperia 5 tai tupakkapaperia. Tämä substraatti 104 on ympäröity joustavalla vaipalla 106, joka voi edullisesti sisältää lasikuituja, tupakkaa, esimerkiksi leikatun täyteaineen muodossa, tai näiden materiaalien seoksia. Substraatin taakse on sijoitettu suukappale 107, joka sisältää kaksi segmenttiä, 10 tupakkapaperisegmentin 108 ja matalatehoisen polypropy- leenisuodatinsegmentin 110. Useita paperikerroksia on käytetty pitämään savuketta ja sen yksittäisiä komponentteja yhdessä.

15 Vähemmän edullisessa suoritusmuodossa (ei esitetty), joka on samankaltainen kuvion 2 suoritusmuotoon nähden, substraatti (esim. koottu paperi) voi olla sijoitettuna putken sisäpuolelle, mikä puolestaan on ympäröity tupakkaleiketäyteaineel-la tai eristysmateriaalilla. Putkella on riittävä pituus 20 ulottumaan polttoaine-elementin takapään ja substraatin etupään välisen tyhjän tilan yli ja ympäröimään polttoaine-elementin takapään pituuden osaa. Sellaisena putki on sijoitettu eristysvaipan ja polttoaine-elementin väliin, ja ympäröi sekä koskettaa polttoaine-elementin takapäätä. Putki 25 on edullisesti valmistettu ei-kostuvasta, lämmönkestävästä materiaalista (esim. lämmönkestävä muoviputki, käsitelty paperiputki tai kalvovuorattu paperiputki).

Kuten kuvion 1 savukkeessa, palavasta polttoaine-elementistä : 30 tuleva lämpö siirretään tässä savukkeessa substraattiin.

Tässä savukkeessa kuitenkin kulkeutuva lämpö on vallitseva energiansiirron muoto. Tämä lämpö haihduttaa substraatin kannattamia aerosoli- ja makuainemateriaaleja ja kondensoi muodostamaan savukkeen kaltaisen aerosolin, joka vedetään

II

t*' ; . . / 13 - ,- ; ,ϋ tupakointituotteen läpi, imaisun aikana, ja poistuu suukappaleesta 107.

Muut tupakointituotteet, jotka voivat menestyksekkäästi 5 käyttää esillä olevan keksinnön mukaista polttoainekoostu-musta, on kuvattu patenteissa, jotka on sisällytetty aiemmin tähän selitykseen viittauksella.

Monissa aiemmin mainituissa patenteissa, polttoaine-elemen-10 tit tupakointituotteita varten, käyttävät natriumkarboksime-tyyliselluloosa- (SCMC) sideainetta, noin 10 paino-%, perinpohjaisena sekoituksena noin 90 paino-% hiilijauhetta kanssa. Tästä koostumuksesta valmistetut polttoaine-elementit omaavat seuraavat fyysiset ominaisuudet; (1) niitä on toisi-15 naan vaikea sytyttää; (2) ne palavat erittäin kuumasti; (3) ne palavat erittäin nopeasti; (4) ne voivat tuottaa korkeita hiilimonoksidin tasoja. Pyrkimykset parantaa näiden polttoaine-elementtien ominaisuuksia johtivat esillä olevaan keksintöön, jossa on havaittu polttoainekoostumuksen alku-20 aineanalyysin avulla, että polttoainekoostumuksen natriumta-so oli yksi tekijä, joka oli vastuussa polttoainekoostumuk- < sen palamisominaisuuksiin.

Seuraava taulukko tarjoaa sekoitetussa polttoaine-elementti- « 25 koostumuksessa, joka koostuu hiilestä (90 %) ja kahden sideaineen gradientista, SCMC ja ammoniumalginaatti (Alg), esiintyvien kationisten epäpuhtauksien alkuaineanalyysin. Taulukosta 1 huomataan, että sideaineella, joka on kokonaan SCMC:tä, on natriumtason perusviiva 7741 ppm, kun taas 30 sideaineessa, joka on kokonaan alginaattia, natriumtason perusviiva on vain 2911 ppm. On havaittu, että vaihtelemalla natriumtasoa polttoainekoostumuksessa, esimerkiksi sekoittamalla korkean ja matalan natriumtason sideaineita, tai vielä edullisemmin, käyttämällä matalan natriumtason sideainetta 35 ja lisäämällä natriumyhdisteitä, kuten esimerkiksi natrium- 14 > v- * 0 0 or.

karbonaattia, natriumasetaattia, natriumoksalaattia, nat-riummalatiittia ja vastaavia, voidaan saavuttaa vaihteluja polttoaine-elementin palamisominaisuuksissa, ja ne voidaan räätälöidä täyttämään minkä tahansa tupakointituotteen 5 energiavaatimukset.

TAULUKKO 1

Kationien alkuaineanalyysi hiili/sideainepolttoaine-elemen-teissä 10 10% SCMC 8% SCMC 6% SCMC 4% SCMC 2% SCMC 0% SCMC 0% Alg 2% Alg 4% Alg 6% Alg 8% Alg 10% Alg

Alkuaine ppm ppm ppm ppm ppm ppm 15 AI 6588 11170 1165 862 684 522

Ca 1583 1809 1954 2046 2316 2500

Cr 1 7 22 1 1 14 10 20

Cu 0.9 1 1 1 0.9 1 20 Fe 350 457 334 494 463 491 K 242 351 83 72 65 51

Mg 695 710 735 712 717 706

Mn 910 8 9 9 9 *

Na 7741 6794 6116 5550 3931 2911 25 Ni 3 4 3 3 3 4 P 15 26 9 6 7 9 S 100 135 138 156 195 221

Si 194 142 112 422 206 169 : Sr 9 15 28 36 46 57 30 Zn 4 3 3 3 3 3 * SCMC = natriumkarboksimetyyliselluloosa *: 35 **Alg = ammoniumalginaatti

Kuten esitetty edellä, yksi pääasiallinen esillä olevan keksinnön mukaisen polttoainekoostumuksen ainesosa on hiilipi-toinen materiaali. Edullisissa hiilipitoisissa materiaa-40 leissa on hiilipitoisuus yli noin 60 paino-%, vielä edulli- li 15 IT b · !i o semmin yli noin 75 paino-%, ja kaikkein edullisimmin yli noin 85 paino-%.

Hiilipitoiset materiaalit on tyypillisesti muodostettu 5 karbonoimalla orgaanista ainesta. Eräs erityisen sovelias sellaisen orgaanisen aineksen lähde on kovapuupaperisulppu. Muita hiilipitoisten materiaalien soveliaita lähteitä ovat kookospähkinän kuoren hiilet, kuten esimerkiksi PXC-hiilet, joita on saatavissa PCB:nä ja kokeelliset hiilet, joita on 10 saatavissa merkinnällä Lot B-11030-CAC-5, Lot B-11250-CAC-115 ja Lot 089-A12-CAC-45, yhtiöltä Calgon Carbon Corporation, Pittsburgh, PA.

Polttoaine-elementit voidaan valmistaa esillä olevan keksin-15 nön koostumuksesta useilla käsittelymenetelmillä, mukaanlukien muovaus, koneistus, puristusmuovaus tai suulakepuris-tus, haluttuun muotoon. Muovatut polttoaine-elementit voivat sisältää kanavia, uria tai onttoja alueita.

