KR102546107B1 - 절연식 열원을 갖는 에어로졸 발생 물품 - Google Patents

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Abstract

에어로졸 발생 물품(2)은 에어로졸 형성 기재(4), 가연성 열원(3), 및 가연성 열원(3) 전장의 적어도 일부를 감싸는 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층(5)을 포함한다. 에어로졸 발생 물품(2)은, 사용자가 흡입할 수 있도록 에어로졸 발생 물품(2)을 통해 흡인되는 공기가 따라갈 수 있는 하나 이상의 공기 흐름 경로, 및 가연성 열원(3)과 에어로졸 형성 기재(4) 사이에서 하나 이상의 불연성 실질적 공기 불투과성 베리어를 또한 포함한다.

Description

절연식 열원을 갖는 에어로졸 발생 물품
본 발명은 에어로졸 형성 기재 및 가연성 열원을 갖는 에어로졸 발생 물품 및 이러한 에어로졸 발생 물품을 형성하는 방법에 관한 것이다.
담배가 연소되기보다는 가열되는 다수의 에어로졸 발생 물품이 본 기술 분야에서 제안되었다. 이러한 가열식 에어로졸 발생 물품의 하나의 목표는 가연식 궐련에서 담배의 연소와 열분해성 변질로 인해 생성된 유형의 알려진 유해한 연기 성분을 감소시키는 것이다. 가열식 에어로졸 발생 물품의 알려진 하나의 유형에서, 가연성 열원으로부터 이 가연성 열원에 인접하게 위치된 에어로졸 형성 기재로의 열 전달에 의해서 에어로졸이 발생된다. 에어로졸이 발생되는 동안, 휘발성 화합물이 가연성 열원으로부터의 열 전달에 의해 에어로졸 형성 기재로부터 방출되고, 에어로졸 발생 물품을 통과하여 흡인되는 공기에 비말동반된다. 방출된 화합물은 냉각되면서 응축되어 사용자에 의해 흡입되는 에어로졸을 형성한다.
가열식 흡연 물품에 사용하기 위한 가연성 열원의 연소 온도는 가열식 에어로졸 발생 물품을 사용하는 동안 에어로졸 형성 기재를 연소시키거나 열적으로 변질시킬 정도로 많이 높지 않아야 한다. 하지만, 가연성 열원의 연소 온도는 에어로졸 형성 기재로부터 충분한 휘발성 화합물들을 방출하기에 충분한 열을 발생시켜서 특히 초기 퍼핑(puff) 중에 만족스러운 에어로졸을 발생시킬 만큼 충분히 높아야 한다.
가열식 에어로졸 발생 물품에 사용하기 위한 다양한 가연성 열원이 당업계에서 제안되었다. 가열식 에어로졸 발생 물품에 사용하기 위한 가연성 열원의 연소 온도는 일반적으로 약 600℃ 내지 800℃이다.
가열식 에어로졸 발생 물품의 표면 온도를 감소시키기 위해, 가열식 에어로졸 발생 물품의 가연성 열원 주변부 둘레를 절연 부재로 래핑하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 이러한 절연 부재는 가연성 열원이 연소되는 동안 가연성 열원의 온도를 낮춤으로써, 에어로졸을 발생시키기 위해 에어로졸 형성 기재를 가열함에 있어서 열원의 효율성을 잠재적으로 감소시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이러한 효과는, 절연 부재가 가연성 열원의 길이만큼 실질적으로 연장되는 경우 확연히 드러난다. 또한, 이러한 절연 부재는 가연성 열원의 지속적 연소를 방해하여, 가연성 열원의 연소 지속 시간을 감소시킬 수 있다.
열원의 근위에서 표면 온도가 감소되고, 외관이 만족스러우며, 간단하고 신뢰할 수 있는 방식으로 조립될 수 있는 에어로졸 발생 물품을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 초기 퍼핑과 후기 퍼핑이 진행되는 동안 모두에서 만족스러운 에어로졸을 발생시키는 에어로졸 발생 물품을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 에어로졸 형성 기재, 가연성 열원, 및 가연성 열원 길이의 적어도 일부를 감싸는 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층을 포함하는 에어로졸 발생 물품이 제공된다. 에어로졸 발생 물품은, 사용자가 흡입할 수 있도록 에어로졸 발생 물품을 통과하여 흡인되는 공기가 따라갈 수 있는 하나 이상의 공기 흐름 경로, 및 가연성 열원과 에어로졸 형성 기재 사이에서 하나 이상의 불연성 실질적 공기 불투과성 베리어를 또한 포함한다. 가연성 열원과 에어로졸 형성 기재 사이에 배치된 하나 이상의 불연성 실질적 공기 불투과성 불연성 베리어는, 사용 중에, 하나 이상의 공기 흐름 경로를 따라 에어로졸 발생 물품을 통과하여 흡인되는 공기가 가연성 열원과 직접 접촉하지 않도록 가연성 열원을 하나 이상의 공기 흐름 경로로부터 분리시킨다.
사용 중에, 가연성 열원은 라이터와 같은 외부 열원에 의해 점화되어 연소를 시작할 수 있다. 가연성 열원은 에어로졸 형성 기재의 휘발성 화합물이 기화되도록 에어로졸 형성 기재를 가열할 수 있다. 사용자가 에어로졸 발생 물품 상에서 흡인할 때, 공기는 하나 이상의 공기 흐름 경로를 따라 에어로졸 발생 물품 내에 흡인되고, 가열된 에어로졸 형성 기재의 증기와 혼합되어 에어로졸을 형성할 수 있다. 에어로졸은 에어로졸 발생 물품으로부터 흡인되고 사용자에게 전달되어 사용자가 흡입할 수 있다.
가연성 열원의 길이의 적어도 일부를 감싸는 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원을 절연시킬 수 있다. 이는 가연성 열원에서의 에어로졸 발생 물품의 표면 온도를 낮출 수 있다. 또한, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원의 연소가 실질적으로 방해받지 않을 수 있도록 충분한 공기를 통과시킬 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '에어로젤' 및 '비강화 에어로젤'은 개방 셀형 발포체를 설명하도록 상호 교환 가능하게 사용된다. 에어로젤은 다공성일 수 있다. 용어 '다공성(mesoporous)'은 약 2 nm 내지 약 50 nm 범위의 직경을 갖는 기공을 포함하는 재료를 지칭한다. 에어로젤은 상호 연결 구조체 매트릭스를 포함할 수 있고, 상호 연결 구조체 매트릭스는 나노구조체일 수 있다. 에어로젤은 약 50% 이상의 다공성을 나타낼 수 있다. 에어로젤은 약 90% 이상의 다공성을 나타낼 수 있다. 에어로젤은 통상의 겔로부터 액체 성분을 제거하여 형성될 수 있다. 통상의 겔은 액체 중에 분산된 고체로 이루어진 반고체 콜로이드성 현탁액을 의미하는 것으로 이해할 수 있을 것이다.
에어로젤은 일반적으로 매우 낮은 열 전도성을 갖는다. 이론에 구속되고자 하는 것이 아니지만, 에어로젤에서의 전도성 열 전달은 높은 다공성으로 인해 억제되고, 에어로젤에서의 대류성 열 전달은 기공의 작은 직경으로 인해 억제된다. 기공의 작은 직경은 에어로젤을 통과하는 공기의 운동을 제한한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '섬유 강화 에어로젤'은 섬유상 재료로 강화된 에어로젤 매트릭스(matrix)를 포함하는 복합 재료를 지칭한다. 섬유상 재료는 섬유를 포함하는 재료로 이해할 수 있다.
비록 비강화 에어로젤이 상호 연결식 다공성 구조체를 가질 수는 있지만, 비강화 에어로젤에 의해 나타나는 기공의 평균 폭은 실온에서 공기 분자의 평균 자유 경로(mean free path)와 유사하다. 결과적으로, 비강화 에어로젤은 공기에 대해 낮은 투과성을 갖는다. 이는 크누센 효과(Knudsen effect)에 기인하는 것으로 이해된다.
섬유 강화 에어로젤에 의해 나타나는 기공의 평균 폭은 실온에서 공기 분자의 평균 자유 경로보다 더 크다. 공기 투과성 비강화 에어로젤과 비교하여 공기 투과성 섬유 강화 에어로젤의 기공 폭이 더 클수록 크누센 효과의 영향이 감소한다. 결과적으로, 섬유 강화 에어로젤은 비강화 에어로젤에 비해 더 높은 투과성을 갖는 것으로 밝혀졌다.
또한, 섬유 강화 에어로젤은 비강화 에어로젤에 비해 월등한 기계적 특성을 나타내는 것으로 관찰되었다. 예를 들어, 섬유 강화 에어로젤은 비강화 에어로젤에 비해 보다 유연하고 가공성이 더 뛰어날 수 있다.
적어도 하나의 섬유 강화층은 가연성 열원 길이의 적어도 일부를 감싼다. 본 발명의 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원의 전장을 실질적으로 감쌀 수 있다. 이는, 에어로졸 발생 물품이 섬유 강화 에어로젤의 절연 특성으로부터 도움을 받아 가연성 열원에서 에어로졸 발생 물품의 열원 근위의 표면 온도를 낮출 수 있게 하고, 공기에 대한 섬유 강화 에어로젤의 투과성으로부터 도움을 받아 충분한 대기를 가연성 열원에 도달시켜, 가연성 열원이 실질적으로 방해 없이 점화되고 연소될 수 있게 할 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤에 의해 실질적으로 외접된 가연성 열원은 임의의 재료층에 의해 외접되지 않는 가연성 열원과 비교하여, 가연성 열원이 보다 높은 온도에서, 보다 긴 기간동안 연소되도록 할 수 있다는 것이 관찰되었다.
본 발명의 섬유 강화 에어로젤은 열원 길이의 적어도 일부를 감싸는 섬유 강화 에어로젤의 층의 형성을 용이하게 하는 가공성을 또한 갖는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '층'은 가연성 열원의 형상과 일반적으로 부합하는 재료 일체를 설명하는데 사용된다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 열원을 감싸도록 배치된 임의의 적합한 유형의 층일 수 있다. 적합한 유형의 층은, 무엇보다도, 래퍼와 코팅을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 '코팅(coating)'은 열원을 덮고 열원에 부착되는 재료의 층을 설명하도록 사용된다.
