KR20150009960A - 담배 기질 - Google Patents

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필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
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Abstract

흡연 물품(10)은 150 ㎎/㎤ 이하의 담배 밀도 및 60% 이상의 경도를 갖는 담배를 포함하는 담배 기질을 포함한다. 담배 기질은 담배 에어로겔(20)을 포함할 수 있다.

Description

담배 기질{TOBACCO SUBSTRATE}
본 발명은 주로 담배 기질에서 담배 양과 무관할 수 있는 견고도 및 기류 특성을 갖는 담배 기질을 가진 흡연 물품에 관한 것이다.
흡연 물품은 일반적으로 담배 기질을 포함한다. 예를 들면, 종래 궐련은 담배 로드와 엔드-투-엔드 관계로 연결된 필터와 함께, 담배 기질로서 담배 로드를 갖는다. 다른 예에 있어서, 흡연 물품은 연소되는 것보다 가열되는 것으로 설정되어 있는 담배 기질을 포함한다. 또 다른 예에 있어서, 흡연 물품은 가열되는 것과 연소되는 것 모두 아닌 것으로 설정되어 있는 담배 기질을 포함한다. 몇몇 이러한 예에 있어서, 흡연 물품은 흡연 물품을 통하는 공기 통로, 화학 반응, 또는 공기 통로와 화학 반응의 결합을 사용해서 하나 이상의 담배 성분을 전달하도록 설정될 수 있다.
종래 가연성 흡연 물품에 대해서, 몇몇 소비자들은 저감된 입자상 물질의 전달(가끔, 저타르 전달이라 언급)을 가진 궐련을 선호한다. 예를 들면, 몇몇 이러한 궐련은 3 ㎎ 미만의 타르 전달, 1 ㎎ 미만의 타르 전달, 또는 0.1 ㎎ 미만의 타르 전달을 갖는다. 팽창 담배의 사용이 본 목적으로 알려진다. 그러나, 담배 밀도가 특정 레벨보다 낮은 경우, 담배 기질의 견고도 및 일체성이 허용 가능하지 않게 될 수 있다. 또한, 팽창 담배가 형성될 경우 몇몇 기대되는 담배의 풍미 성분이 증발된다.
특정 흡연 물품에 대해서, 공기가 담배 기질을 통해서 흐를 수 있는 것이 바람직하다. 담배 기질을 통해서 흐르는 공기는 담배 기질의 담배와 비교적 고레벨의 접촉을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 특정 경우에 있어서, 담배 기질에 특정한 기능 재료를 첨가하는 것이 제안되어 왔다. 예를 들면, 담배 기질을 통해서 이동하는 가스 및 입자상 물질의 하나 이상의 특성에 영향을 미치기 위해서 담배 기질에 촉매, 흡수제, 풍미제, 또는 그것의 결합을 첨가하는 것이 제안되어 왔다.
겔의 액체 성분이 가스로 대체될 경우, 에어로겔은 겔로부터 유래되는 합성의 고다공성 재료이다. 결과는 열린 세포 구조 및 저밀도를 갖는 고체이다. 그 명칭에도 불구하고, 에어로겔은 그 물리적 특성에 있어서 겔과 비슷하지 않은 강성, 건조 재료이고; 명칭은 겔로부터 유래되는 사실에서 비롯된다. 중량 기준으로, 겔은 주로 액체이지만, 액체 내에 3차원 가교된 망상 조직으로 인해 고체처럼 행동한다. 겔은 일반적으로 고체 내에 액체 분자의 분산이고, 이것에 고체는 연속상이고 액체는 분산상이다.
에어로겔은 대개 무르지만 일반적으로 구조적으로 강하다. 몇몇 경우에 있어서, 그들의 부딪치는 지지력은 모수석의 미세 구조로 추정할 수 있고, 이것에 약 2-5 ㎚의 평균 크기의 구형 입자가 클러스터로 함께 융합된다. 약 100 ㎚ 이하의 기공만을 갖는 몇몇 경우에 있어서, 이들 클러스터는 거의 프랙탈 체인의 3차원 고다공성 구조를 형성할 수 있다. 기공의 평균 크기 및 밀도는 제조 공정 중에 조절될 수 있다.
간편성을 위해서, 본 출원은 에어로겔을 나타내지만, 당업자는 담배 기질이 겔로부터 전환되는 임의의 열린 기공 구조, 예를 들면 크세로겔 및 크리오겔 뿐만 아니라, 또는 대체 에어로겔을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이와 같이, 다수의 구현예에 있어서, 겔로부터 전환되는 열린 기공 구조는 이하에서 사용되는 에어로겔로 대체될 수 있거나, 에어로겔은 크세로겔 또는 크리오겔로 대체될 수 있다.