20 Edulliset suulakepuristetut hiilipitoiset polttoaine-elementit voidaan valmistaa sekoittamalla jopa 95 osaa hiilipi-toista materiaalia, jopa 20 osaa sideainetta ja jopa 20 osaa tupakkaa (esim. tupakkajauhetta ja/tai tupakkauutetta) riittävän vesipitoisen Na2C03-liuoksen (jolla on ennalta * 25 valittu liuosvahvuus) kanssa muodostamaan suulakepuristetta-va seos. Seos voidaan sitten suulakepuristaa käyttämällä juntta- tai mäntätyyppistä suulakepuristinta tai sekoitus-kierresuulakepuristinta halutun muotoiseksi suulakepuris-teeksi, jolla on haluttu määrä kanavia tai tyhjiä tiloja.

> 30

Kuten kuvattu edellä, ei-palavaa täyteainemateriaalia, kuten esimerkiksi kalsiumkarbonaattia, agglomeroitua kalsiumkar-bonaattia tai vastaavaa, voidaan lisätä polttoainekoostumuk-seen avustamaan polttoaine-elementin palamisen aikana kehit-35 tämien kalorien säätämistä, vähentämällä siinä olevan pala-

16 ~ J sO

van materiaalin määrää. Täyteainemateriaali käsittää tyypillisesti vähemmän kuin noin 50 paino-% polttoainekoostumuk-sesta, edullisesti vähemmän kuin noin 30 paino-% ja edullisimmin noin 5 - noin 20 paino-%. Sellaisten täyteaineiden 5 yksityiskohtien suhteen viitataan Eurooppa-patenttijulkaisuun n:o 419,981.

Kuten kuvattu edellä, esillä olevan keksinnön mukainen polt-toainekoostumus voi sisältää tupakkaa. Tupakan muoto voi 10 vaihdella ja useampaa kuin yhtä tupakkamuotoa voidaan sisällyttää polttoainekoostumukseen, mikäli halutaan. Tupakan tyyppi voi vaihdella ja se sisältää savukaasukuivatun tupakan, Burley-tupakan, Maryland-tupakan ja Oriental-tupakan, harvinaiset ja erikoistupakat sekä niiden seokset.

1 5

Eräs sovelias tupakan muoto polttoainekoostumukseen sisällyttämiseksi on hienojakoinen tupakkatuote, joka sisältää sekä tupakkajauhetta että hienojakoista tupakkalaminaattia.

20 Eräs toinen käyttökelpoinen tupakan muoto polttoainekoostu-muksissa on tupakkauute tai tupakkauutteiden seokset. Tupak-kauutteet ovat tyypillisesti valmistetut uuttamalla tupakka-materiaalia käyttämällä liuotinta, kuten esimerkiksi vettä, hiilidioksidia, rikkiheksafluoridia, hiilivetyä, kuten 25 esimerkiksi heksaani tai etanoli, halogeenihiiltä, kuten esimerkiksi kaupallisesti saatavissa oleva Freon, samoinkuin muita orgaanisia ja epäorgaanisia liuottimia. Tupakkauutteet voivat sisältää sumutuskuivattuja tupakkauutteitä, pakaste-kuivattuja tupakkauutteita, tupakka-aromiöljyä, tupakka-: 30 esansseja ja muun tyyppisiä tupakkauutteita. Menetelmiä soveliaitten tupakkauutteiden muodostamiseksi on esitetty US-patenteissa nrot 4,506,682, Mueller; 4,986,286, Roberts et ai.; 5,005,593, Fagg; ja 5,060,559, White et ai. ja Eurooppa-patenttijulkaisussa n:o 338,831.

35 li

17 -- - · : ..VU

Soveliaat sideaineet käytettäviksi esillä olevassa koostumuksessa eivät lisää huomattavasti natriumia polttoainekoos-tumukseen. Hiili- ja sideainepohjäiset polttoainekoostumuk-set, joissa on natriumin pohjataso noin 3000 ppm natriumia 5 tai vähemmän, ovat toivottavia. Tämä perustason rajoitus natriumtasossa sallii natriumin toivottujen tasojen säädetyn lisäyksen lisäämällä vesipitoista Na2C03 ja tuloksena olevilla polttoaine-elementeillä on ilmeiset edut tästä johtuen. Täten natriumsuolat, ellei niitä ole laimennettu, eivät 10 yleisesti ole soveliaita sideaineina tässä yhteydessä.

Sideaineet, joissa on muita kationisia lajeja, esimerkiksi kalium, ammonium jne., ovat yleisesti hyväksyttävissä.

Edullinen menetelmä natriumin lisäämiseksi ei-natriumpohjai-15 siin sideaineisiin (tai matalanatriumpitoisiin sideaineisiin) on sekoittaa natriumyhdisteen vesiliuos sideaineen ja hiilipitoisen materiaalin kanssa. Edullisesti vesiliuoksen vahvuus vaihtelee välillä noin 0,1 - 10 paino-%, edullisimmin noin 0,5-7 paino-%. Kun kaikkein edullisin natriumin 20 lähde käytettäväksi tämän keksinnön polttoainekoostumuksissa on natriumkarbonaatti (Na2CC>3), muita käyttökelpoisia nat-riumyhdisteitä on natriumasetaatti, natriumoksalaatti, natriummalatiitti ja vastaavat. Vaikkakaan ei edullista, kuivasekoitus (riittävästi sekoitettuna) voi jakaa natrium-25 yhdisteet sideaineeseen ja hiilipitoiseen materiaaliin, muodostaen soveliaan yhdisteen.

Kaikkein edullisin ei-natriumpohjäinen sideaine esillä olevan keksinnön polttoainekoostumuksia varten on ammonium-30 alginaatti HV, jota saadaan yhtiöltä Kelco Co., San Diego, CA. Muut käyttökelpoiset ei-natriumpohjäiset sideaineet sisältävät polysakkaridikumit, kuten esimerkiksi kasvien tihkumistuotteet, Arabic, Tragacanht, Karaya, Ghatti; kasviuutteet, pektiini, arabinoglaktaani; kasvien siemenjauhot, 35 johanneksenleipäpuunpapu, guar, alginaatit, karrageenit, 18 f' , ;· G Ό (, fursellaraani, viljatärkkelykset, maissi, vehnä, riisi, vahamainen maissi, hirssi, vahamainen hirssi, mukulatärkke-lykset, peruna, arrow-juuri, tapioka; mikrobisen käymisen kumit, ksantaani ja dekstraani; modifioidut kumit, jotka 5 sisältävät selluloosajohdannaiset, metyyliselluloosa, kar-boksimetyyliselluloosa, hydroksipropyyliselluloosa ja vastaavat .

Esillä oleva keksintö kuvataan edelleen viittauksella seu-10 raaviin esimerkkeihin, jotka auttavat esillä olevan keksinnön ymmärtämisessä, mutta joita ei ole tarkoitettu sen rajoitukseksi. Kaikki prosenttimäärät, jotka on niissä esitetty, ellei muutoin määritetty, ovat painoprosentteja. Kaikki lämpötilat on ilmaistu Celsius-asteina.