적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원과 직접 접촉되어 있을 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원과 이격될 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 '길이(length)'는 에어로졸 발생 물품의 일부 또는 구성요소의 에어로졸 발생 물품의 길이방향으로의 치수를 설명하도록 사용된다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원 길이의 적어도 일부를 감싼다. 예를 들어, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원 길이의 약 절반을 감쌀 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원 길이의 절반보다 더 많이 감쌀 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원 길이의 약 60% 내지 약 100%를 감쌀 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원 길이의 적어도 70%를 감쌀 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원 길이의 적어도 80%를 감쌀 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원 길이의 적어도 90%를 감쌀 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원의 전체 길이를 감쌀 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 실질적으로 가연성 열원 길이를 감쌀 수 있다.
적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원이 실질적으로 방해받지 않고 연소될 수 있도록 공기에 대해 충분히 투과성일 수 있다.
적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤은 에어로졸 형성 기재 길이의 양 절반을 감쌀 수 있다. 유리하게는, 에어로졸 형성 기재를 감싸는 섬유 강화 에어로젤은 에어로졸 발생 물품의 표면 온도를 에어로졸 형성 기재에서 낮출 수 있다.
적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원의 하류단에서 가연성 열원을 감쌀 수 있다. 이는, 에어로졸 발생 물품의 정상적인 작동 중에 사용자에게 가장 가까운 가연성 열원의 부위에서 에어로졸 발생 물품의 표면 온도를 유리하게 감소시킬 수 있다.
적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원의 상류단에서 가연성 열원을 감쌀 수 있다.
적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원의 상류단 및 하류단에서 가연성 열원을 감쌀 수 있다.
가연성 열원의 노출된 부분은 본원에서 '나부(naked portion)'로서 지칭될 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원의 나부 또는 노출부를 덮거나 감싸도록 제공될 수 있다.
일부 구현예에서, 가연성 열원의 일부는 상류단에서 적어도 하나의 추가 층에 의해 외접될 수 있다. 적어도 하나의 추가 층은 궐련지의 층일 수 있다. 이들 구현예에서, 가연성 열원의 상류단은 나부이다. 즉, 가연성 열원의 상류단은 적어도 하나의 추가 층에 의해 덮이지 않는다. 이들 구현예에서, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원의 상류단을 감쌀 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원의 상류단을 감싸는 적어도 하나의 추가 층의 상류단으로부터 가연성 열원의 하류단 또는 이의 근처까지 가연성 열원을 감쌀 수 있다. 이와 같이, 이들 구현예에서, 가연성 열원은 하류단에서의 적어도 하나의 추가 층과 상류단에서의 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층의 조합에 의해 그의 길이를 따라 실질적으로 외접될 수 있다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층과 적어도 하나의 추가 층은 가연성 열원의 길이를 따라 중첩될 수 있다.
적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은, 사용 중에, 하나 이상의 공기 흐름 경로를 따라 에어로졸 발생 물품을 통과하여 흡인되는 공기가 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층과 직접 접촉하지 않도록 하나 이상의 공기 흐름 경로로부터 분리될 수 있다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은, 하나 이상의 공기 흐름 경로를 따라 에어로졸 발생 물품을 통과하여 흡인되는 공기가 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층과 직접 접촉하지 않도록 하나 이상의 공기 흐름 경로로부터 이격될 수 있다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층의 하나 이상의 부분은 섬유나 입자에 대해 실질적으로 불투과성인 재료로 덮이거나, 코팅되거나, 상기 재료 내에 캡슐화될 수 있다. 섬유나 입자에 대해 실질적으로 불투과성인 재료로 덮이거나, 코팅되거나, 상기 재료 내에 캡슐화된 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층의 하나 이상의 부분은, 하나 이상의 공기 흐름 경로를 따라 에어로졸 발생 물품을 통과하여 흡인되는 공기와 인접하게 위치될 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층의 하나 이상의 부분을 덮거나, 코팅하거나, 캡슐화함으로써, 하나 이상의 공기 흐름 경로를 따라 에어로졸 형성 물품을 통과하여 흡인되는 공기가 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층의 섬유 및 입자로부터 분리될 수 있다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층의 하나 이상의 부분은 종이층에 덮여 하나 이상의 공기 흐름 경로로부터 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층을 분리시킬 수 있다. 종이층은 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층의 내부 표면 및 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 외부 표면 중 적어도 하나에 제공될 수 있다. 종이층은 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층의 내부 및 외부 표면 모두에 제공될 수 있다. 종이층은 적층식 종이를 포함할 수 있다. 종이층은 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층과 함께 공적층(co-laminated)될 수 있다. 종이층은 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층의 일부로서 공기 흐름 경로와 인접한 일부에만 제공될 수 있다.
적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 실질적으로 내연성(combustion resistant)일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '내연성(combustion-resistant)'은 가연성 열원의 발화 및 연소 중에 실질적으로 온전한 상태를 유지하는 재료를 지칭한다. 가연성 열원의 길이의 적어도 일부를 감싸는 적어도 하나의 내연성 섬유 강화 에어로젤의 층을 제공하면 상기 층으로부터 화염이나 연기가 배출되는 것을 유리하게 방지할 수 있다. 이는, 가연성 열원이 연소되는 동안 상기 층으로부터 원치 않는 배출물이나 악취가 방출되는 것을 실질적으로 방지하거나 억제할 수 있다.
가연성 열원, 에어로졸 형성 기재, 및 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원이 연소되는 동안 에어로졸 형성 기재의 온도가 약 375℃를 초과하는 것을 실질적으로 방지하거나 억제하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 가연성 열원, 에어로졸 형성 기재, 및 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원이 연소되는 동안 에어로졸 형성 기재의 온도가 약 375℃를 초과하는 것을 실질적으로 방지하거나 억제하도록 형상을 가지고, 치수를 가지며, 배치될 수 있다. 이를 통해 에어로졸 형성 기재의 일체성을 보존할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 형성 기재가 하나 이상의 에어로졸 형성제를 포함하는 경우, 에어로졸 형성제는 약 375℃의 온도보다 높은 열분해를 겪을 수 있다. 예를 들어 에어로졸 형성 기재가 담배를 포함하는 경우, 담배는 이보다 훨씬 높은 온도에서 연소될 수 있다.
가연성 열원, 에어로졸 형성 기재, 및 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원이 연소되는 동안 에어로졸 형성 기재의 근위 면으로부터 2 mm 떨어진 위치에서 에어로졸 형성 기재의 온도가 적어도 약 6분 동안 적어도 약 100℃가 되도록 구성될 수 있다.
섬유 강화 에어로젤은 약 80 중량% 미만의 에어로젤을 포함할 수 있다. 섬유 강화 에어로젤은 약 70 중량% 미만의 에어로젤을 포함할 수 있다. 섬유 강화 에어로젤은 약 20 중량% 미만의 에어로젤을 포함할 수 있다. 섬유 강화 에어로젤은 약 30 중량% 미만의 에어로젤을 포함할 수 있다. 섬유 강화 에어로젤은 약 20 중량% 내지 약 80 중량%의 에어로젤, 또는 약 40 중량% 내지 약 60 중량%의 에어로젤을 포함할 수 있다. 섬유 강화 에어로젤이 실리카 에어로젤을 포함하는 경우, 섬유 강화 에어로젤은 약 30 중량% 내지 약 40 중량%의 합성 비결정질 실리카(synthetic amorphous silica)를 포함할 수 있다. 섬유 강화 에어로젤이 실리카 에어로젤을 포함하는 경우, 섬유 강화 에어로젤은 약 10 중량% 내지 약 20 중량%의 메틸실릴화 실리카(methylsilylated silica)를 포함할 수 있다.
섬유 강화 에어로젤은 적어도 약 20 중량%의 섬유상 재료를 포함할 수 있다. 섬유 강화 에어로젤은 적어도 약 30 중량%의 섬유상 재료를 포함할 수 있다. 섬유 강화 에어로젤은 적어도 약 70 중량% 미만의 섬유상 재료를 포함할 수 있다. 섬유 강화 에어로젤은 적어도 약 60 중량% 미만의 섬유상 재료를 포함할 수 있다. 섬유 강화 에어로젤은 약 20 중량% 내지 약 70 중량%의 섬유상 재료, 또는 약 40 중량% 내지 약 50 중량%의 섬유상 재료를 포함할 수 있다.
섬유 강화 에어로젤은 약 30 중량% 내지 약 40 중량%의 합성 비결정질 실리카; 약 10 중량% 내지 약 80 중량%의 메틸실릴화 실리카; 및 약 40 중량% 내지 약 50 중량%의 섬유상 재료를 포함할 수 있다.
본 발명의 섬유 강화 에어로젤은 임의의 적합한 에어로젤을 포함할 수 있다. 적합한 에어로젤의 예는, 무엇보다도, 실리카 에어로젤, 금속 산화물 에어로젤, 유기 및 탄소 에어로젤, 나노튜브 에어로젤, 금속 에어로젤 또는 이들의 조합을 포함한다. 에어로젤이 실리카 에어로젤인 경우, 에어로젤은 합성 비결정질 실리카 및 메틸실릴화 실리카 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 섬유 강화 에어로젤은 임의의 적합한 섬유상 재료를 포함할 수 있다. 섬유상 재료는 임의의 적합한 섬유 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적합한 섬유는, 무엇보다도, 유리 섬유, 실리카계 섬유, 탄소 섬유, 중합체 섬유, 금속 섬유 및 세라믹 섬유를 포함할 수 있다. 섬유는 유기 재료 및 무기 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 섬유는 유기 및 무기 재료의 조합을 포함할 수 있다. 섬유상 재료는 직물일 수 있다. 섬유상 재료는 부직포일 수 있다. 섬유상 재료는 섬유 솜(fibre batting) 또는 섬유 충전재(fibre wadding)를 포함할 수 있다.
섬유 강화 에어로젤은 결합제(binder)를 포함할 수 있다.
섬유상 재료는 결합제를 포함할 수 있다. 결합제는 섬유상 재료를 함께 고정시키기 위해 일부 섬유상 재료에 사용된다. 결합제를 제공하면 섬유상 재료의 기계적 특성도 개선할 수 있다. 예를 들어, 결합제는 섬유상 재료가 덜 취약하고 보다 유연해지도록 할 수 있다.