담배 기질의 경도 또는 견고도를 유지하면서 종래 흡연 물품과 비교해서 담배의 저감된 양을 갖는 담배 기질을 가진 신규한 흡연 물품을 제공하는 것이 바람직하다. 담배 기질을 통해서 기류 특성(예를 들면, 흡입에 대한 내성, 즉 RTD)을 조정할 수 있는 것이 바람직하다.
본 명세서는 첨부하는 도면을 참조해서 예로서만 더 기재될 것이다:
도 1은 담배 에어로겔로 형성된 담배 기질을 갖는 본 발명에 따른 흡연 물품의 개략적인 단면도를 나타내고;
도 2는 담배 로드에 분산된 복수의 담배 에어로겔 입자로 형성된 담배 기질을 갖는 본 발명에 따른 흡연 물품의 개략적인 단면도를 나타내고;
도 3은 성형 소자의 개략적인 측면도를 나타내고;
도 4는 또 다른 성형 소자의 개략적인 측면도를 나타낸다.
기능 재료의 효율을 개선시키기 위해 활용할 수 있는 대표면적을 갖는 담배 기질을 가진 신규한 흡연 물품을 제공하는 것이 바람직하다. 기능 재료에 의해 얻어지는 바람직한 결과를 유지하면서, 담배 기질의 기능 재료의 효율을 개선시키는 것은 담배 기질의 적은 양의 기능 재료를 포함하도록 허용할 수 있다.
본 명세서에 의해서, 150 ㎎/㎤ 이하의 담배 밀도 및 4 ㎜ 이하(약 60% 이상의 경도와 동등)의 견고도를 갖는 담배 기질을 가진 흡연 물품을 제공하는 것이다. 이 흡연 물품은 기류 특성(예를 들면, 흡입에 대한 내성) 및 주로 담배 기질의 담배 양과 무관한 견고도 또는 경도를 갖는다. 또한, 흡연 물품은 주로 담배 기질의 견고도와 무관한 타르 전달 레벨을 제공할 수 있다.
다수의 구현예에 있어서, 흡연 물품은 겔에서 열린 기공 구조로 전환되는 담배 기질의 적어도 일부를 갖고 담배를 포함하고 있다. 다수의 구현예에 있어서, 흡연 물품은 에어로겔 및 담배를 포함하는 담배 기질을 갖는다. 기능 재료는 에어로겔 및 특정한 기능 재료 재료에 분산될 수 있고 기능 재료의 양은 기능 재료를 얻고자하는 원하는 결과에 기초해서 선택될 수 있다. 담배는 에어로겔에 분산될 수 있고 담배의 양은 담배 기질의 바람직한 결과(예를 들면, 타르 전달)에 기초해서 선택될 수 있다. 에어로겔은 담배 기질의 구조적인 특성을 제공하는데 활용될 수 있다. 예를 들면, 에어로겔은 담배 기질의 모두 또는 일부를 형성하는 단일체 또는 연속 소자로서 형성될 수 있다. 다른 예에 있어서, 에어로겔은 담배 기질에 분산된 복수의 입자로서 담배 기질에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 흡연 물품은 담배를 에어로겔에 포함시켜서 담배 기질을 개선시키기 위한 효과적인 방법을 제공한다. 에어로겔은 필요에 따라 담배 기질 내에서의 담배 함량을 특정하게 조정하는 것이 가능하다. 에어로겔은 에어로겔 내에 분산되어 있는 기능 재료의 효율을 증가시키면서, 담배 기질을 통해서 흐르는 미립자 및 가스 스트림과 접촉하도록 담배 기질이 높은 표면적을 가지게 하는 것이 가능하다. 에어로겔은 임의의 형상으로 형성될 수 있고 담배 기질에서 담배 양과 실질적으로 무관할 수 있는 담배 기질에 물리적 또는 구조적 특성을 제공할 수 있다.
몇몇 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 흡연 물품은 열린 기공 구조를 형성하는 에어로겔을 갖는 담배 기질을 포함한다. 담배 기질은 에어로겔 내에 분산된 담배를 포함한다. 에어로겔은 담배 기질의 물리적 구조의 일부 또는 모두를 형성할 수 있거나 담배 기질에 분산된 복수의 에어로겔 입자의 형태일 수 있다. 다수의 구현예에 있어서, 에어로겔은 담배 로드의 물리적 구조를 형성한다. 예를 들면, 에어로겔은 담배 로드에 발견되는 바람직한 형상 또는 견고도, 또는 형상 및 견고도 모두를 제공하는 구조적인 특성을 제공할 수 있다.