1 5 ESIMERKKI 1

Kuusi polttoaine-elementtien sarjaa valmistettiin, joissa vaihtelevia natriumkarbonaatin tasoja lisättiin suulakepu-20 ristusseokseen.

Polttoaine-elementit valmistettiin seoksesta, joka sisälsi 90 paino-% Kraft-kovapuukarbonoitua sulppua, joka oli jauhettu 12 mikronin keskimääräiseen hiukkaskokoon (mitattuna 25 käyttämällä Microtrac-laitetta) ja 10 % Kelco HV ammoniumal-ginaatti-sideainetta. Tämä hiilijauhe ja sideaineen sekoitus sekoitettiin yhdessä erivahvuisten natriumkarbonaatin vesi-liuosten kanssa muodostamaan suulakepuristusseokset, joista polttoaine-elementit muodostettiin niiden lopulliseen muo-: 30 toon. Likimäärin 30 paino-% kutakin Na2C03-liuosta lisättiin kuhunkin seokseen muodostamaan erilaiset suulakepuristusseokset .

Kovapuusulppuhiili valmistettiin karbonoimalla ei-talkkia 35 sisältävää Grand Prairie Canadian Kraft-kovapuupaperilaatua

- - jQ

19 typpivaipassa, lisäämällä lämpötilaa askelittain, riittävästi minimoimaan paperin hapettuminen, lopulliseen karbonoin-tilämpötilaan vähintään 750°C. Tuloksena oleva hiilimateri-aali jäähdytettiin typessä alle noin 35°C ja jauhettiin 5 sitten hienoksi jauheeksi, jolla oli keskimäärin 12 mikronin hiukkaskoko halkaisijaltaan.

Na2C03-liuoksen intensiteetit, joita käytettiin suulakepuris-tusseosten muodostuksessa, olivat: (a) 0 %, vertailu, (b) 10 0,5 %, (c) 1,0 %, (d) 3,0 %, (e) 5,0 % ja (f) 7,0 % natrium- karbonaattia painoprosentteina vedessä.

Polttoaineseos suulakepuristettiin käyttämällä junttasuula-kepuristinta, muodostaen polttoainesauvat, joissa oli kuusi 15 tasaisesti välin päässä toisistaan olevaa kehäväylää rakojen tai urien muodossa, joista kullakin oli noin 0,035 tuuman (noin 0,89 mm) syvyys ja noin 0,027 tuuman (noin 0,69 mm) leveys. Kanavien (rakojen) rakenne, jotka kanavat ulottuvat ♦ pituussuuntaisesti pitkin polttoaine-elementin kehää, ovat 20 olennaisesti, kuten esitetty kuviossa 1A. Suulakepuristuksen jälkeen märät polttoainesauvat kuivattiin kosteustasoon noin 4,0 %. Tuloksena olevat kuivatut sauvat leikattiin 10 mm pituuksiin, muodostaen tämän avulla polttoaine-elementit. Kuivattujen ja leikattujen polttoaine-elementtien fysikaali- » 25 set ominaisuudet on esitetty taulukossa 2.

c ^

20 ' vC

Taulukko 2

Polttoaine-elementin fysikaaliset ominaisuudet Natriumkarbonaattilisäaine 5

Liuosinten- siteetti 0 % 0,5 % 1,0 % 3,0 % 5,0 % 7,0 %

Halkaisija 10 (tuumina) 0,176 0,173 0,174 0,174 0,175 0,172 (mm) (4,470) (4,394) (4,420) (4,420) (4,445) (4,369)

Kuivapaino 111,94 108,96 107,12 106,95 110,82 114,77

15 75°F/40 RH

Kosteus* 4,27 - 3,93 3,92 4,09 4,46

Pituus (mm) 10 10 10 10 10 10 20 _ * Kosteus saatu sen jälkeen, kun elementtiä on konditioitu 75°F (24°C) lämpötilassa ja 40 % suhteellisessa kosteudessa neljän päivän ajan.

25 ESIMERKKI 2

Esimerkissä 1 valmistetut polttoaine-elementit alistettiin induktiivisesti kytkettyyn plasma-atomiemissiospektroskopi-; aan (ICP-AES) niiden alkuainekoostumusten määrittämiseksi.

30 Taulukko 3 esittää ICP-AES-analyysin tulokset kuudessa eri sarjassa esimerkissä 1 valmistettuja polttoaine-elementtejä. Taulukosta 3 voidaan nähdä, että natriumkarbonaattiliuokset johtivat merkittävästi erilaisiin natriumin vastaanottami-: siin polttoaine-elementtien toimesta riippuen käytetyn 35 liuoksen vahvuudesta. Natriumpitoisuudet vaihtelivat 1120 ppm:stä vertailupolttoaine-elementille (s.o. luontainen määrä) 17.420 ppm:ään ammoniumalginaattipolttoaine-elemen-teille, jotka oli muodostettu käyttämällä 7-prosenttista natriumkarbonaattiliuosta.

li 21 f ί.,,

> ^ V -J (J

Taulukko 3

Polttoaine-elementtien ICP-AES-analyysi 5 Natriumkarbonaatin liuoksien vaikutus käsittelyn aikana 0% 0,5 % 1,0% 3,0 % 5,0 % 7,0 %

Alku- liuos liuos liuos liuos liuos liuos 10 aine_ppm_ppm_ppm_ppm_ppm_ppm AI 276 221 173 161 183 126

Ba 14 13 12 12 12 11

Ca 2317 2200 2120 2084 2038 1978 15 Cr 25 13 13 12 11 11

Cu 1 0.9 0.9 0.7 0.8 0.7

Fe 442 242 205 228 173 169 K 330 120 109 90 34 82

Mg 653 613 608 583 560 536 20 Mn 7 5 4 4 4 4

Na 1120 2234 3774 8691 13150 17420

Ni 3 3 3 2 3 2 P 27 18 12 9 10 3 S 270 267 211 208 229 211 25 Sr 60 61 56 56 55 54

Zn 4 4 4 4 4 4 30 ESIMERKKI 3

Esimerkissä 1 valmistettujen polttoaine-elementtien eri sarjojen sytyttämistestit suoritettiin käyttämällä tieto-35 konekäyttöistä tupakointikonetta ja ilmamäntälaitetta.

Tässä testissä polttoaine-elementti sijoitettiin tyhjään alumiinikapseliin, joka ympäröitiin sen jälkeen C-lasieris-tysvaipalla. Tämä kokoonpano sijoitettiin sitten pitimeen, 40 joka vietiin propaaniliekkiin tietokonekäyttöisellä männällä 22 c' 4ϋ 2,4 sekunnin ajaksi. 50 cm3 imaisu, joka oli kestoltaan 2 sekuntia, suoritettiin samalla, kun polttoaine-elementti oli liekissä. Mäntä veti sen jälkeen kokoonpanon takaisin liekistä ja toinen 50 cm3 imaisu suoritettiin.

5

Polttoaine-elementin lämpötilamittauksia tarkkaillaan sitten infrapunakamerakokoonpanolla (Heat Spy). Kahden alkuimaisun jälkeen yhteensä neljä 50 cm3 lisäimaisua kohdistettiin kokoonpanoon samalla, kun polttoaine-elementin lämpötiloja 10 tarkkailtiin jatkuvasti.