결합제는 셀룰로오스 유도체 결합제일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "셀롤로오스 유도체 결합제"는 셀룰로오스 유도체를 포함하는 결합제를 설명하도록 사용된다. 특히, 셀룰로오스 유도체 결합제는 셀룰로오스의 특정 측기(side group)의 첨가에 의해 형성된 셀룰로오스 유도체를 포함할 수 있다.
적합한 셀룰로오스 유도체는 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC), 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스(HPMC), 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스(HEC), 히드록시에틸 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 에스테르, 및 셀룰로오스 에테르를 포함하되 이들로 한정되지 않는다. 바람직하게는, 셀룰로오스 유도체 결합제는 카르복시 메틸 셀룰로오스를 포함한다.
결합제는 하나 이상의 유기 결합제, 예컨대 비투멘(bitums), 동식물성 접착제, 및 중합체를 포함할 수 있다. 결합제는 하나 이상의 무기 결합제 재료, 예컨대, 라임, 시멘트, 깁스(gypsum) 및 액상 유리를 포함할 수 있다. 결합제가 하나 이상의 중합체를 포함하는 경우, 중합체는 아크릴 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르, 에폭시, 폴리에테르, PVOH, 스티렌계, 폴리카르복실 에테르 및 폴리우레탄을 포함할 수 있다. 결합제는 CMC 및 벤토나이트(bentonite) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 결합제는 아크릴 결합제일 수 있다.
섬유 강화 에어로젤은 세라믹 섬유상 재료를 포함할 수 있다. 세라믹 섬유상 재료는 세라믹 섬유를 포함할 수 있다.
섬유 강화 에어로젤이 세라믹 섬유상 재료를 포함하는 경우, 세라믹 섬유상 재료는 결정질 세라믹(crystalline ceramic) 재료를 포함할 수 있다. 세라믹 섬유상 재료는 비정질(non-crystalline) 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 세라믹 섬유상 재료는 비결정질(amorphous)일 수 있다. 세라믹 섬유상 재료는 반결정질(semi-crystalline)일 수 있다. 세라믹 섬유상 재료는 결정질(crystalline)일 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '세라믹 섬유상 재료'는 유리를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '유리'는 유리 전이 온도에서 유리 전이를 나타내는 재료를 설명하도록 사용된다. 일반적으로, 용어 '유리'는 비정질 또는 비결정질 고체 재료를 설명하도록 본원에서 사용된다. 그러나, 용어 '유리'는 결정질 성분 및 비정질 성분을 포함하는 재료를 또한 포함한다. 결정질 및 비정질 성분을 모두 포함하는 유리 재료는 '유리-세라믹' 재료로서 지칭될 수 있다.
본 발명의 유리 재료의 특성은 유리의 형성 방법에 의해 결정될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '유리'는 임의 적합한 방법에 의해 형성된 유리를 포함한다. 유리를 형성하는 적합한 방법은: 멜트 퀀칭(melt quenching); 물리적 증착; 열화학적 및 기계화학적 반응을 포함하는 고상 반응; 졸-겔법(sol-gel method)과 같은 액상 반응; 방사능 비결정질화(radiation amorphisation)와 같은 결정질 고체의 조사; 및 (고압의 가하여 유리를 형성하는)가압 비결정질화를 포함한다.
일부 구현예에서, 세라믹 섬유상 재료는 유리를 포함할 수 있다. 세라믹 섬유상 재료는 유리 섬유를 포함할 수 있다. 세라믹 섬유상 재료는 유리-세라믹 섬유를 포함할 수 있다. 세라믹 섬유상 재료는 연속 필라멘트 유리 섬유를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 세라믹 섬유상 재료는 유리를 포함하지 않을 수 있다. 즉, 세라믹 섬유상 재료는 유리를 제외한 임의의 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 세라믹 섬유상 재료는 유리 재료가 아닐 수 있다. 세라믹 섬유상 재료는 유리 섬유를 포함하지 않을 수 있다. 이들 구현예에서, 세라믹 섬유상 재료는 일반적으로 결정질 세라믹 재료를 포함한다.
일부 구현예에서, 섬유상 재료는 생용해성(biosoluble) 섬유를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '생용해성'은 생물학적 시스템에서, 예컨대 인체의 생물학적 시스템에서 용해될 수 있는 재료를 설명하도록 사용된다. 특정 생물학적 시스템에서의 재료의 생용해성은 물에서의 재료의 용해성과 유의하게 상이할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 물질의 적어도 0.1 g이 생물학적 시스템 용매의 100 ml에 용해되는 경우, 해당 물질(substance)은 생용해성인 것으로 간주될 수 있다. 마찬가지로, 물질의 0.1 g 미만이 생물학적 시스템 용매의 100 ml에 용해되는 경우, 해당 물질은 생용해성인 것으로 간주될 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 생용해성 섬유는 섬유를 흡입할 때 사용자의 호흡기계에서 용해될 수 있다. 즉, 본 발명의 생용해성 섬유는 섬유를 흡입할 때 사용자의 호흡기계에서 일반적으로 녹는다. 본 발명의 생용해성 섬유는 사용자의 폐포 환경(alveolar environment)에서 용해될 수 있다.
생용해성 재료는 임의의 적합한 생용해성 재료일 수 있다. 적합한 생용해성 재료는 알칼리 토규산염 울(alkaline earth silicate wools, AES 울) 및 고-알루미나 저-실리카 울(high-alumina low-silica wools)을 포함한다.
본 발명의 일부 구현예에서, 섬유 강화 에어로젤은 약 100 중량%의 AES 울을 포함할 수 있다.
섬유 강화 에어로젤은 임의의 다른 적합한 강화 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 섬유 강화 에어로젤은 폴리아미드(polyamides)와 폴리이미드(polyimides)와 같은 중합체 섬유를 포함할 수 있다. 섬유 강화 에어로젤은 미립자 강화와 같은 추가 수단에 의해 더 강화될 수 있다. 예를 들어, 섬유 강화 에어로젤은 카본 블랙 입자로 강화될 수 있다. 섬유 강화 에어로젤은 이산화 티타늄(titanium dioxide), 알루미늄 삼수화물(aluminium trihydrate), 및 철과 망간을 포함할 수 있는 안료를 포함하되 이에 한정되지 않는 임의의 다른 적합한 성분을 더 포함할 수 있다.
적합한 섬유 강화 에어로젤은 파이로젤 XT-E (Pyrogel® XT-E) 및 파이로젤XT-F (Pyrogel® XT-F)를 포함하되, 두 가지 모두는 아스펜 에어로젤(Aspen Aerogels®)의 제품이다.
적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 임의의 적합한 두께를 가질 수 있다. 일반적으로, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 박층이다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층의 두께는 적어도 약 0.25 mm 내지 적어도 약 0.5 mm일 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층의 두께는 약 10 mm 미만, 또는 약 5 mm 미만일 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 약 0.25 mm 내지 약 10 mm의 두께, 또는 약 0.5 mm 내지 약 5 mm의 두께를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품은 에어로졸 형성 기재를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '에어로졸 형성 기재(aerosol-forming substrate)'는 가열 시에 휘발성 화합물을 방출할 수 있으며, 에어로졸을 형성할 수 있는 기재를 설명하도록 사용된다. 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재로부터 발생하는 에어로졸은 눈에 보일 수도 있고 보이지 않을 수도 있으며, 증기(예를 들어, 기체 상태인 물질의 미립자로, 실온에서는 보통 액체 또는 고체임)뿐만 아니라 기체 및 응축된 증기의 액적을 포함할 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 고체일 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 실온에서 액체일 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제 및 가열에 반응하여 휘발성 화합물들을 방출할 수 있는 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 에어로졸 형성제는 사용 시, 조밀하고 안정적인 에어로졸의 형성을 용이하게 하고 에어로졸 발생 물품의 작동 온도에서 열적 변질에 실질적으로 내성이 있는 임의의 적합한 공지된 화합물 또는 화합물의 혼합물일 수 있다. 적합한 에어로졸 형성제는 당 업계에 널리 공지되어 있으며, 예를 들어, 다가 알코올; 글리세롤 모노-, 디- 또는 트리아세테이트 등의 다가 알코올의 에스테르; 및 디메틸 도데칸디오에이트(dodecanedioate) 및 디메틸 테트라데칸디오에이트(tetradecanedioate)와 같은 모노-, 디- 또는 폴리카르복실산의 지방족 에스테르를 포함한다. 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품에서 사용하기 위한 예시적인 에어로졸 형성제는: 다가 알코올, 또는 트리에틸렌 글리콜과 같은 이의 혼합물; 1,3-부탄디올; 및 글리세린이다.
가열에 반응해 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 재료는 식물계 재료의 충전물(charge), 예를 들어 균질화 식물계 재료의 충전물일 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 형성 기재는 담배; 차(예를 들어 녹차); 페퍼민트; 라우렐(laurel); 유칼립투스; 바실; 세이지; 버베나; 및 타라곤을 포함하되 이에 한정되지 않는, 하나 이상의 식물 유래 재료를 포함할 수 있다. 식물계 재료는 습윤제, 향미제, 결합제 및 이들의 혼합물을 포함하되 이에 한정되지 않는 첨가제를 포함할 수 있다. 식물계 재료는 필수적으로는 담배 재료로, 선택적으로는 균질화 담배 재료로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품은 니코틴이 포함된 에어로졸 형성 기재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품은 담배가 포함된 에어로졸 형성 기재를 포함할 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 필터 플러그 랩에 의해 외접될 수 있다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품은, 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 배치되고 하나 이상의 공기 흐름 경로로부터 분리된 가연성 열원을 포함한다.
가연성 열원은 가연성 재료로 이루어진 바디를 포함할 수 있다. 가연성 재료의 바디는 실질적으로 일정한 직경을 가질 수 있다. 가연성 재료의 바디는 그의 길이를 따라가며 일정한 직경을 가질 수 있다. 이는 유리하게는, 가연성 열원과 에어로졸 발생 물품의 제조에 연관된 공정을 단순화시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 가연성 재료의 바디는 그의 길이를 따라가며 실질적으로 일정한 직경을 갖는 실질적으로 원통형 바디를 형성할 수 있다.
가연성 열원은 탄소질 열원일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '탄소질'은 탄소를 포함하는 가연성 열원을 설명하도록 사용된다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품에서 사용하기 위한 가연성 탄소질 열원은 30 가연성 열원의 건조 중량을 기준으로 적어도 약 35%, 보다 바람직하게는 적어도 약 40%, 가장 바람직하게는 약 45%의 탄소 함량을 갖는다.