용어 "열린 기공 구조"는 상호 연결된 공극 또는 기공을 구성하는 망상 조직 또는 매트릭스를 포함하는 구조를 나타낸다. 에어로졸, 가스, 또는 증기는 에어로겔의 상호 연결된 공극 또는 기공을 통해서 열린 기공 구조를 통과할 수 있다. 다수의 구현예에 있어서, 공극 또는 기공은 500 ㎛ 미만, 또는 250 ㎛ 미만, 또는 100 ㎛ 미만의 평균 크기를 갖는다. 공극 또는 기공의 크기는 열린 기공 구조의 단일체 소자의 입자 또는 일부를 통해서 절단하고 각 공극 또는 기공 중 가장 큰 단면 치수를 측정함으로써 결정될 수 있다. 공극 또는 기공의 평균 크기는 이들 양의 산술 평균이다. 이 열린 기공 구조는 가스와 몇몇 경우에는 가스에 연핼된 입자상 물질이 에어로겔 구조를 통해서 흐르게 하는 것을 가능하게 한다. 열린 기공 구조의 기공 크기는 종래 흡연 물품의 담배 로드의 흡입에 대한 내성과 비슷한 흡입에 대한 내성을 제공하기 위해 선택될 수 있다. 다수의 구현예에 있어서, 에어로겔 또는 열린 기공 구조를 포함하는 담배 로드는 약 10~약 70 ㎜ H2O 또는 약 20~약 50 ㎜ H2O 범위의 흡입에 대한 내성을 갖는다. 다수의 구현예에 있어서, 흡연 물품(에어로겔 또는 열린 기공 구조 및 흡연 물품의 다른 소자를 포함하는 담배 로드 모두를 포함)은 약 50~약 140 ㎜ H2O 또는 약 60~약 120 ㎜ H2O 범위의 흡입에 대한 내성을 갖는다. 따라서, 여기서 기재한 몇몇 흡연 물품에 대한 흡연 경험이 종래 흡연 물품과 비교될 수 있다.
용어 "견고도"는 내압축성을 의미한다. 견고도는 일반적으로 고정된 영역의 사다리꼴 형상의 슈를 갖는 홀더에 6, 5, 및 4의 3가지 레벨로 15개 궐련을 배치하여서 결정된다. 6개의 궐련은 기초 레벨을 차지하고, 5개의 궐련은 중간 레벨을 차지하며, 4개의 궐련은 최상 레벨을 차지하고 이들 주위를 꽉 맞게 피팅하는 홀더의 측면을 갖도록 홀더가 형상화된다. 홀더의 열린 상부는 최상 레벨의 4개의 궐련을 압축 플레이트에 노출시킨다. 압축 플레이트를 플레이트와 직접적으로 접촉하는 4개의 궐련 담배 기질의 중앙 40 ㎜ 섹션과 접촉하게 하기 위해 적절하게 위치시키는 방식으로 압축 플레이트 하에 채워진 궐련 홀더를 위치시킨다(플레이트는 4개의 상부 궐련 모두와 접촉하기 위해 충분하게 넓고 이것은 상술한 대로 중앙 40 ㎜ 섹션과 접촉하기 위해서 40 ㎜ 길이이다). 궐련은 제자리에서 그것들이 안정될 때까지 100 g 플레이트 중량으로 초기 압축된다. 이어서, 1400 g의 추가 중량이 30초 동안 샘플에 적용된다. 30초의 시간이 끝날 무렵에, 압축 값은 ㎜로 측정되고, 이것은 궐련 견고도의 지표이다. 이 실험은 22±2℃의 주위 온도에서 달성된다. 다수의 구현예에 있어서, 흡연 물품은 약 4 ㎜ 이하, 또는 3.5 ㎜ 이하, 또는 3 ㎜ 이하, 또는 2.5 ㎜ 이하의 견고도를 갖는다. 몇몇 바람직한 구현예에 있어서, 흡연 물품은 약 3.5 ㎜ 내지 약 2.5 ㎜의 견고도를 갖는다.