Polttoaine-elementin katsottiin syntyneen, mikäli kaikkien kuuden imaisun jälkeen pintalämpötila oli yli 200°C. Polttoaine-elementin katsottiin olevan osittain syttynyt, mikäli 15 polttoaine-elementin pintalämpötila oli yli 200°C neljän imaisun jälkeen mutta alle 200°C imaisulla 6. Polttoaine-elementti katsottiin ei-syttyneeksi, kun sillä oli lämpötila alle 200°C imaisulla 4.

20 Testattaessa polttoaine-elementtejä kustakin Na2C03-tasosta altistettiin kaikkiaan 10 testille tämän ryhmän keskimääräisen sytyttävyyden määrittämiseksi.

Havaittiin, että ammoniumalginaattipolttoaine-elementit, 25 jotka eivät sisältäneet mitään lisänatriumia, eivät syttyneet testiolosuhteissa koko aikana. 1-prosenttisen natrium-karbonaattiliuoksen käyttö polttoaine-elementin aineksien sekoituksen aikana johti kuitenkin siihen, että 60 % polttoaine-elementeistä syttyi täydellisesti, 10 % osittain ja : 30 ainoastaan 30 % ei syttynyt samoissa testiolosuhteissa.

Käyttämällä natriumkarbonaatin 30-prosenttista liuosta seoksessa niiden polttoaine-elementtien prosenttimäärä, jotka eivät syttyneet, putosi alle 10 %. Natriumkarbonaatin enempi lisäys seokseen johti huononemiseen syttyvyydessä.

35 23 ·Ό Tämä esimerkki osoittaa vakuuttavasti, että natriumin lisäys käyttämällä natriumkarbonaatin vesiliuosta polttoaine-ele-mentteihin, antaa dramaattisen parannuksen polttoaine-elementin syttyvyyteen. Näyttäisi kuitenkin olevan kohta, jossa 5 natriumin enempi lisääminen polttoaine-elementteihin johtaa heikkenemiseen syttymistaipumuksessa.

Näistä tiedoista natriumkarbonaattiliuoksen optimivahvuus lisättäväksi polttoaine-elementtiin polttoaine-elementtien 10 syttyvyyden parantamiseksi, joilla polttoaine-elementeillä on kuvion 1A rakokuvio, on alueessa 1 - 3 %, mikä muuttuu polttoaine-elementin natriumpitoisuudeksi, joka sijaitsee välillä 3800 - 8700 ppm.

15 Eräässä toisessa syttyvyystestissä viitesavukkeen (jolla on kuvion 1A rakokuvio) modifioitua polttoaine-elementtiä verrattiin esillä olevan keksinnön polttoaine-elementteihin. Viitesavukkeen polttoaine-elementti oli pituudeltaan 10 mm ja halkaisijaltaan 4,5 mm, varustettuna koostumuksella, 20 jossa oli 9 osaa kovapuuhiiltä, 1 osa SCMC-sideainetta ja 1 paino-% K2CO3, mikä paistettiin ennen käyttöä yli 800°C lämpötilassa 2 tuntia sideaineen karbonoimiseksi ja kaikkien haihtuvien komponenttien vähentämiseksi tai eliminoimiseksi.

25 Polttoaine-elementit, jotka oli valmistettu kuten esimerkissä 1, joilla oli noin 3500 - noin 9000 ppm natriumia, havaittiin syttyvän lähes koko ajan, kun taas viitesavukkeen polttoaine-elementit syttyivät ainoastaan noin 10 - noin 25 % ajasta.

30 ESIMERKKI 4

Esimerkissä 1 kuvatun polttoaine-elementin kytemistaipumus mitattiin sijoittamalla polttoaine-elementti tyhjään kapse-35 liin, sytyttämällä se ja tarkkailemalla sitten sen painohä- 24 c:, , ,.- viötä, osoituksena siitä kuinka nopeasti polttoaine-elementti palaa kytemisjaksojen aikana syttyneessä savukkeessa.

Tämä tarjoaa myös suhteellisen mitan johtavasta energiansiirron nopeudesta kapseliin kytemisen aikana.

5

Ammoniumalginaattipolttoaine-elementit, jotka eivät sisältäneet lisättyä natriumia, paloivat hyvin hitaasti kytemisjak-son aikana. Natriumin lisäys kiihdytti palamisnopeutta riippuen polttoaine-elementtiin lisätyn natriumin määrästä.

10 Palavan hiilen määrä lisääntyi nopeasti noin 3-prosenttisen natriumkarbonaattiliuoksen pitoisuuteen asti. Enemmät lisäykset lisätyssä natriumissa johtivat ainoastaan marginaalisesti korkeampiin kytemisnopeuksiin verrattuna polttoaine-elementteihin, jotka olivat valmistetut 3-prosenttisella 15 liuoksella.

Nämä tiedot ovat merkittäviä, koska ne demonstroivat sitä, että on mahdollista säätää polttoaine-elementtien kytemisno-; peuksia, ja täten niiden johtavaa energiansiirtoa kapseliin, 20 säätämällä natriumpitoisuutta.

ESIMERKKI 5 . Esimerkin 1 polttoaine-elementit altistettiin lisäanalyysei- 25 hin, jotka sisälsivät: (a) polttoaine-elementin pintalämpötilan mittauksen; (b) polttoaine-elementin takapuolen lämpötilan mittauksen; : 30 (c) kapselin lämpötilojen mittauksen; (d) aerosolin lämpötilojen mittauksen; ja 35 (e) sormilämpötilojen mittauksen.

25 C :.· :: ϋ Nämä tutkimukset toteutettiin imaisu imaisulta pohjalta käyttäen tupakointiolosuhteita, jotka koostuivat 50 cm-* imaisusta 2 sekunnin kestoajalla, joka 30. sekunti. Tähän testi menetelmään viitataan jäljempänä "50/30"-testinä.

5

Kuviossa 3 on esitetty esimerkin 1 palavien polttoaine-elementtien esittämät pintalämpötilat imaisun aikana. Nämä lämpötilat mitattiin käyttämällä infrapuna-Heat Spy-kameraa, joka oli tarkennettu polttoaine-elementin etuosaan.

1 0

Kuten esitetty kuviossa 3, polttoaine-elementin lämpötilalu-kemat sijoittuvat olennaisesti yhteen kahdesta ryhmästä. Polttoaine-elementit, joissa ei ollut mitään lisättyä natriumkarbonaattia (vertailu - s.o. 0 % lisätty Na2CC>3-liuosta) 15 esittävät tyypillisen 100-prosenttisen ammoniumalginaat- tisideainehiilipolttoaine-elementin käytöksen; s.o. imaisu-lämpötilat ovat korkealla koko imaisuaikataulun ajan.