본 발명에 따른 가연성 열원은 가연성 탄소계 열원일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '탄소계 열원'은 주로 탄소로 이루어진 열원을 설명하도록 사용된다.
본 발명에 따른 흡연 물품에서 사용하기 위한 가연성 탄소계 열원은 가연성 탄소계 열원의 건조 중량을 기준으로 적어도 약 50%, 바람직하게는 적어도 약 60%, 보다 바람직하게는 적어도 약 70%, 가장 바람직하게는 적어도 약 80%의 탄소 함량을 가질 수 있다.
본 발명의 가연성 열원은 에어로졸 발생 물품을 통과하는 하나 이상의 공기 흐름 경로와 분리된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '공기 흐름 경로'는 사용자가 흡입할 수 있도록 에어로졸 발생 물품을 통과하여 공기가 흡인될 수 있는 루트를 설명하도록 사용된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '상류단' 및 '하ㄹ류'은 사용자가 에어로졸 발생 물품 상에서 흡인할 때 하나 이상의 공기 흐름 경로를 통해 공기가 흐르는 방향과 관련하여 에어로졸 발생 물품의 구성 요소의 상대적인 방향 및 위치를 설명하도록 사용된다.
가연성 열원을 에어로졸 발생 물품의 하나 이상의 공기 흐름 경로로부터 분리시키면, 사용자가 퍼핑하는 동안 가연성 열원의 연소가 시작되는 것을 실질적으로 방지하거나 억제할 수 있다. 이는 사용자가 에어로졸 발생 물품 상에서 퍼핑하는 동안 에어로졸 형성 기재의 온도 급등을 실질적으로 방지하거나 억제할 수 있다. 이는, 퍼핑이 집중적으로 일어나는 상황에서 에어로졸 형성 기재의 연소나 열분해를 실질적으로 방지하거나 억제할 수 있다. 이는, 에어로졸 발생 물품에 의해 발생된 에어로졸의 성분이 사용자의 퍼핑 습관으로 인해 변하는 것을 실질적으로 방지하거나 억제할 수 있다.
가연성 열원을 하나 이상의 공기 흐름 경로로부터 분리시키면, 가연성 열원의 발화 및 연소 중에 형성된 연소 및 분해 생성물 및 다른 재료가 하나 이상의 공기 흐름 경로를 따라 에어로졸 발생 물품을 통과하여 흡인된 공기에 들어가는 것도 실질적으로 방지하거나 억제할 수 있다.
본 발명의 분리된 가연성 열원은 블라인드 열원을 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 '블라인드(blind)'는 사용자가 흡입하기 위해 에어로졸 발생 물품을 통과하여 흡인된 공기가 가연성 열원을 따라 공기 흐름 채널을 통과하지 않는 가연성 열원을 설명하도록 사용된다. 이와 같이, 블라인드 가연성 열원과 에어로졸 형성 기재 사이의 열 전도는 대부분 전도성 열 전달에 의해 발생한다.
가연성 열원을 통과하는 공기 흐름 채널을 제공하지 않으면, 가연성 열원과 에어로졸 형성 기재 사이의 대류성 열 전달이 감소되거나 최소화된다. 가연성 열원과 에어로졸 형성 기재 사이의 대류성 열 전달을 감소시키면, 사용자에 의해 퍼핑이 이루어지는 동안 에어로졸 형성 기재의 급격한 온도 변화가 실질적으로 방지되거나 억제될 수 있다. 이는, 퍼핑이 집중적으로 일어나는 상황에서 에어로졸 형성 기재의 연소나 열분해를 실질적으로 방지하거나 억제할 수 있다. 이는, 에어로졸 발생 물품에 의해 발생된 에어로졸의 성분이 사용자의 퍼핑 습관으로 인해 변하는 것을 실질적으로 방지하거나 억제할 수 있다. 이는, 가연성 열원의 발화 및 연소 중에 형성된 연소 및 분해 생성물 및 다른 재료가 에어로졸 발생 물품을 통과하여 하나 이상의 공기 흐름 경로를 따라 흡인된 공기에 들어가는 것도 실질적으로 방지하거나 억제할 수 있다.
본 발명의 분리된 가연성 열원은 비블라인드 열원을 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 '비블라인드(non-blind)'는 사용자가 흡입하기 위해 에어로졸 발생 물품을 통과하여 흡인된 공기가 열원을 따라, 하나 이상의 공기 흐름 채널을 통과하는 열원을 설명하도록 사용된다. 이와 같이, 비블라인드 가연성 열원과 에어로졸 형성 기재 사이의 열 전달은 대류성 열 전달 및 하나 이상의 공기 흐름 채널을 따라서 이루어지는 대류성 열 전달 모두에 의해 발생할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '공기 흐름 채널'은 사용자가 흡입하기 위해 공기가 하류단으로 흡인될 수 있는 가연성 열원의 길이를 따라 연장되는 채널을 설명하도록 사용된다. 이와 같이, 본 발명의 에어로졸 발생 물품은 하나 이상의 공기 흐름 채널을 포함하지 않을 수 있다.
가연성 열원과 에어로졸 형성 기재 사이에 배치된 하나 이상의 불연성 실질적 공기 불투과성 베리어는 가연성 열원의 근위 단부 및 에어로졸 형성 기재의 원위 단부 중 하나 또는 둘 모두와 접경하는 제1 베리어를 포함할 수 있다. 제1 베리어는 에어로졸 발생 물품의 하나 이상의 공기 흐름 경로로부터 가연성 열원을 분리시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 제1 베리어는 가연성 열원의 발화 또는 연소 도중에 에어로졸 형성 기재가 노출되는 최대 온도를 감소시킬 수 있고, 에어로졸 발생 물품을 사용하는 동안 에어로졸 형성 기재의 열적 변질이나 연소를 실질적으로 방지하거나 억제할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '불연성(non-combustible)'은 연소 또는 발화 도중에 가연성 열원에 의해 도달된 온도에서 실질적으로 불연성인 재료를 설명하도록 사용된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '공기 불투과성(air impermeable)'은 공기가 통과하는 것을 실질적으로 방지하거나 억제하는 재료를 설명하도록 사용된다.
제1 베리어는 가연성 열원의 근위 단부 및 에어로졸 형성 기재의 원위 단부 중 하나 또는 둘 모두에 부착되거나 달리 고정될 수 있다.
제1 베리어는 가연성 열원의 근위 면 상에 제공된 제1 베리어 코팅을 포함할 수 있다. 이러한 구현예들에서, 제1 베리어는 가연성 열원의 적어도 실질적으로 전체 근위 면 상에 제공된 제1 베리어 코팅을 포함할 수 있다. 제1 베리어는 가연성 열원의 전체 근위 면 상에 제공된 제1 베리어 코팅을 포함할 수 있다. 제1 베리어 코팅은, WO-A1-2013120855에 기술된 방법과 같은 임의의 적합한 방법에 의해 가연성 열원의 근위 면에 형성되거나 도포될 수 있다.
에어로졸 발생 물품의 원하는 특성 및 성능에 따라, 제1 베리어는 낮은 열 전도성 또는 높은 열 전도성을 가질 수 있다. 특정 구현예에서, 제1 배리어는 약 0.1 W/m.K 내지 약 200 W/m.K의 열 전도성을 가질 수 있다.
제1 베리어의 두께는 양호한 에어로졸 발생 성능을 달성하도록 적합하게 조정될 수 있다. 특정 실시예에서, 제1 베리어는 약 10 μm 내지 약 500 μm의 두께를 가질 수 있다.
제1 베리어는 발화 및 연소 도중에 가연성 열원에 의해 달성된 온도에서 실질적으로 열적으로 안정적이고 불연성인 하나 이상의 적합한 재료로 형성될 수 있다. 적합한 재료는 당업계에 공지되어 있고, 점토(예를 들어, 벤토나이트 및 카올리나이트 등), 유리, 미네랄, 세라믹 재료, 수지, 금속 및 이들의 조합을 포함하되 이에 한정되지 않는다.
제1 베리어가 형성될 수 있는 재료는 점토 및 유리를 포함한다. 제1 베리어가 형성될 수 있는 재료는 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 합금, 알루미나(Al2O3), 수지, 및 미네랄 접착제를 포함한다.
제1 베리어가 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸과 같은 금속이나 합금을 포함하는 경우, 제1 베리어 코팅은 가연성 열원과 에어로졸 형성 기재 사이에서 열적 연결(thermal link)로서 유리하게 작용할 수 있다. 이는 가연성 열원으로부터 에어로졸 형성 기재로의 전도성 열 전달을 향상시킬 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 가연성 열원의 근위 단부의 하단에 하나 이상의 공기 유입구를 더 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 공기 유입구는 가연성 열원의 근위 단부 및 에어로졸 발생 물품의 근위 단부 사이에 있다. 하나 이상의 공기 유입구는, 공기가 가연성 열원을 통해 흡인되지 않고 하나 이상의 공기 유입구를 통해 에어로졸 발생 물품의 하나 이상의 공기 흐름 경로 내에 흡인될 수 있도록 배치될 수 있다. 이는 사용자가 퍼핑하는 동안에 에어로졸 형성 기재의 온도 급등을 실질적으로 방지하거나 억제할 수 있다.
하나 이상의 공기 유입구는 공기가 에어로졸 발생 물품 내에 흡인될 수 있는 임의의 적합한 공기 유입구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적합한 공기 유입구는 구멍, 슬릿(slits), 슬롯(slots) 또는 기타 애퍼쳐(apertures)를 포함한다. 공기 유입구의 수, 형상, 크기 및 배치는 양호한 에어로졸 발생 성능을 달성하도록 적합하게 조정될 수 있다.