용어 "경도"는 내압축성을 말한다. 경도는 일반적으로 20초 동안 10개의 궐련 전체에 2 ㎏의 부하를 적용하고 궐련의 평균 가압된 직경을 측정함으로써 결정된다. 경도=(가압된 직경/공칭 비가압된 직경)×100%. 이 실험은 22±2℃의 주위 온도에서 달성된다. 실험은 상표명 덴시미터 DD60A(독일 함부르크 보르그왈트 KC GmbH) 하에 시판되고 있는 장치를 사용하여 달성될 수 있다. 이러한 장치는 2쌍의 평행한 금속 실린더를 갖고, 각각의 실린더는 160 ㎜의 길이 및 10 ㎜의 직경을 갖는다. 2개의 실린더는 궐련보다 낮게 16 ㎜ 떨어진 평행한 배열로 위치되고 궐련용 지지 역할을 하며, 궐련은 담배 로드가 2개의 실린더(임의의 필터는 실험 중에 실린더와 접촉하지 않을 수 있음) 전체에 가교되도록 위치된다. 제2쌍의 실린더는 실험 중에 제1쌍의 실린더와 제2쌍의 실린더가 중간에 궐련과 함께 서로서로 접촉하도록 제1쌍의 실린더로 정렬된다. 궐련을 지지하는 쌍의 실린더는 실험 중에 고정되어 있다. 다른 쌍의 실린더는 10개의 궐련 쪽으로 이동하기 위해 배열되고 10개의 궐련의 담배 로드 전체에 2 ㎏의 부하를 부과한다. 부하가 20초 동안 궐련에 유지되고 압축된 치수를 측정한 다음, 실험이 종료된다. 궐련은 실험 중에 서로서로 접촉하지 않도록 서로서로 떨어져 위치된다. 프레임은 10개의 궐련 끝을 지지하기 위해 사용될 수 있고 10개의 궐련이 실험 중에 서로 평행하게 있고, 동일하게 위치되는 것을 보장하는 것을 돕는다.
경도는 담배 로드의 오븐 휘발성(OV)에 의존할 수 있고, 예를 들면 OV의 측정, 및 OV에 대한 보정이 이루어져야 한다. 보정된 경도는 하기 식으로 계산된다: 보정된 경도=측정된 경도+(표준 오븐 휘발성-측정된 오븐 휘발성)*보정 계수. 표준 오븐 휘발성은 대개 12.5%이지만, 또 다른 표준 값이 필요에 따라 사용될 수 있다. 보정 계수는 -3.3이다.
견고도 값은 경도 값과 상응하다는 것이 이해된다. 견고도에 대해서, 값이 높으면 높을수록 궐련은 부드러워진다. 경도에 대해서, 값이 높으면 높을수록 궐련은 딱딱해진다. 표준 직경 궐련(즉, 7.85 ㎜ 직경)에 대해서, 경도를 발견하기 위한 방정식은 약, 경도=100-10x(견고도)이다. 예를 들면, 몇몇 구현예에 있어서, 담배 기질은 약 4.0 ㎜ 이하(약 60% 이상의 경도), 약 3.5 ㎜ 이하(약 65% 이상의 경도), 또는 약 3.0 ㎜ 이하(약 70% 이상의 경도), 또는 2.5 ㎜ 이하(약 75% 이상의 경도)의 견고도를 갖는다. 몇몇 구현예에 있어서, 담배 기질은 약 3.5 ㎜(약 65%의 경도) 내지 약 2.5 ㎜(약 75%의 경도)의 견고도를 갖는다.
하기 실험은 오븐 휘발성을 측정하는데 사용될 수 있다. 담배 재료의 샘플을 표준 기압 조건(22℃에서 60%의 상대 습도) 하에 밀봉된 컨테이너에 넣고, 컨테이너와 함께 이 샘플의 중량을 달았다. 컨테이너를 103℃의 오븐에 넣은 다음, 컨테이너의 뚜껑은 샘플을 오븐에 노출시키기 위해서 이동시켰다. 샘플 및 열린 컨테이너를 100분 동안 103℃의 오븐에 두었다. 샘플 및 컨테이너를 오븐으로부터 제거한 다음, 뚜껑을 교체하고, 밀봉된 컨테이너 및 샘플을 20분의 최소 시간 동안 오븐 밖에서 시원하게 두었다. 샘플과 컨테이너의 결합된 중량을 다시 달고 하기 식으로 측정된 오븐 휘발성을 계산했다: 측정된 오븐 휘발성=(제1 측정된 중량-제2 측정된 중량/제1 측정된 중량-컨테이너의 중량)*100.