: Pienillä natriumkarbonaatin lisäyksillä polttoaine-element- 20 ti in (s.o. 0,5 % - 1,0 % Na2C03-liuosta) hyvin vähäinen ero havaitaan imaisulämpötiloissa verrattuna vertailukohteeseen. Kuitenkin, kun 3-prosenttista tai suurempaa natriumkarbonaatin liuosta käytetään polttoaine-elementtien valmistuksessa, . havaitaan dramaattisen muutoksen esiintyvän imaisulämpöti- 25 loissa. Imaisulämpötilat osoittavat huomattavaa vähenemistä verrattuna vertailukohteeseen ja osoittavat lämpötiloja, jotka ovat huomattavassa määrin samanlaisia niiden kanssa, jotka liittyvät SCMC-sideainepolttoaine-elementteihin.

30 Kuvio 4 esittää polttoaine-elementtien kytemislämpötilat mitattuna 15 sekuntia sen jälkeen, kun imaisu on suoritettu. Nämä tiedot ovat identtisiä imaisulämpötiloja varten esitettyjen tietojen kanssa, jotka on esitetty yllä kuviossa 3.

Γ ' , - 26 -·' -· >0

Polttoaine-elementtien, joilla on korkeampi natriumpitoisuus, kytemislämpötilat ovat alempia kuin niillä joissa on vähän tai ei lainkaan lisättyä natriumia. Kuitenkin on huomattava, että huolimatta alhaisista kytemislämpötiloista, 5 kytemisen nopeus on tosiasiallisesti suurempi, kun läsnä on suuremmat natriumtasot. Enemmän hiiltä palaa minä tahansa annettuna kytemishetkenä, kun korkeat natriumkarbonaatin tasot on lisätty polttoaine-elementtiin, vaikkakin kokonais-palamislämpötila on matalampi.

10

Kuvio 5 esittää kuvion 1 palavien polttoaine-elementtien takapuolen lämpötilat mitattuna asentamalla ohutlankainen termoelementti kapseliin vasten polttoaine-elementin takaosaa. Tämän kuvion tiedot osoittavat, että vertailupolttoai-15 ne-elementti (jossa ei ole mitään lisättyä natriumia) omaa matalamman takapuolen lämpötilan (likimäärin 40°C) imaisujen pääosan ajan verrattuna saman tyyppiseen polttoaine-elementtiin, jossa on lisättyä natriumia. Ne polttoaine-elementit, . joissa on lisättyä natriumia, käyttäytyvät kaikki enemmän 20 tai vähemmän identtisellä tavalla.

Kuvio 6 esittää kapselin seinämälämpÖtilat mitattuna kohdassa, joka on 11 mm polttoaine-elementin etupäästä. Tässä analyysissä polttoaine-elementit asennettiin 30 mm x 4,5 mm 25 (sisähalkaisija) alumiinikapseliin, täytettynä 25 mm syvyyteen marumerisoidulla tupakkasubstraatilla (kts. White, US-patentti n:o 4,893,639), ja yhdistelmä ympäröitiin C-lasi-eristysvaipalla.

.· 30 Lämpötilamittaukset aikaansaatiin asentamalla ohutlankainen termoelementti vaipan läpi kohtaan, jossa termoelementin kärki kosketti kapselia. Asennusreikä uudelleensuljettiin tiivisteyhdisteellä ennen tupakointia. Kuvio 6 osoittaa, että vertailupolttoaine-elementit johtivat kapselilämpöti-35 laan, joka on huomattavasti alempi kuin lämpötila, joka 27 .>ο+·-»ϋ havaittiin, kun käytettiin polttoaine-elementtejä varustettuna natriumlisäaineella.

Polttoaine-elementit tuottivat Na2CC>3:n vesiliuoksella, jotka 5 olivat alueessa 1,0 - 5,0 % natriumkarbonaattia, lisääntyneet kapselilämpötilat, jotka ovat noin 50°C kuumempia kuin vertailukohteessa (0 % lisätty). Tämä tosiasia tukee olettamusta siitä, että huomattavasti nopeampi natriumia sisältävien polttoaine-elementtien kytemisnopeus tarjoaa enemmän 10 johtavaa lämpöä kapseliin ja tämän vuoksi riittävämmin ylläpitää savukkeen toimintalämpötiloja, kuin mitä vertailu SCMC-sideainepolttoaine-elementti.

Kuvio 7 on kaavio imaisu-imaisulta poistokaasulämpötiloista, 15 määritettynä kapselin takaosassa. Tässä analyysissä polttoaine-elementit asennettiin jälleen 30 mm x 4,5 mm (sisähal-kaisija) alumiinikapseliin, täytettiin 25 mm syvyyteen marumerisoidulla tupakkasubstraatilla (kts. White, US-pa-tentti n:o 4,893,639) ja yhdistelmä päällystettiin C-lasi-20 eristysvaipalla.

Yleisesti voidaan nähdä, että natriumkarbonaatin lisäys koostumukseen, jota käytettiin polttoaine-elementtien val-. mistamiseen, johti lisääntymiseen kapselissa esiintyvän 25 aerosolin lämpötilassa. Natriumin korkeat tasot johtivat noin 20°C lisäykseen aerosolin lämpötilassa verrattuna vertailukohteeseen.

ESIMERKKI 6 : 30

Savukkeet, jotka olivat olennaisesti, kuten kuvattu kuviossa 1, valmistettiin esimerkkien 1 - 5 polttoaine-elementeillä varustettuina, käyttäen seuraavia komponenttiosia.

28 -Ό 1. 30 mm pitkä raollinen alumiinikapseli, joka on täytetty 25 mm syvyyteen tiivistetyllä (s.o. marumerisoidulla) tupak-kasubstraatilla, 5 2. 15 mm C-lasiset polttoaine-elementin eristysvaipat, 3. 22 mm pituinen tupakkarulla kapselin ympärillä, ja 4. suukappale, joka on muodostunut 20 mm pitkästä 4 tuumaa 10 leveästä kootun tupakkapaperin jaksosta ja 20 mm:stä poly- propyleenisuodatinmateriaalia.

Substraatin valmistaminen 15 Substraatti oli tiivistettyä (tai marumerisoitua) tupakkaa, joka oli muodostettu suulakepuristamalla tupakkapasta ja glyseriini nopeasti pyörivälle kiekolle, joka johti pienten, karkeasti pallomaisten substraattimateriaalikuulien muodostumiseen. Prosessi on yleisesti kuvattu ja laite on yksilöi-20 ty US-patentissa n:o 4,893,639 (White), jonka selitysosa sisällytetään tähän viittauksella.

Alumiinikapseli 25 Ontto alumiinikapseli valmistettiin alumiinista käyttämällä metallinvetoprosessia. Kapselilla oli noin 30 mm pituus, noin 4,6 mm ulkohalkaisija ja noin 4,4 mm sisähalkaisija. Säiliön yksi pää oli auki; toinen pää oli suljettu, lukuunottamatta kahta raon kaltaista aukkoa, jotka olivat noin • 30 0,65 mm x 3,45 mm kooltaan ja noin 1,14 mm välin päässä toisistaan.

Kapseli täytettiin tiivistetyllä tupakkasubstraatilla noin 25 mm syvyyteen. Polttoaine-elementti asennettiin sitten 35 säiliön avoimeen päähän noin 3 mm syvyyteen. Sellaisenaan

II

29 -y -J -> O

polttoaine-elementti ulottui noin 7 mm kapselin avoimen pään yli.