하나 이상의 공기 유입구는 가연성 열원의 근위 단부와 에어로졸 발생 물품의 근위 단부 사이에서 임의의 위치에 배치될 수 있다. 하나 이상의 공기 유입구는 에어로졸 형성 기재에 배치될 수 있다. 하나 이상의 공기 유입구는 에어로졸 형성 기재의 원위 단부와 에어로졸 형성 기재의 근위 단부 사이에 배치될 수 있다. 하나 이상의 공기 유입구가 에어로졸 형성 기재에 배치되고 에어로졸 형성 기재가 필터 플러그 랩을 포함하는 경우, 필터 플러그 랩에는 에어로졸 형성 기재 내에 공기를 유입시키기 위한 하나 이상의 개구가 제공될 수 있다. 하나 이상의 개구는, 공기가 에어로졸 형성 기재 내에 흡인될 수 있는 슬릿, 슬롯 또는 기타 적합한 애퍼쳐일 수 있다. 개구의 수, 형상, 크기 및 배치는 양호한 에어로졸 발생 성능을 달성하도록 적합하게 조정될 수 있다.
가연성 열원은 하나 이상의 공기 흐름 채널을 포함할 수 있다. 즉, 가연성 열원은 비블라인드 열원일 수 있다. 하나 이상의 공기 흐름 채널은 가연성 열원의 길이를 따라 연장될 수 있다. 하나 이상의 공기 흐름 채널은 에어로졸 발생 물질의 하나 이상의 공기 흐름 경로의 일부를 형성할 수 있다.
가연성 열원이 에어로졸 발생 물품 내에 하나 이상의 공기 흐름 채널을 포함하는 경우, 가연성 열원과 에어로졸 형성 기재 사이에 배치된 하나 이상의 불연성 실질적 공기 불투과성 베리어는 가연성 열원과 가연성 열원의 하나 이상의 공기 흐름 채널 사이에서 제2 베리어를 더 포함할 수 있다.
제2 베리어는 에어로졸 발생 물품의 하나 이상의 공기 흐름 경로로부터 가연성 열원을 분리시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 제2 베리어는 가연성 열원의 발화 또는 연소 도중에 에어로졸 형성 기재가 노출되는 최대 온도를 감소시킬 수 있고, 그에 따라 에어로졸 발생 물품이 사용되는 동안 에어로졸 형성 기재의 열적 변질 또는 연소를 방지하거나 감소시키는 것을 도울 수 있다.
제2 베리어는 가연성 열원에 부착되거나 달리 고정될 수 있다.
제2 베리어는 하나 이상의 공기 흐름 채널의 내부 표면에 제공된 제2 베리어 코팅을 포함할 수 있다. 제2 베리어는 하나 이상의 공기 흐름 채널의 적어도 실질적으로 전체 내부 표면 전체에 제공된 제2 베리어 코팅을 포함할 수 있다. 제2 베리어는 하나 이상의 공기 흐름 채널의 적어도 실질적으로 전체 내부 표면에 제공된 제2 베리어 코팅을 포함할 수 있다.
제2 베리어 코팅은 라이너(liner)를 하나 이상의 공기 흐름 채널로 삽입함으로써 제공될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 공기 흐름 경로가 가연성 열원의 내부를 통과하여 연장되는 하나 이상의 공기 흐름 채널을 포함하는 경우, 불연성 실질적 공기 불투과성 중공관이 하나 이상의 공기 흐름 채널 각각의 내에 삽입될 수 있다.
제2 베리어는 유리하게는 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품의 가연성 열원의 발화 및 연소 도중에 형성된 연소 및 분해 생성물이 하나 이상의 공기 흐름 채널을 통해 하류단에서 흡인된 공기에 들어가는 것을 실질적으로 방지하거나 억제할 수 있다.
에어로졸 발생 물품의 원하는 특성 및 성능에 따라서, 제2 베리어는 낮은 열 전도성을 갖거나 높은 열 전도성을 가질 수 있다. 제2 베리어는 낮은 열 전도성을 가질 수 있다.
제2 베리어의 두께는 양호한 에어로졸 발생 성능을 달성하도록 적합하게 조정될 수 있다. 특정 구현예에서, 제2 베리어는 약 30 μ 내지 약 200 μ의 두께를 가질 수 있다. 일 구현예에서, 제2 베리어는 약 30 μ 내지 약 100 μ의 두께를 갖는다.
제2 베리어는 발화 및 연소 동안에 가연성 열원에 의해 달성된 온도에서 실질적으로 열적으로 안정적이고 불연성인 하나 이상의 적합한 재료로 형성될 수 있다. 적합한 재료는 당 업계에 공지되어 있으며, 예를 들어 점토; 산화철, 알루미나, 티타니아, 실리카, 실리카-알루미나, 지르코니아 및 세리아와 같은 금속 산화물; 제올라이트; 인산 지르코늄; 및 다른 세라믹 물질 또는 이들의 조합을 포함하되 이에 한정되지 않는다.
제2 베리어가 형성될 수 있는 바람직한 재료는 점토, 유리, 알루미늄, 산화철 및 이들의 조합을 포함한다. 필요한 경우, 일산화탄소가 이산화탄소로 산화되는 것을 촉진하는 성분과 같은 촉매 성분이 제2 베리어에 통합될 수 있다. 적합한 촉매 성분은 예를 들어 플래티늄, 팔라듐, 전이금속 및 이들의 산화물을 포함하되 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품이 가연성 열원의 하류부와 에어로졸 형성 기재의 상류부 사이에서 제1 베리어를 포함하고 가연성 열원과 가연성 열원을 따르는 하나 이상의 공기 흐름 채널 사이에서 제2 베리어를 포함하는 경우, 제2 베리어는 제1 베리어와 동일하거나 상이한 재료/재료들로 형성될 수 있다.
제2 베리어가 하나 이상의 공기 흐름 채널의 내부 표면에 제공된 제2 베리어 코팅을 포함하는 경우, 제2 베리어 코팅은 US-A-5,040,551 및 WO-A1-2013120855에 기술된 방법들과 같은 임의의 적합한 방법에 의해 하나 이상의 공기 흐름 채널의 내부 표면에 도포될 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 가연성 열원의 적어도 근위부 및 에어로졸 형성 기재의 원위부를 감싸는 하나 이상의 추가 층을 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 추가 층은: 가연성 열원으로부터 에어로졸 형성 기재에 열을 전달하기 위한 열 전도 요소; 및 궐련지 층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
열 전도 요소는 에어로졸 형성 기재의 원위부만을 감쌀 수 있다. 열 전도 요소는 에어로졸 형성 기재의 길이를 실질적으로 감쌀 수 있다. 열 전도 요소는 가연성 열원 및 에어로졸 형성 기재 중 적어도 하나와 직접 접촉될 수 있다. 열 전도 요소는 가연성 열원 및 에어로졸 형성 기재 중 어느 하나와는 직접 접촉되지 않을 수 있다.
열 전도 요소는 가연성 열원과 에어로졸 형성 기재 사이에 열적 연결을 제공할 수 있다. 열 전도 요소는 실질적으로 내연성일 수 있다.
적합한 열 전도 요소는 금속 포일 래퍼(metal foil wrappers) 또는 금속 합금 포일 래퍼(metal alloy foil wrappers)를 포함할 수 있다. 금속 포일 래퍼는 알루미늄 포일 래퍼, 강철 포일 래퍼, 철 포일 래퍼, 및 구리 포일 래퍼를 포함할 수 있다. 열 전도 요소는 알루미늄 관을 포함할 수 있다.
열 전도 요소가 외접하는 가연성 열원의 근위부의 길이는 약 2 mm 내지 약 8 mm이거나 약 3 mm 내지 약 5 mm일 수 있다.
열 전도 요소가 외접하지 않는 가연성 열원의 원위부의 길이는 약 4 mm 내지 약 15 mm이거나 약 4 mm 내지 약 8 mm일 수 있다.
궐련지의 층은 가연성 열원의 적어도 근위부, 에어로졸 형성 기재의 길이, 및 에어로졸 형성 기재의 근위에 배치된 에어로졸 발생 물품의 임의의 다른 구성 요소를 감쌀 수 있다. 궐련지의 층은 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감쌀 수 있다. 궐련지의 층이 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 경우, 가연성 열원이 있는 위치에서 궐련지의 층에 천공, 구멍 또는 슬릿과 같은 통기부가 제공되어 공기가 궐련지의 층을 통과하여 가연성 열원까지 유입되도록 할 수 있다. 개구의 수, 형상, 크기 및 위치는 양호한 에어로졸 발생 성능을 달성하도록 적합하게 조정될 수 있다. 궐련지의 층은, 에어로졸 발생 물품이 조립될 때 궐련지의 층의 가연성 열원과 에어로졸 형성 기재를 파지하여 고정시키도록 가연성 열원과 에어로졸 형성 기재의 둘레에 꼼꼼하게 래핑될 수 있다.
적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 방사상 외층일 수 있다. 에어로졸 발생 물품이 하나 이상의 추가 층을 포함하는 경우, 섬유 강화 에어로젤의 방사상 외층은 하나 이상의 추가 층의 적어도 일부의 위에 놓일 수 있다. 즉, 하나 이상의 추가 층은 가연성 열원과 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 발생 물품이 열 전도 요소가 포함된 추가 층을 포함하는 경우, 열 전도 요소는 방사상 내층일 수 있고, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 열 전도 요소의 적어도 일부를 감싸는 방사상 외층일 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '방사상 외측(radially outer)' 및 '방사상 내측(radially inner)'은 에어로졸 발생 물품의 길이 방향 축으로부터 에어로졸 발생 물품의 구성 요소의 상대 거리를 나타내도록 사용된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '방사상(radial)'은 에어로졸 발생 물품의 근위 단부와 원위 단부 사이의 방향으로 연장되는 에어로졸 발생 물품의 길이 방향 축에 수직한 방향을 설명하도록 사용된다.
하나 이상의 추가 층은 방사상 외층일 수 있다. 하나 이상의 추가 층은 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층의 적어도 일부의 위에 놓일 수 있다.