용어" 담배 밀도"는 담배 기질 또는 로드(㎤로 표시)의 단위 부피당 담배의 질량(g으로 측정)을 나타낸다.
담배 기질에 유용할 수 있는 에어로겔은 약 0.35 g/㎤ 미만 또는 약 0.1 g/㎤ 미만 또는 약 0.05 g/㎤ 미만의 밀도를 가질 수 있다. 수은 압입법으로 결정된 대로, 이들 에어로겔은 약 500 ㎡/g 이상 또는 약 750 ㎡/g 이상 또는 약 1000 ㎡/g 이상의 표면적을 가질 수 있다. 이들 에어로겔은 적어도 약 50% 공극(또는 가스 부피) 또는 적어도 약 75% 공극 또는 적어도 약 90% 공극을 가질 수 있다.
담배 기질에 유용할 수 있는 에어로겔은 용액의 겔을 생성함으로써 형성된 다음, 온전한 에어로겔 구조를 남기기 위해서 주의하여 액체를 제거한다. 예를 들면, 겔은 담배와 겔화제 및 액체를 결합시킴으로써 형성된다. 다수의 구현예에 있어서, 액체는 초임계 추출 또는 초임계 건조를 통해서 겔로부터 제거된다.
초임계 추출 또는 건조는 겔의 온도 및 압력을 증가시킴으로써 행해져서 액체를 초임계 유체(그 액체 및 가스상이 구분하기 어려워질 경우)에 넣는다. 이어서 압력을 떨어뜨림으로써 액체는 증발되고 제거되어서 에어로겔이 형성된다.
몇몇 구현예에 있어서, 겔은 압력 용기에 넣어지고 압력 용기는 액체 이산화탄소로 채워진다. 액체 이산화탄소는 본질적으로 겔의 기공으로 액체(예를 들면, 물 또는 용매)를 옮길 수 있는 용매이다. 겔은 사오일 동안 액체 이산화탄소에 흡수된다. 이산화탄소는 겔의 기공으로 액체를 대신한다. 이어서 이산화탄소는 그 임계 온도(31℃) 및 압력(73 atm)을 지나서 가열된다. 용기는 등온선상으로 가압된 다음, 에어로겔이 얻어진다.
다수의 구현예에 있어서, 겔은 담배, 겔화제 및 물을 결합함으로써 생성된다. 담배는 에어로겔 열린 기공 구조의 일부를 형성할 수 있고 열린 기공 구조를 형성하는 공극의 열린 기공의 적어도 일부를 구성할 수 있다. 담배는 임의의 유용한 형태로 활용될 수 있고 복수의 담배 입자 또는 소자로서 겔 및 에어로겔에 존재한다.
담배 기질은 에어로겔을 포함하는 구현예에 있어서, 에어로겔은 유기 에어로겔인 것이 바람직하다. 용어 "유기 에어로겔"은 바람직하게 적어도 약 75중량%, 보다 바람직하게는 적어도 90중량%, 더욱 바람직하게는 근본적으로 유기 화합물로 구성, 가장 바람직하게는 유기 화합물로 구성된 것을 포함하는 에어로겔을 나타낸다. 유기 화합물은, 예를 들면 유기 화학의 IUPAC 명명법 하에 속한 것을 유기물로서 흔히 나타내는 임의의 화합물을 포함한다. 예로는 천연 또는 합성 폴리머, 당, 단백질, 셀룰로오스성 재료 등을 포함한다.
이것은 활성 탄소 재료와 같은 다른 재료와 대조되고, 이것은 일반적으로 유기 화합물로 고려되지 않는다. 예를 들면, 몇몇 재료(몇몇 유기 화합물을 포함)는 활성 탄소 구조를 생성하기 위해 탄화, 열분해, 또는 달리 가열될 수 있지만, 재료가 활성화된 후에 그것은 더 이상 유기 화합물로 고려되지 않을 것이다. 몇몇 경우에 있어서, 유기 에어로겔은 탄화, 열분해, 또는 150℃ 이상으로 달리 가열되지 않는다.
또한, 에어로겔의 재료는 열린 기공 구조를 유지하기 위해서 가교되지 않는 것이 바람직하다.