Eristvsvaippa 5 15 mm pitkä, 4,5 mm halkaisijaltaan oleva muoviputki päällystetään eristysvaippamateriaalilla, joka on myös 15 mm pituudeltaan. Näissä savukesuoritusmuodoissa eritysvaippa koostuu yhdestä kerroksesta Owens-Corning C-lasimattoa, noin 10 2 mm paksuisena ennen puristamista vaipanmuodostuskoneella.

Vaipallisen muoviputken loppuhalkaisija on noin 7,5 mm.

Tupakkarulla 15 Tupakkarulla, joka koostuu tilavuuslaajennetusta Burley'n, savukaasukuivatun ja oriental-tupakan leiketäyteaineen seoksesta, päällystetään paperilla, joka on merkitty P1487-125 yhtiöltä Kimberly-Clark Corp., muodostaen tämän avulla . tupakkarullan, jolla on noin 7,5 mm halkaisija ja noin 22 mm 20 pituus.

Etupään kokoonpano *. Eristysvaippajakso ja tupakkasauva liitetään yhteen paperi- 25 päällisellä, joka on merkitty P2674-190, yhtiöltä Kimberly-Clark Corp., mikä päällinen ympäröi tupakka/lasivaippajakson pituutta samoinkuin tupakkarullan pituutta. Tupakkarullan suunpuoleinen pää on lävistetty muodostamaan pituussuuntainen kanava sen lävitse halkaisijaltaan noin 4,6 mm. Poran 30 kärki on muodostettu työntymään ja tarttumaan muoviputkeen eristysvaipassa. Patruunakokoonpano asennetaan yhdistetyn eristysvaipan ja tupakkarullan etupäästä, samanaikaisesti kun pora ja siihen liittynyt muoviputki vedetään pois rullan suunpuoleisesta päästä. Patruunakokoonpano asennetaan si-35 säänpäin, kunnes polttoaine-elementin sytytyspää on samassa 30 Γ> ' : , .- V · ;. )

- V.- \J

tasossa eristysvaipan etupään kanssa. Tuloksena olevan etupään kokoonpanon kokonaispituus on noin 37 mm.

Suukappale 5

Suukappale sisältää 20 mm pitkän sylinterimäisen segmentin löyhästi koottua tupakkapaperia ja 20 mm pitkän sylinterimäisen segmentin koottua, ei-kudottua, sulapuhallettua polypropyleenirainaa, joista kukin sisältää ulomman paperi-10 päällisen. Kukin segmenteistä on muodostettu ali jakamalla sauvat, jotka on valmistettu käyttämällä US-patentissa n:o 4,807,809 (Pryor et ai.) kuvattua laitetta.

Ensimmäinen segmentti on halkaisijaltaan noin 7,5 mm ja se 15 on muodostettu löyhästi kootusta tupakkapaperirainasta, joka on saatavissa merkinnällä P1440-GNA yhtiöltä Kimberly-Clark Corp., mikä on ympäröity paperisella suodatinpäällyksellä, joka on saatavissa merkinnällä P1487-184-2 yhtiöltä Kimber-, ly-Clark Corp.

20

Toinen segmentti on noin 7,5 mm halkaisijaltaan ja se on muodostettu kootusta, ei-kudotusta polypropyleenirainasta, joka on saatavissa merkinnällä PP-100 yhtiöltä Kimberly-Clark Corp., mikä on ympäröity paperisella suodatinpäälli-25 sellä, joka on saatavissa merkinnällä P1487-184-2 yhtiöltä Kimberly-Clark Corp.

Kyseiset kaksi segmenttiä kohdistetaan aksiaalisesti koskettavaan pää-vasten-päätä suhteeseen, ja ne yhdistetään ympä-30 röimällä kummankin segmentin pituus paperipäällisellä, joka on saatavissa merkinnällä L-1377-196F yhtiöltä Simpson Paper Company, Vicksburg, Michigan. Suukappaleen pituus on noin 40 mm.

II

35 31 ^

Savukkeiden loppukokoonpano

Etupään kokoonpano kohdistetaan aksiaalisesti päittäiseen koskettavaan suhteeseen suukappaleen kanssa siten, että 5 etupääkokoonpanon säiliön puoleinen pää on suukappaleen kootun tupakkapaperisegmentin vieressä. Etupään kokoonpano liitetään suukappaleeseen ympäröimällä suukappaleen pituus ja 5 mm pituus etupään kokoonpanosta suukappaleen vieressä suodatinpaperilla.

10

Lopullinen konditiointi

Kaikkia viimeisteltyjä savukkeita konditiointiin 4-5 päivää lämpötilassa 75°F (24°C) ja suhteellisessa kosteudessa 15 40 % ennen tupakointia.

Käyttö Käytössä tupakoitsija sytyttää polttoaine-elementin savuk-20 keensytyttimellä ja polttoaine-elementti palaa. Tupakoitsija asentaa savukkeen suunpuoleisen pään huulilleen ja imaisee savuketta. Näkyvä aerosoli, jolla on tupakan makuaine, vedetään tupakoitsijan suuhun.

25 ESIMERKKI 7

Kuten esimerkin 1 polttoaine-elementit, esimerkin 6 savukkeet altistettiin yksityiskohtaisiin analyyseihin, jotka sisältävät: : 30 (a) kapselin poistokaasujen lämpötilan mittaaminen, (b) suukappaleen sormilämpötilojen mittaaminen, 35 (c) C0/C02-saantojen mittaaminen, 32 f. .- / ..

(d) kokonaiskalorituoton mittaaminen, ^ (e) syttymisen paineenpudotuksen mittaaminen, 5 (f) imaisu-imaisulta aerosolitiheyden mittaaminen, (g) kokonaisaerosolisaannon mittaaminen, (h) imaisu-imaisulta glyseriinisaannon mittaaminen, 1 0 (i) kokonaisglyseriinisaannon mittaaminen, (j) imaisu-imaisulta nikotiinisaannon mittaaminen, 15 (k) kokonaisnikotiinisaannon mittaaminen.

Nämä tutkimukset suoritettiin imaisu imaisulta pohjalla käyttämällä yhtä (tai kumpaakin) kahdesta tupakointiolosuh-teen tyypistä; (1) "50/30"-testiä, kuten kuvattu edellä, ja 20 (2) FTC-tupakointiolosuhteita.

Kaavio poistokaasun lämpötiloista esimerkin 6 savukkeen suukappaleesta on esitetty kuviossa 8. Kaikkien esimerkkien , aerosolilämpötilat ovat noin 40 % tai vähemmän riippuen « 25 imaisunumerosta. Kuviosta 8 huomataan kuitenkin, että natriumkarbonaatin lisäykset polttoaine-elementtiin johtavat korkeampiin aerosolilämpötiloihin myöhemmillä imaisuilla verrattaessa vertailukohteeseen.