적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 에어로졸 발생 물품의 하나 이상의 다른 구성 요소 또는 부분에 고정되거나 부착될 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 에어로졸 발생 물품의 임의의 적합한 구성 요소에 고정될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원, 에어로졸 형성 기재, 및 하나 이상의 추가 층 중 적어도 하나에 고정될 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 임의의 적합한 수단에 의해 에어로졸 발생 물품의 하나 이상의 구성 요소에 고정될 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 접착제를 사용하여 고정될 수 있다. 적합한 접착제는 실리케이트 글루와 같이 고온에 대한 내성을 나타낼 수 있다. 하나 이상의 추가 층이 방사상 외층인 경우, 하나 이상의 추가 층은 적어도 하나의 에어로젤의 층의 적어도 일부의 둘레에 꼼꼼하게 래핑될 수 있다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 가연성 열원과 일체형일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 '일체형(integral)'은 외재성 접착제 또는 다른 중간 연결 재료의 도움 없이 가연성 열원과 직접 접촉되고 가연성 열원에 부착되는 층을 설명하도록 사용된다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 대향부를 갖는 섬유 강화 에어로젤의 스트립으로부터 형성될 수 있다. 섬유 강화 에어로젤의 스트립은 스트립의 대향 단부가 서로 중첩되도록 가연성 열원의 둘레에 래핑될 수 있다. 스트립의 중첩된 대향 단부는 접착제나 임의의 다른 적합한 수단을 사용해 서로 고정될 수 있다. 이를 통해 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층이 가연성 열원 상에 고정될 수 있다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층과 가연성 열원, 에어로졸 형성 기재, 및 하나 이상의 추가 층 중 적어도 하나의 사이에 중간 층이 제공될 수 있다. 중간 층은 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층에 인접할 수 있다. 중간 층은 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층과 접촉될 수 있다. 중간 층은 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층의 방사상 내측에 배치될 수 있다.
중간 층은 접착제 층일 수 있다. 접착제 층은 임의의 적합한 접착제를 포함할 수 있다. 적합한 접착제는 실리케이트 글루와 같이 고온에 대한 내성을 나타낼 수 있다. 접착제 층은 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층과 가연성 열원 사이에 배치될 수 있고, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층을 가연성 열원에 부착시킬 수 있다. 접착제 층은 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층과 하나 이상의 추가 층 사이에 배치될 수 있고, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층을 하나 이상의 추가 층에 부착시킬 수 있다. 접착제 층은 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층과 에어로졸 형성 기재 사이에 배치될 수 있고, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층을 에어로졸 형성 기재에 부착시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 대향부를 갖는 섬유 강화 에어로젤의 스트립으로부터 형성될 수 있다. 섬유 강화 에어로젤의 스트립은 스트립의 대향 단부가 접경하되 서로 중첩되지 않도록 가연성 열원의 둘레에 래핑될 수 있다. 접착제 층은 스트립의 적어도 대향 단부에서, 가연성 열원과 마주보는 스트립의 일측에 제공될 수 있다. 접착제 층은 스트립의 적어도 대향 단부에서, 섬유 강화 에어로젤의 스트립을 가연성 열원에 고정시킬 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 가연성 열원과 에어로졸 형성 기재 사이에 배치된 열 전도 부재를 포함할 수 있다. 열 전도 부재는 전술한 제1 베리어일 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 열 전도 부재 및 제1 베리어를 포함할 수 있다. 열 전도 부재는 열 전도 요소와 유사한 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 열 전도 부재 및 열 전도 요소를 포함할 수 있다. 열 전도 요소 및 열 전도 부재 중 적어도 하나를 제공하면, 가연성 열원과 에어로졸 형성 기재 사이의 전도성 열 전달을 용이하게 할 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 임의의 다른 적합한 구성 요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 발생 물품은 전도 요소; 에어로졸 냉각 요소; 스페이서 요소; 및 마우스피스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하나 이상의 추가 구성 요소는 가연성 열원 및 에어로졸 형성 기재와 동축으로 배치될 수 있다. 하나 이상의 추가 구성 요소는 에어로졸 형성 기재에 인접하게 배치될 수 있다. 하나 이상의 추가 구성 요소는 임의의 적합한 순서로 배치될 수 있다. 에어로졸 발생 물품은: 에어로졸 형성 기재의 근위 단부에 인접한 전달 요소; 전달 요소의 근위 단부에 인접한 에어로졸 냉각 요소; 에어로졸 냉각 요소의 근위 단부에 인접한 스페이서 요소; 및 스페이서의 근위 단부에 인접한 마우스피스를 더 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '근위(proximal)' 및 '원위(distal)'는 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품의 구성 요소 또는 구성 요소의 부분의 상대 위치를 설명하도록 사용된다. 에어로졸 발생 물품의 구성 요소의 근위 단부는 에어로졸 발생 물품의 마우스 단부와 가장 가까이 있는 구성 요소의 단부이고, 에어로졸 발생 물품의 구성 요소의 원위 단부는 에어로졸 발생 물품의 마우스 단부로부터 가장 멀리 있는 구성 요소의 단부이다. 일반적으로, 가연성 열원은 에어로졸 발생 물품의 원위 단부에 배치된다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 본 발명의 제1 양태에 따른 에어로졸 발생 물품을 형성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은: 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 가연성 열원을 배치하는 단계; 사용자가 흡입하기 위해 에어로졸 발생 물품을 통해 공기가 흡인될 수 있는 하나 이상의 공기 흐름 경로를 제공하는 단계; 사용 중에, 하나 이상의 공기 흐름 경로를 따라 에어로졸 발생 물품을 통과하여 흡인된 공기가 가연성 열원과 직접 접촉하지 않도록, 하나 이상의 공기 흐름 경로로부터 가연성 열원을 분리시키는 단계; 및 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층으로 가연성 열원 길이의 적어도 일부를 감싸는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층으로 가연성 열원 길이의 적어도 일부를 감싸는 단계는: 대향 단부를 갖는 섬유 강화 에어로젤의 스트립을 제공하는 단계; 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층이 가연성 열원을 감싸도록 가연성 열원의 둘레에 스트립을 래핑하는 단계; 스트립의 대향 단부를 중첩시키는 단계; 및 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층을 가연성 열원에 고정시키기 위해 중첩 단부를 서로 고정시키는 단계를 포함한다.
섬유 강화 에어로젤의 스트립의 중첩 단부는 임의의 적합한 수단을 사용해 서로 고정될 수 있다. 예를 들어, 섬유 강화 에어로젤의 스트립의 중첩 단부는 접착제를 사용해 서로 고정될 수 있다. 적합한 접착제는 고온에 대한 내성을 가져야 하고 실리카 글루를 포함해야 한다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층으로 가연성 열원 길이의 적어도 일부를 감싸는 단계는: 대향 단부를 갖는 섬유 강화 에어로젤의 스트립을 제공하는 단계; 대향 단부의 적어도 각각에서 스트립의 일 측에 접착제 층을 적용하는 단계; 접착제 층이 적용된 스트립을 가연성 열원과 마주보도록 배치하는 단계; 가연성 열원 길이의 적어도 일부가 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층에 의해 외접되도록 가연성 열원의 둘레에 스트립을 래핑하는 단계; 스트립의 대향 단부를 중첩시키지 않고 스트립의 대향 단부를 접경시키는 단계; 및 접착제 층으로 스트립을 가연성 열원에 고정시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 궐련지 층과 같은 추가 층과 적층될 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층이 가연성 열원에 적용되기 전에 추가 층과 적층될 수 있다. 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층 및 추가 층을 포함하는 공적층된 종이의 스트립은 섬유 강화 에어로젤의 스트립과 동일한 방식으로 가연성 열원의 둘레에 래핑될 수 있다. 일부 구현예에서, 공적층된 종이는 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층이 가연성 열원과 마주보도록 배치될 수 있다. 즉, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 추가 층의 방사상 내측에 배치될 수 있다. 일부 구현예에서, 공적층된 종이는 추가 층이 가연성 열원과 마주보도록 배치될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 더 설명될 것이며, 도면 중:
도 1은 블라인드 가연성 열원을 포함하는 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품의 제1 구현예의 개략도를 도시하고;
도 2는 제1 위치에서 도 1의 에어로졸 발생 물품의 온도 프로파일을 도시하고;
도 3은 제2 위치에서 도 1의 에어로졸 발생 물품의 온도 프로파일을 도시하고;
도 4는 제3 위치에서 도 1의 에어로졸 발생 물품의 온도 프로파일을 도시하며;
도 5는 비블라인드 가연성 열원을 포함하는 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품의 제2 구현예의 개략도를 도시한다.
도 1은 에어로졸 발생 물품(2)의 개략도를 도시한다. 에어로졸 발생 물품(2)은 가연성 열원(3)을 포함한다. 가연성 열원(3)은, 약 10 mm의 길이를 갖고 탄소질 재료로 이루어진 실질적으로 원통형인 몸체를 포함한다. 가연성 열원(3)은 블라인드 열원이다. 즉, 가연성 열원(3)은 가연성 열원을 통과하여 연장되는 임의의 공기 채널을 포함하지 않는다.
에어로졸 발생 물품(2)은 에어로졸 형성 기재(4)를 더 포함한다. 에어로졸 형성 기재(4)는 가연성 열원(3)의 근위 단부에 배치된다. 에어로졸 형성 기재(4)는, 필터 플러그 랩(19)에 의해 외접된, 담배 재료(18)로 이루어진 실질적으로 원통형인 플러그를 포함한다.
불연성 실질적 공기 불투과성 베리어(6)는 가연성 열원(3)의 근위 단부와 에어로졸 형성 기재(4)의 원위 단부 사이에 배치된다. 제1 베리어(6)는 알루미늄 포일의 디스크를 포함한다. 제1 베리어(6)는 또한 가연성 열원(3)과 에어로졸 형성 기재(4) 사이에서 가연성 열원(3)의 근위면으로부터 에어로졸 형성 기재(4)의 원위면에 열을 전도하기 위한 열 전도 부재를 형성한다.
열 전도 요소(9)는 가연성 열원(3)의 근위부 및 에어로졸 형성 기재(4)의 원위부를 감싼다. 열 전도 요소(9)는 알루미늄 관을 포함한다. 열 전도 요소(9)는 가연성 열원(3)의 근위부 및 에어로졸 형성 기재(4)의 필터 플러그 랩(19)과 직접 접촉된다.
에어로졸 발생 물품(2)은 에어로졸 형성 기재(4)에 인접하게 배치된 다양한 다른 구성 요소를 포함하며, 이에는: 에어로졸 형성 기재(4)의 근위 단부에 배치된 전달 요소(11); 전달 요소(11)의 근위 단부에 배치된 에어로졸 냉각 요소(12); 에어로졸 냉각 요소(11)의 근위 단부에 배치된 스페이서 요소(13); 및 스페이서 요소(13)의 근위 단부에 배치된 마우스피스(10)가 포함된다.
에어로졸 발생 물품(2)의 구성 요소는 궐련지의 층(7)에 래핑된다. 궐련지의 층(7)은 열 전도 요소(9)를 감싸되, 열 전도 요소(9)의 원위 단부를 지나 가연성 열원(3)의 원위부 위로 연장되지는 않는다.