다수의 구현예에 있어서, 담배는 약 25 ㎛ 이상, 또는 약 50 ㎛ 이상, 또는 약 100 ㎛ 이상의 평균 입자 크기를 갖는다. 또한, 담배는 약 1000 ㎛ 미만, 또는 약 750 ㎛ 미만, 또는 약 500 ㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는다. 다수의 구현예에 있어서, 담배는 잘게 조각난 형태의 겔 또는 에어로겔로 존재하고, 적어도 약 3 또는 적어도 약 5의 평균 종횡비를 갖는다. 본 발명의 목적을 위해서, "입자 크기"는 입자상 재료 내에서 개별 입자의 가장 큰 단면 치수가 되도록 고려된다. "평균" 입자 크기는 입자에 대한 산술 평균 입자 크기를 나타낸다. 입자상 재료의 샘플에 대한 입자 크기 분포는 공지된 체 실험을 사용하여 결정될 수 있다.
몇몇 구현예에 있어서, 미세 담배 입자는 50 ㎛ 미만, 또는 25 ㎛ 미만, 또는 10 ㎛ 미만의 범위, 또는 약 3~50 ㎛ 또는 약 3~25 ㎛ 범위의 평균 입자 크기를 갖는다. 특정한 구현예에 있어서, 담배는 상술된 큰 담배 입자와 미세 담배 입자의 혼합물이다.
담배는 구체적으로 겔 및 얻어진 에어로겔에 포함되어서 담배 기질에 부하되는 바람직한 담배를 얻을 수 있다. 담배는 에어로겔 전구체 재료(예를 들면, 겔화제 및 액체)와 결합되고 활용되어서 에어로겔에 분산된 담배를 형성할 수 있다. 담배 함량은 종래 흡연 물품에 명시된 타르 레벨을 달성하기 위해 조정될 수 있다.
에어로겔 중 담배의 양은 중량 기준으로 적어도 약 5% 또는 적어도 10% 또는 적어도 약 25%일 수 있다. 또한, 에어로겔 중 담배의 양은 중량 기준으로 40% 미만, 또는 30% 미만일 수 있다. 종래 필터 궐련과 비교한 바와 같이, 본 발명의 명세서의 흡연 물품은 담배 로드의 견고도를 유지하면서 단위 중량당 기준으로 적어도 약 10% 이하의 담배, 또는 적어도 약 20% 이하의 담배, 또는 적어도 약 30% 이하의 담배를 함유할 수 있다. 다수의 구현예에 있어서, 본 발명의 명세서의 담배 기질은 종래 담배 로드의 견고도 값과 적어도 동일하거나 그것보다 큰 담배 로드 견고도 값을 유지하면서, 약 300 ㎎ 미만의 담배, 또는 225 ㎎ 미만의 담배, 또는 150 ㎎ 미만의 담배를 함유할 수 있다. 따라서, 담배 로드의 견고도는 일반적으로 담배 로드의 담배의 양과 무관한다.
종래 담배 로드는 약 3.0 ㎜의 견고도와 약 240 ㎎/㎤의 담배 밀도를 가질 수 있다. 다수의 구현예에 있어서, 여기 기질된 담배 기질은 약 200 ㎎/㎤ 미만 또는 150 ㎎/㎤ 미만 또는 약 100 ㎎/㎤ 미만 또는 약 80 ㎎/㎤ 미만의 담배 밀도를 갖는다. 담배 기질은 약 25 ㎎/㎤ 이상 또는 약 40 ㎎/㎤ 이상 또는 약 60 ㎎/㎤ 이상의 담배 밀도를 가질 수 있다. 담배 기질은 약 25~약 200 ㎎/㎤ 범위 또는 약 25~약 150 ㎎/㎤ 범위의 담배 밀도를 가질 수 있다. 몇몇 구현예에 있어서, 담배 기질은 약 4.0 ㎜ 이하(60% 이상의 경도), 약 3.5 ㎜ 이하(65% 이상의 경도), 또는 약 3.0 ㎜ 이하(70% 이상의 경도), 또는 2.5 ㎜ 이하(75% 이상의 경도)의 견고도를 갖는다. 몇몇 구현예에 있어서, 담배 기질은 약 3.5 ㎜(약 65%의 경도) 내지 약 2.5 ㎜(약 75%의 경도)의 견고도를 갖는다.
본 발명의 명세서의 종래 흡연 물품은 담배 기질의 견고도를 유지하면서 특정 타르 레벨을 제공할 수 있다. 특정 담배의 양은 겔화제 및 물과 결합되어서 담배 에어로겔을 갖는 얻어진 흡연 물품의 특정 타르 레벨을 달성할 수 있다. 타르 레벨은 약 0.1 ㎎~약 10 ㎎, 또는 약 0.1~약 6 ㎎, 또는 약 0.1 내지 약 3 ㎎으로 선택될 수 있다. 타르 수준은 흡연 물품이 ISO 조건(35 퍼프는 각 2초 지속, 매 60초) 하에 흡연될 경우 결정될 수 있다. 용어 "타르 레벨"은 ISO 조건 하에 흡연 물품의 총 니코틴이 없는 건조 입자상 물질(NFDPM)을 나타내는데 사용된다.