,· 30 Esimerkin 6 savukkeiden eri sormilämpötilojen merkinnät on esitetty kuviossa 9. Sormilämpötila on mitattu sijoittamalla ohutlankainen termoelementti savukkeen suukappaleeseen kohtaan, joka on noin 20 mm suodattimen suunpuoleisesta päästä. Kuvio 9 esittää, että sormilämpötilat kasvavat 35 natriumliuoksen vahvuuden kasvaessa 3 % asti. Korkeammat 11 *· 33 ^ lisätyn natriumkarbonaatin tasot johtavat sitten alenemiseen sormilämpötiloissa. Kaikki sormilämpötilan arvot, jotka on esitetty kuviossa 9, ovat huomattavasti alemmat verrattuna tyypillisesti mitattuihin noin 75°C arvoihin vertailusavuk-5 keessa.

C0/C02-saannot esimerkin 6 savukkeista, jotka sisältävät erilaisia natriumkarbonaatin tasoja, mitattiin sekä imaisu-imaisulta pohjalta käyttämällä 50/30 imaisuolosuhteita ja 10 standardi FTC-menetelmää (35 cm3 imaisutilavuus, 2 sekunnin kestoaika; erotettuna 58 sekunnin kytemisajalla).

Yhteenveto 50/30-testin CO-saannoista ja vastaavan FTC-testin CO-saannoista on annettu alla taulukossa 4. Tästä 15 taulukosta voidaan nähdä, että FTC CO-saannot ovat suhteellisen matalat.

Taulukko 4 20 FTC ia 50/30 CO-saannot per imaisu % Lisätty

Na2C03 Na-pitoisuus 50/30 CO FTC CO

liuos (ppm) (mg) (mg) 25 _ 0,0 1120 14,8 5,4 0,5 2234 18,3 6,4 1.0 3774 21,0 7,6 3.0 8691 21,1 9,1 ’ 30 5,0 13150 22,5 9,7 7.0 17420 24,1 10,0

Vastaavasti yhteenveto sekä 50/30-testin ja FTC-testin C02-saannoista on annettu taulukossa 5.

35

34 I- - ' O

Taulukko 5 FTC ia 50/30 COo-saannot per savuke 5 % lisätty

Na2C03 Na-pitoisuus 50/30 C02 FTC C02 liuos (ppm) (mg) (mg) 0,0 1120 56,0 22,1 10 0,5 2234 62,1 24,6 1.0 3774 61,7 24,7 3.0 8691 58,4 23,9 5.0 13150 54,5 21,8 7.0 17420 54,7 21,4 15 CO/C02-saantotietoja, jotka esitetty yllä, voidaan käyttää laskemaan sekä polttoaine-elementtien tuottaman johtavan termisen energian imaisu-imaisulta saannot että kokonaissaannot. Kuviossa 10 on esitetty imaisu-imaisulta kalori-20 käyrät, jotka on kehitetty erilaisilla polttoaine-elementeillä, tupakoituna 50/30 testitupakointiolosuhteissa. Kuvio 10 esittää, että natriumkarbonaatin lisäykset polttoaine-elementteihin johtavat lisääntymiseen johtamisenergiassa erityisesti ensimmäisten 8 imaisun aikana.

» 25

Polttoaine-elementtien kokonaiskalorituotanto 50/30 ja FTC-tupakointiolosuhteissa on esitetty yhteenvetona taulukossa 6.

II

35

Taulukko 6 FTC ia 50/30 kalorisaannob 5 % lisätty

Na2C03 Na-pitoisuus 50/30-kalorit FTC-kalorit liuos (ppm) 0,0 1120 117,3 52,4 10 0,5 2234 148,0 58,6 1.0 3774 153,5 60,0 3.0 8691 143,9 59,7 5.0 13150 139,3 55,8 7.0 17420 138,2 55,2 15

Kuviossa 11 on esitetty sytyttämisen paineenpudotukset, jotka on saavutettu savukkeesta, tupakoitaessa, käyttämällä 50/30-tupakointiolosuhteita. Kuvio 11 esittää, että kaikki esimerkin 6 savukkeet, jotka testattiin, osoittivat sytty-20 mispaineenpudotuksen alle 500 mm vesipatsasta. Natriumkarbonaatin lisäys polttoaine-elementteihin johti lisääntymiseen paineenpudotuksessa jopa 100 mm vesipatsasta riippuen lisätyn natriumkarbonaatin tasosta verrattuna vertailukohteeseen.

25

Taulukko 7 esittää suorituskykyjen vertailun kolmella identtisellä savukkeella, lukuunottamatta sitä, että kolmea erilaista sideainetta käytettiin polttoaine-elementtien muodostamisessa; (1) SCMC (ei lisättyä Na); (2) ammoniumalginaat-• 30 tia (ei lisättyä Na); ja (3) ammoniumalginaattia (3 % Na2C03- liuosta lisättynä).

Erot näiden kolmen savukkeen suodatuskyvyssä voidaan havaita välittömästi.

35 36 ..· J j 0

Taulukko 7

Savukeattribuuttien vertailu tehtynä polttoaine-elementeillä, joissa on sideaineena (1) kokonaan natriumkarboksimetyy-5 liselluloosaa, (2) kokonaan ammoniumalginaattia, ja (3) ammoniumalginaattia sekoitettuna 3 %:sen Na2C03~liuoksen kanssa_

Kokonaan nat- Kokonaan Ammoniumalgi-10 riumkarboksi- ammonium- naatti ja metyylisellu- alginaat- 3 % Na2C03 Attribuutti_loosaa_tia_

Huippuimaisu- 15 lämpöt. °C 930 885 885

Takasivu- lämpöt. °C 440 240 260 20 11 mm kapseli- lämpöt. 202 163 204

Kapseli-EGT* °C 132 57 78 25 MEP EGT °C 37 37 42

Sormilämpöt. °C 47 40 46 30 FTC CO-saanto mg 7,7 5,4 9,1 FTC C02-saanto mg 31,7 22,1 23,9 35 50/30 CO-saanto mg 19,5 14,8 21,4 50/30 C02-saanto 40 mg 72,2 56,0 57,8

Imaisukalorit 172,7 117,3 143,8

Kytemishäviö 45 5 min. mg 62,3 21,9 56,0 % ei-syttymisiä 40 100 10 50 * EGT ) poistokaasun lämpötila

II

37

Esimerkin 6 savukkeiden, jotka sisältävät polttoaine-elementit, joissa on vaihtelevat natriumkarbonaatin tasot, jotka on lisätty niiden mikrorakenteeseen, imaisu-imaisulta ae-rosolitiheydet saatiin tupakoimalla savukkeita tupakointi-5 koneessa käyttämällä 50/30-tupakointiolosuhteita. Aerosolin tiheys suukappaleesta mitattiin kuljettamalla aerosoli fotometrin läpi.

Kuvio 12 esittää imaisu-imaisulta aerosolitiheyksien merkin-10 nät savukkeille, joissa on kuutta eri tyyppistä polttoaine-elementtiä. Kuviosta 12 voidaan nähdä, että vertailupoltto-aine-elementti (0 % lisättyä Na2C03) johti hyvin vähäiseen aerosolinmuodostukseen savukkeesta. Jopa pienten natriumkar-bonaattimäärien lisäys polttoaine-elementteihin johtaa 15 dramaattiseen lisääntymiseen aerosolin tiheydessä. Polttoaine-elementit, jotka on valmistettu 1-prosenttisella natrium-karbonaattiliuoksella, johtivat 400 % lisääntymiseen koko-naisaerosolin saannossa.