본 발명에 따르면, 에어로졸 발생 물품(2)은 섬유 강화 에어로젤의 층(5)을 더 포함한다. 섬유 강화 에어로젤의 층(5)은 가연성 열원(3)의 길이, 및 궐련지의 층(7), 열 전도 요소(9) 및 에어로졸 형성 기재(4)의 원위부를 실질적으로 감싼다. 즉, 섬유 강화 에어로젤의 층(5)은 에어로졸 발생 물품(2)의 원위 단부에 있는 방사상 외층이다.
섬유 강화 에어로젤의 층(5)은 실리카 에어로젤, 및 연속 필라멘트 유리 섬유를 포함하는 섬유상 재료를 포함한다. 섬유 강화 에어로젤은 약 35 중량%의 합성 비결정질 실리카, 약 15 중량%의 메틸실릴화 실리카, 및 약 45 중량%의 연속 필라멘트 유리 섬유를 포함한다.
에어로졸 형성 물품(2) 내에 외부 공기를 흡인시키기 위한 복수의 공기 유입구(8)가 에어로졸 형성 기재(4)에 배치된다. 공기 유입구(8)는 궐련지의 층(7), 및 에어로졸 형성 기재(4)를 감싸는 플러그 랩(19)의 하부 층을 통과하는 복수의 천공(perforations)을 포함한다. 공기 유입구(8)는 에어로졸 형성 기재(4)의 원위면과 근위면 사이에 배치된다.
사용자가 에어로졸 발생 물품(2)의 마우스피스(10) 상에서 흡인하면, 공기 유입구(8)를 통해 외부 공기가 에어로졸 발생 물품(2) 내에 흡인될 수 있다. 에어로졸 발생 물품(2) 내에 흡인된 공기는 공기 유입구(8)로부터 에어로졸 발생 물품(2)의 공기 흐름 경로를 따라 에어로졸 형성 기재(4), 전달 요소(11), 냉각 요소(12) 및 스페이서 요소(13)를 통과하여 마우스피스(10)까지 흐르고, 사용자가 흡입할 수 있도록 마우스피스(10)를 빠져 나가 사용자에게 흘러갈 수 있다. 에어로졸 발생 물품(2)을 통과하는 공기 흐름의 일반적인 방향은 화살표로 표시된다.
사용 중에, 사용자는 라이터와 같은 외부 열원에 가연성 열원(3)을 노출시킴으로써 가연성 열원(3)을 점화시킬 수 있다. 가연성 열원(3)은 점화되어 연소될 수 있고, 열은 열 전도 요소(6)와 열 전도 요소(9)를 통한 전도를 통해 가연성 열원(3)으로부터 에어로졸 형성 기재(4)에 전달될 수 있다. 가열된 에어로졸 형성 기재(4)의 휘발성 화합물이 기화될 수 있다. 사용자는 에어로졸 발생 물품(2)의 마우스피스(10) 상에서 흡인하여, 외부 공기를 공기 유입구(8)를 통해 에어로졸 발생 물품(2)의 공기 흐름 경로 내에 흡인할 수 있다. 가열된 에어로졸 형성 기재(4)로부터의 증기는 에어로졸 형성 기재(4)를 통과하여 흡인된 공기에 비말동반될 수 있고, 공기와 함께 마우스피스(10)를 향해 흡인될 수 있다. 증기가 마우스피스(10)를 향해 흡인됨에 따라, 증기가 냉각되어 에어로졸을 형성할 수 있다. 에어로졸은 마우스피스(10) 밖으로 흡인될 수 있고, 흡입을 위해 사용자에게 전달될 수 있다.
실질적으로 공기 불투과성인 제1 베리어(6)는 공기가 가연성 열원(3)을 통과하여 에어로졸 형성 기재(4) 내에 흡인되는 것을 억제한다는 것을 이해할 것이다. 이와 같이, 제1 베리어(6)는 가연성 열원(3)으로부터 에어로졸 발생 물품(2)의 공기 흐름 경로를 실질적으로 분리시킨다.
본 구현예에서, 섬유 강화 에어로젤의 층(5)은 에어로졸 형성 기재(4)의 원위 단부 위로 소폭 연장된다. 이와 같이, 섬유 강화 에어로젤의 층(5)은 공기 유입구(8)로부터 이격된다. 이러한 간격은 공기 유입구(8)로부터 섬유 강화 에어로젤의 층(5)을 실질적으로 분리시킴으로써, 에어로졸 발생 물품(2)의 공기 흐름 경로를 통해 흡인된 공기가 섬유 강화 에어로젤의 층(5)과 접촉하지 않게 된다.
일부 구현예에서는, 섬유 강화 에어로젤의 층아 공기 유입구와 밀접한 근위에 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이들 구현예에서, 상기 공기 유입구와 밀접한 근위에 있는 상기 섬유 강화 에어로젤의 일부는 섬유나 입자에 대해 실질적으로 불투과성인 재료로 코팅될 수 있다. 이를 통해, 공기 유입구와 밀접한 근위에 있는 섬유 강화 에어로젤의 층의 일부를 실질적으로 분리시킴으로써, 에어로졸 발생 물품의 공기 흐름 경로를 통해 흡인된 공기가 섬유 강화 에어로젤의 층과 접촉하지 않을 수 있다.
가연성 열원의 연소 기간에 걸쳐, 가연성 열원 및 도 1에 도시된 에어로졸 발생 물품(2)과 유사한 다양한 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재의 온도를 알아내기 위한 실험 데이터를 수집하였다. 실험한 에어로졸 발생 물품 각각은 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 상이한 재료의 층을 포함하였다. 특히, 상기 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 비강화 에어로젤(Blueshift International Materials, Inc.에 의해 생산된 에어로제로(AeroZero®))의 층, 상기 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 섬유 강화 에어로젤(Aspen Aerogels, Inc.에 의해 생산된 파이로젤 XT-F(Pyrogel® XT-F)의 층, 및 상기 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 재료 층이 없는 것을 포함하는 에어로졸 발생 물품에 대한 실험 데이터를 수집하였다. 도 2 내지 4는 다양한 에어로졸 발생 물품의 3가지 상이한 위치에서 시간의 경과에 따라 온도를 측정한 실험 측정치의 그래프를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 T1 위치에 해당하는, 가연성 열원의 원위 단부로부터 2 mm인 위치에서 측정된 온도를 도시한다. 즉, 도 2는 가연성 열원의 원위 단부에서의 온도를 도시한다.
도 3은 도 1에 도시된 T2 위치에 해당하는, 가연성 열원의 원위 단부로부터 5 mm인 위치에서 측정된 온도를 도시한다. 즉, 도 3은 가연성 열원의 길이를 따라 대략 절반 지점에서의 온도를 도시한다.
도 4는 도 1에서 T3 위치에 해당하는, 가연성 열원의 원위 단부로부터 11 mm인 위치에서 측정된 온도를 도시한다. 즉, 도 4는 에어로졸 형성 기재의 원위 단부에서의 온도를 도시한다.
온도 프로파일의 모두는 에어로졸 발생 물품의 관련 구성 요소 내에 대략 2 mm 깊이로 삽입된 전자 온도 프로브를 사용해 측정하였다.
도 2, 3 및 4에서, 20으로 표지된 "에어로제로(AeroZero)" 선은 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 비강화 에어로젤의 층을 갖는 에어로졸 발생 물품의 온도 프로파일을 도시한다.
도 2, 3 및 4에서, 21로 표지된 "파이로젤 XTF (Pyrogel XTF)" 선은 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는, 본 발명에 따르는 섬유 강화 에어로젤의 층을 갖는 에어로졸 발생 물품의 온도 프로파일을 도시한다.
도 2, 3 및 4에서, 22로 표지된 "SMAR" 선은 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 재료의 층이 없는 에어로졸 발생 물품의 온도 프로파일을 도시한다.
에어로졸 발생 물품의 길이를 실질적으로 감싸는 재료의 층을 갖는 에어로졸 발생 물품이, 22로 표지된, 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 재료의 층이 없는 에어로졸 발생 물품의 온도 프로파일과 실질적으로 유사하거나 이를 초과하는 온도 프로파일을 나타내는 것이 바람직하다. 이는 재료의 층이 가연성 열원의 연소를 실질적으로 억제하지 않는다는 것을 나타낸다.
도 2, 3 및 4에 도시된 바와 같이, 가연성 열원의 전체 연소 시간 동안 에어로졸 발생 물품의 3가지 위치 모두에서, 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 비강화 에어로젤의 층을 갖는 에어로졸 발생 물품의 온도(20)는 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 재료의 층이 없는 에어로졸 발생 물품의 온도(22)보다 낮다.
놀랍게도, 도 2, 3 및 4에 도시된 바와 같이, 가연성 열원의 대부분의 연소 시간 동안 에어로졸 발생 물품의 3가지 위치 모두에서, 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 섬유 강화 에어로젤의 층을 갖는 에어로졸 발생 물품의 온도(21)는 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 재료의 층이 없는 에어로졸 발생 물품의 온도(22)와 실질적으로 유사하다. 또한, 에어로졸 발생 경험이 종료될 때 에어로졸 발생 물품의 3가지 위치 모두에서, 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 섬유 강화 에어로젤의 층을 갖는 에어로졸 발생 물품의 온도(21)는 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 재료의 층이 없는 에어로졸 발생 물품의 온도(22)를 실제로 초과한다.
이러한 놀라운 결과는 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층을 제공하는 것이 유리하게는 가연성 열원의 연소를 실질적으로 방해하지 않는다는 것을 나타낸다. 실제로, 섬유 강화 에어로젤의 층을 제공하면 가연성 열원의 연소 시간이 끝나갈 수록 가연성 열원의 온도가 증가할 수 있는데, 이는 에어로졸 발생 물품이 에어로졸을 발생시키는 시간을 연장시켜 사용자를 위한 에어로졸 발생 경험을 연장시킬 수 있다.