용어 "겔화제"는 적절한 비율 및 공정 조건에서 담배 및 액체와 혼합될 경우, 유동성 액체에서 성형 가능한 고체, 반고체 또는 겔로 담배 및 액체를 전환시키는 재료를 나타낸다. 겔은 액체 배지의 부피에 걸쳐서 그것을 표면 장력 효과를 통해서 얽히게 만든 고체 3차원 망상 조직을 포함한다.
다수의 구현예에 있어서, 겔화제는 다당류 또는 단백질, 또는 하나 이상의 다당류 및 하나 이상의 단백질의 결합이다. 예를 들면, 다당류는 전분, 식물성 검, 한천, 카라기닌 또는 펙틴, 또는 그것의 결합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 겔화제는 알긴산 또는 알긴산, 알긴산 나트륨, 알긴산 칼륨, 알긴산 암모늄 또는 알긴산 칼슘과 같은 알긴산염, 또는 그것의 결합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 단백질 겔화제는 젤라틴을 포함할 수 있다. 이들 겔화제는 담배의 연소와 결합하여 사용하기 위해 허용 가능하다. 다른 겔화제는, 예를 들면 흡연 물품이 비가연성 흡연 물품일 경우 적합할 수 있다. 예로서, 추가적인 겔화제는 셀룰로오스 아세테이트, 폴리스티렌, 폴리락트산 등과 같은 합성 또는 천연 폴리머를 포함한다. 몇몇 구현예에 있어서, 겔화제는 페이퍼 또는 셀룰로오스성 재료이다. 바람직한 겔화제는 펙틴, 알긴산 나트륨, 알긴산 칼슘, 아라비아 검 및 젤라틴과 같은 콜라겐을 포함한다.
액체는 담배 및 겔화제와 결합해서 겔 및 얻어진 에어로겔을 형성할 수 있다. 액체는 용매, 또는 물, 또는 용매 및 물을 포함할 수 있다. 유용한 용매는, 예를 들면 에탄올, 메탄올, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 2-프로판올, 이산화탄소, 헥산, 및 톨루엔을 포함한다.
담배 에어로겔은 임의의 유용한 또는 바람직한 형상으로 형성될 수 있다. 담배 겔은 임의의 유용한 형태로 성형된 다음, 액체는 유사하게 형상화된 에어로겔 소자를 얻어서 제거된다. 다수의 구현예에 있어서, 에어로겔 소자는 흡연 물품의 담배 또는 담배 로드의 적어도 일부를 형성하는 연속 소자이다. 이 방식으로, 종래 담배 로드와 비교해서, 담배 에어로겔은 담배 기질에 구조적인 특성을 제공하고 담배 기질가 담배의 저감된 양으로 바람직한 견고도를 갖도록 허용한다. 다수의 구현예에 있어서, 담배 에어로겔 소자는 궐련의 담배 로드를 형성하는 단일체 또는 연속 구조 소자이다.
복수의 열린 채널은 연속 에어로겔 소자의 길이만큼 확장될 수 있다. 이들 열린 채널은 임의의 유용한 방법을 통해서 형성될 수 있다. 다수의 구현예에 있어서, 이들 열린 채널은 성형 공정 중에 형성된다. 담배 겔은 측면 및 하면으로 구성된 성형 소자의 캐비티에 배치될 수 있다. 몇몇 구현예에 있어서, 복수의 세장형 채널 형성 부재는 하면에 고정되고 담배 에어로겔의 길이만큼 확장된다. 다른 구현예에 있어서, 복수의 세장형 채널 형성 부재는 성형 소자에 대하여 이동 가능한 지지 소자에 고정된다. 담배 에어로겔이 형성되면 세장형 채널 형성 부재가 담배 에어로겔을 통해서 공극 또는 채널을 구성하고 성형 소자의 캐비티로부터 제거된다.