20 Tämä voidaan nähdä vielä selvemmin tutkimalla kuvioita 13 ja 14, joissa kokonaisaerosolin saannot on merkitty natriumkar-bonaattiliuoksen vahvuuden funktiona ja vastaavasti natriumin todellisen ppm-pitoisuuden funktiona kussakin polttoaine-elementissä .

25 : Aerosolikomponenttien ja makuaineiden (esim. glyseriini ja nikotiini) saannot saatiin esimerkin 6 savukkeista käyttämällä 50/30-tupakointiolosuhteita. Kuvio 15 edustaa imaisu-imaisulta glyseriinisaantoja. Kuvion 15 tutkiminen paljastaa 30 sen, että savukkeet, jotka käyttivät vertailupolttoaine- elementtiä, tuottivat merkittävästi vähäisemmät glyseriini-saannot kuin ne, jotka käyttivät polttoaine-elementtejä, joissa oli natriumkarbonaattilisäys.

35 Sama käytös voidaan havaita kuviossa 16 esitettyjen nikotii- nisaantojen suhteen.

38 " J Ö ESIMERKKI 8

Asparagiini (edullinen ammoniakkia vapauttava yhdiste), lisättynä polttoaineseokseen tasoilla, jotka vaihtelevat 5 välillä 0 - 3 %, havaittiin vähentävän formaldehyditasoja savukkeiden palamistuotteissa jopa enemmän kuin 70 %.

Esimerkki 8A: 10 Viitetyypin savukkeet, joissa oli tupakka/hiili-polttoaine-elementit, valmistettiin seuraavilla komponenttiosilla:

Substraatti: 15 Alumiinioksidi 44,50

Hiili 15,00

Natriumkarboksimetyyli-selluloosa 0,50

Sekoitetut tupakka-20 partikkelit 10,00 Päällystetyt, lämpökäsitellyt tupakkapartikkelit 10,00 Glyseriini 20,00 25 Polttoaine-elementti (10 mm x 4,5 mm; 5-urainen, sisennetty \ 3 mm):

Hiili, (Calgon C5) 77,00 76,00 75,00 74,00 30 Natriumkarboksimetyyli- selluloosa-sideaine 8,00 8,00 8,00 8,00

Tupakkapartikkelit 15,00 15,00 15,00 15,00

Asparagiini 0,00 1,00 2,00 3,00

II

35 39 -:.

, *- · ' .

' - ’ )

Suukappale : 10 mm tyhjä tila; 10 mm tupakkapaperi; 20 mm polypropyleeni-suodatinsegmentti 5

Tupakkarulla:

Sekoitus puhallettuja tupakoita 10 Eristvsvaippa: 15 mm Owens-Corning "C"-lasi Päällvspaperi: 15 KC-1981-152

Tupakointitulokset - mitatun formaldehydin tasot: 20 % Asparaaiini Formaldehyditaso 0 24,3 pg/savuke 1 18,9 2 11,1 3 6,4 25 : Esimerkki 8B: *

Viitetyypin savukkeet, varustettuina tupakka/hiilipolttoai-ne-elementeillä, valmistettiin seuraavilla komponenttiosil-30 la: 40

*' - <J

Marumerisoitu substraatti:

Alumiinioksidi 44,50

Hiili 15,00 5 Natriumkarboksimetyyli- selluloosa 0,50

Sekoitetut tupakka-partikkelit 10,00 Päällystetyt, lämpökäsi-10 tellyt tupakkapartikkelit 10,00

Glyseriini 20,00

Polttoaine-elementti (10 mm x 4,5 mm; 6-urainen, sisennetty 3 mm) : 15

Hiili (kovapuu) 89,10 88,10 87,10 86,10

Ammoniumalginaatti 10,00 10,00 10,00 10,00

Na2C03 0,90 0,90 0,90 0,90

Asparagiini 0,00 1,00 2,00 3,00 20

Suukappale: 10 mm tyhjä tila; 10 mm tupakkapaperi; 20 mm polypropyleeni-suodatinsegmentti 25

Tupakkarulla:

Sekoitus puhallettua tupakkaa 30 Eristvsvaippa: 15 mm Owens-Corning "C"-lasi Päällvspaperi: KC- 1981-152 li 35 41

Tupakointitulokset - mitatun formaldehydin tasot: % Asparaaiinia Formaldehyditaso 0 12,8 μς/savuke 5 1 10,7 2 6,2 3 2,6

Esillä oleva keksintö on kuvattu yksityiskohtaisesti mukaan-10 lukien sen edulliset suoritusmuodot. Kuitenkin on ymmärrettävä, että alan ammatti-ihmiselle, tarkastelemalla esillä olevaa selitystä, on mahdollista tehdä modifikaatioita ja/tai parannuksia tähän keksintöön ja pysyä silti tämän keksinnön suoja-alan ja hengen sisäpuolella, kuten esitetty 15 seuraavissa vaatimuksissa.

Claims (7)

1. Natriumia sisältävä hiilipitoinen polttoainekoostumus tupakointituotteiden polttoaine-elementtejä varten, joka 5 koostumus on perinpohjainen sekoitus, johon kuuluu pääasiallisesti hiiltä, sideainetta ja vähintään yhtä natriumyhdis-tettä palamisenmodifiointiaineena, tunnettu siitä, että koostumukseen kuuluu: a) noin 60 - noin 99 paino-% hiiltä, 10 b) 0 - noin 20 paino-% tupakkaa; ja polttoaine-elementin syttyvyyden parantamiseksi c) noin 1 - noin 20 paino-% sideainetta, missä sideaineen luontainen natriumpitoisuus on alle 1500 ppm, sekä d) vähintään yhtä ei-sideainetta olevaa natriumyhdistettä 15 määrässä, joka on riittävä lisäämään hiilipitoisen poltto- ainekoostumuksen natriumpitoisuuden alueeseen 3000 - 10000 ppm, joka natriumyhdiste on valittu ryhmästä, johon kuuluu natriumkarbonaatti, natriumasetaatti, natriumoksalaatti ja natriummalaatti. 20

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttoainekoostumus, tunnettu siitä, että natriumyhdiste on vesiliuos alueessa noin 0.1 - noin 10 paino-%.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen polttoainekoostumus, tunnettu siitä, että natriumyhdiste on vesiliuos alueessa noin 0,5 - noin 7 paino-%.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttoainekoostumus, 30 tunnettu siitä, että siihen lisäksi kuuluu ei-palava täyteainemateriaali. 1 li Patenttivaatimuksen 4 mukainen polttoainekoostumus, tunnettu siitä, että täyteainemateriaali on kalsium- 35 karbonaatti tai agglomeroitu kalsiumkarbonaatti. 43 r ; : , - u

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttoainekoostumus, tunnettu siitä, että sideaine on alginaattisideaine.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen polttoainekoostumus, tunnettu siitä, että alginaattisideaine on ammonium-alginaatti.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttoainekoostumus, 10 tunnettu siitä, että natriumyhdisteeseen kuuluu natriumkarbonaatti, joka tuottaa noin 3500 - noin 9000 ppm natrium- ja polttoainekoostumuksen. 4 4 - - ' U