열원이 점화된 후 에어로졸 발생 물품을 와트만지(Whatmann papers)에 놓고 이의 효과를 관찰함으로써 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품을 시험하였다. 예를 들어, 에어로졸 발생 물품을 약 23℃ * 3℃? 및 55% ± 5% 상대습도에서 24시간 동안 컨디셔닝하였다. 컨디셔닝된 에어로졸 발생 물품에 전기 라이터로 불을 붙이고 3분 동안 연소되도록 놓아 두었다. 3분 후, 에어로졸 발생 물품을 적층된 와트만지 위에 8분 동안 놓아 두었다. 8분 후, 와트만지를 검사하였다. 관찰 결과, 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 섬유 강화 에어로젤의 층을 갖는 에어로졸 발생 물품은 와트만지 중 어디에도 구멍을 만들지 않았으며, 가장 위에 놓인 종이에 작은 갈변 영역을 만들었다. 이러한 결과는, 가연성 열원의 길이를 실질적으로 감싸는 섬유 강화 에어로젤의 층을 갖는 경우, 열원의 근위에서 표면 온도가 낮아진다는 것을 나타낸다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품의 제2 구현예의 개략도가 도 5에 도시된다. 에어로졸 발생 물품(102)은 도 1에 도시된 에어로졸 발생 물품(2)과 실질적으로 유사하다. 에어로졸 발생 물품(102)은 가연성 열원(103), 에어로졸 형성 기재(104), 섬유 강화 에어로젤의 층(105), 및 도 1에 도시된 에어로졸 발생 물품(102)의 대응 구성 요소와 유사하게 배치된 궐련지의 층(107)을 포함한다. 그러나, 가연성 열원(103)은 비블라인드 열원이다. 비블라인드 열원(103)은, 원위 단부면과 근위 단부면 사이에서 연장되는 통로(116)를 갖는 탄소질 재료의 관형 몸체(115)를 포함한다. 통로(116)는 에어로졸 발생 물품(102)을 통과하는 공기 흐름 경로의 일부를 형성하고, 공기가 에어로졸 발생 물품(102)의 근위 단부로부터 가연성 열원(103)을 통과하여 에어로졸 형성 기재(104)까지 흡인될 수 있게 한다. 섬유 강화 에어로젤의 층(105)은, 공기 흐름 경로를 통과하여 흡인된 공기가 섬유 강화 에어로젤의 층(105)과 접촉되지 않도록 에어로졸 발생 물품(102)을 통과하는 공기 흐름 경로로부터 이격된다.
불연성 실질적 공기 불투과성 제1 베리어(106)는 도 1과 관련하여 전술한 제1 베리어(6)와 유사하게 가연성 열원(103)의 근위 단부와 에어로졸 형성 기재(104)의 원위 단부 사이에 배치된다. 그러나, 전술한 제1 베리어(6)와 달리 제1 베리어(106)는 공기가 통로(116)로부터 에어로졸 형성 기재(104)까지 통과할 수 있도록 통로(116)와 정렬된 애퍼쳐(120)을 포함한다.
불연성 실질적 공기 불투과성 제2 베리어(117)는 통로(116)의 내부 표면에 코팅된다. 제2 베리어(117)는 통로(116)를 통과하는 공기를 가연성 열원(103)과 분리시키고, 가연성 열원의 연소 생성물로부터 분리시킨다.
가연성 열원(103)이 비블라인드 열원이므로, 에어로졸 발생 물품(102)은 에어로졸 형성 기재(104) 부위에 배치되는 공기 유입구를 포함하지 않는다. 사용자가 에어로졸 발생 물품(102)의 마우스피스 상에서 흡인하면, 외부 공기는 통로(116)를 통과하고 열원(103)을 통과하여 에어로졸 발생 물품(102) 내에 흡인될 수 있다. 에어로졸 발생 물품(102) 내에 흡인된 공기는 에어로졸 발생 물품(102)의 공기 흐름 경로를 따라 통로(116)를 통과하고 에어로졸 형성 기재(104), 전달 요소, 냉각 요소 및 스페이서 요소를 통과하여 마우스피스까지 흐르고, 사용자가 흡입할 수 있도록 마우스피스를 빠져 나가 사용자에게 흘러갈 수 있다. 에어로졸 발생 물품(102)을 통과하는 공기 흐름의 일반적인 방향은 화살표로 표시된다.
일부 구현예에서, 가연성 열원을 통과하는 공기 통로 외에도 다른 공기 유입구가 에어로졸 발생 물품에 제공될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
전술한 특정 구현예들은 본 발명을 예시하고자 하는 것이다. 그러나, 청구범위에 정의된 본 발명의 범주를 벗어나지 않고도 다른 구현예들이 이루어질 수 있으며, 전술한 특정 구현예들은 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아님을 이해해야 한다.

Claims (15)

  1. 에어로졸 발생 물품으로서,
    에어로졸 형성 기재;
    가연성 열원;
    상기 가연성 열원 전장의 적어도 일부를 감싸는 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층;
    사용자가 흡입할 수 있도록 상기 에어로졸 발생 물품을 통과하여 흡인되는 공기가 따라갈 수 있는 하나 이상의 공기 흐름 경로; 및
    상기 가연성 열원과 상기 에어로졸 형성 기재 사이에 배치된 하나 이상의 불연성 실질적 공기 불투과성 베리어;를 포함하고,
    상기 섬유 강화 에어로젤은 섬유성 물질로 강화된 에어로젤 매트릭스를 포함하는 복합 재료로 되어 있고, 상기 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 래퍼이고, 상기 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 상기 가연성 열원의 상류단에서 상기 가연성 열원을 감싸도록 되어 있는, 에어로졸 발생 물품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은, 사용 중에, 상기 에어로졸 발생 물품을 통과하는 상기 하나 이상의 공기 흐름 경로를 따라 흡인되는 공기가 상기 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층과 직접 접촉하지 않도록 상기 하나 이상의 공기 흐름 경로로부터 분리되는, 에어로졸 발생 물품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가연성 열원, 상기 에어로졸 형성 기재, 및 상기 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 상기 가연성 열원이 연소되는 동안 상기 에어로졸 형성 기재의 온도가 375℃를 초과하지 않도록 배치되는, 에어로졸 발생 물품.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유 강화 에어로젤은 80 중량% 미만의 에어로젤을 포함하는, 에어로졸 발생 물품.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유 강화 에어로젤은 적어도 20 중량%의 섬유상 재료를 포함하는, 에어로졸 발생 물품.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유 강화 에어로젤은 20 중량% 내지 70 중량%의 섬유상 재료를 포함하는, 에어로졸 발생 물품.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유 강화 에어로젤은 세라믹 섬유상 재료 및 유리 섬유상 재료 중 적어도 하나를 포함하는, 에어로졸 발생 물품.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 0.5 mm 내지 5 mm의 두께를 갖는, 에어로졸 발생 물품.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 에어로졸 발생 물품의 상기 가연성 열원과 상기 에어로졸 형성 기재 사이에 배치된 상기 불연성 실질적 공기 불투과성 베리어는 상기 가연성 열원의 근위 단부 및 상기 에어로졸 형성 기재의 원위 단부 중 하나 또는 둘 모두와 접경하는 제1 베리어를 포함하는, 에어로졸 발생 물품.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 공기 흐름 경로는, 공기가 상기 에어로졸 발생 물품의 상기 하나 이상의 공기 흐름 경로 내에 상기 가연성 열원을 관통하지 않고 흡인될 수 있도록, 상기 가연성 열원의 근위 단부와 상기 에어로졸 발생 물품의 근위 단부 사이에서 하나 이상의 공기 유입구를 포함하는, 에어로졸 발생 물품.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 공기 흐름 경로는 상기 가연성 열원을 따라 하나 이상의 공기 흐름 채널을 포함하고, 상기 가연성 열원과 상기 하나 이상의 공기 흐름 채널 사이에 배치된 상기 불연성 실질적 공기 불투과성 베리어는 상기 가연성 열원과 상기 가연성 열원의 상기 하나 이상의 공기 흐름 채널 사이에서 제2 베리어를 더 포함하는, 에어로졸 발생 물품.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에어로졸 발생 물품은 상기 가연성 열원의 적어도 근위부 및 상기 에어로졸 형성 기재의 원위부를 감싸는 하나 이상의 추가 층을 포함하며, 상기 하나 이상의 추가층은:
    상기 가연성 열원으로부터 상기 에어로졸 형성 기재에 열을 전달하는 열전도 요소; 및
    궐련지의 층 중 적어도 하나를 포함하는, 에어로졸 발생 물품.
  13. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 상기 하나 이상의 추가층의 적어도 일부의 위에 놓이는 방사상 외층인, 에어로졸 발생 물품.
  14. 제1항 또는 제2항에 따른 에어로졸 발생 물품을 형성하는 방법으로서, 상기 방법은:
    에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 가연성 열원을 배치하는 단계;
    사용자가 흡입할 수 있도록 상기 에어로졸 발생 물품을 통과하여 흡인되는 공기가 따라갈 수 있는 하나 이상의 공기 흐름 경로를 제공하고,
    사용 중에, 상기 에어로졸 발생 물품을 통과하는 상기 하나 이상의 공기 흐름 경로를 따라 흡인되는 공기가 상기 가연성 열원과 직접 접촉하지 않도록 상기 가연성 열원을 상기 하나 이상의 공기 흐름 경로로부터 분리시키는 단계; 및
    적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층으로 상기 가연성 열원 전장의 적어도 일부를 감싸는 단계;를 포함하고, 상기 섬유 강화 에어로젤은 섬유성 물질로 강화된 에어로젤 매트릭스를 포함하는 복합 재료로 되어 있고, 상기 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 래퍼이고, 상기 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층은 상기 가연성 열원의 상류단에서 상기 가연성 열원을 감싸도록 되어 있는, 에어로졸 발생 물품을 형성하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층으로 상기 가연성 열원 전장의 적어도 일부를 감싸는 상기 단계는:
    대향 단부를 갖고, 섬유성 물질로 강화된 에어로젤 매트릭스를 포함하는 복합 재료로 되어 있는 섬유 강화 에어로젤의 스트립을 제공하는 단계;
    상기 가연성 열원이 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤의 층에 의해 외접하도록 상기 스트립을 상기 가연성 열원의 둘레에 래핑하는 단계;
    상기 스트립의 상기 대향 단부를 중첩시키는 단계; 및
    상기 중첩된 단부를 고정시켜 상기 적어도 하나의 섬유 강화 에어로젤을 상기 가연성 열원에 고정시키는 단계를 더 포함하는, 에어로졸 발생 물품을 형성하는 방법.
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