세장형 채널 형성 부재는 약 25 ㎛ 이하, 또는 약 15 ㎛ 이하와 같은 임의의 유용한 직경을 가질 수 있다. 부재를 형성하는 임의의 유용한 수의 채널은 적어도 약 10 또는 적어도 약 20과 같은 성형 소자의 캐비티에 배치될 수 있다. 부재를 형성하는 채널은 담배 에어로겔의 전체 길이 또는 담배 에어로겔의 길이의 적어도 약 90% 또는 적어도 약 75%를 따라 확장될 수 있다. 몇몇 구현예에 있어서, 담배 에어로겔은 임의의 유용한 크기를 갖는 복수의 입자로서 형성된다. 이들 구현예에 있어서, 담배 에어로겔 입자는 적어도 약 50 ㎛, 또는 적어도 약 100 ㎛, 또는 적어도 약 250 ㎛의 평균 크기를 갖는다. 또한, 담배 에어로겔 입자는 약 5000 ㎛ 미만, 또는 약 1000 ㎛ 미만의 평균 크기를 갖는다.
에어로겔은 필요에 따라 기능 재료를 포함한다. 기능 재료는 겔화제, 담배 및 물 또는 용매와 결합되어서 겔 및 얻어지는 에어로겔을 형성할 수 있다. 기능 재료는 에어로겔의 열린 기공 구조 내에서 분산될 수 있다. 에어로겔은 기능 재료의 효율을 개선시킬 수 있는 고표면적을 제공한다. 따라서, 종래 흡연 물품과 비교해서 기능 재료의 소량은 에어로겔의 열린 기공 구조로 활용될 수 있다. 기능 재료는 에어로겔 구조에 포함될 수 있고, 근본적으로 에어로겔 매트릭스 또는 구조에 기능 재료를 "로킹"한다. 기능 재료는 풍미 재료 또는 흡연 성분을 포획하거나 전환시키는 재료를 포함할 수 있다.
풍미 재료는 액체 풍미 또는 액체 풍미 또는 초본 물질이 스며든 흡수제 또는 셀룰로오스성 재료의 입자를 포함한다. 풍미는 천연 또는 합성 멘톨, 페퍼민트, 스피어민트, 커피, 차, 향신료(예를 들면, 시나몬, 정향 및 생강), 코코아, 바닐라, 과일향, 초콜릿, 유칼립투스, 제라늄, 유게놀, 용설란, 노간주나무, 아네톨 및 리날롤을 포함하지만, 이것에 제한되는 것은 아니다. 또한, 풍미는 방향유, 또는 하나 이상의 방향유의 혼합물을 포함한다. "방향유"는 그것으로부터 얻어지는 식물의 특유의 냄새 및 풍미를 갖는 오일이다. 적합한 방향유는 페퍼민트 유 및 스피어민트 유를 포함하지만, 이것에 제한되는 것은 아니다. 다수의 구현예에 있어서, 풍미는 멘톨, 유게놀, 또는 멘톨 및 유게놀의 결합을 포함한다.
용어 "초본 재료"는 초본 식물로부터 재료를 표시하는데 사용된다. "초본 식물"은 향료 식물이고, 이것의 잎 또는 다른 부분은 의학, 요리 또는 향료 목적을 위해 사용되며 흡연 물품에 의해 생성되는 연기에 풍미를 방출시킬 수 있다. 초본 재료는 허브 잎 또는 페퍼민트 및 스피어민트와 같은 민트, 레몬밤, 바질, 시나몬, 레몬 바질, 골파, 고수나물, 라벤더, 세이지, 차, 다임 및 카르비를 포함하는 초본 식물로부터 다른 초본 재료를 포함하지만, 이것에 제한되는 것은 아니다. 용어 "민트"는 멘타 속의 식물을 나타내는데 사용된다. 적합한 타입의 민트 잎은 멘타 피페리타, 멘타 아벤시스, 멘타 닐리아카, 멘타 시트레이트, 멘타 스피카타, 멘타 스피카타 크리스파, 멘타 코디폴리아, 멘타 론기폴리아, 멘타 풀레기움, 멘타 수아베올렌스, 및 멘타 수아베올렌스 바리에가타를 포함하는 식물 다양성으로부터 취해질 수 있지만, 이것에 제한되는 것은 아니다.
연기 성분을 포획하거나 전환시키는 재료는 활성 탄소, 도포된 탄소, 활성 알루미늄, 제올라이트, 세피올라이트, 분자 체, 및 실리카겔과 같은 흡수제를 포함한다. 연기 성분을 포획하거나 전환시키는 재료는 망간, 크롬, 철, 코발트, 니켈, 구리, 지르코늄, 주석, 아연, 텅스텐, 티탄, 몰리브덴, 바나듐 재료와 같은 촉매를 포함한다.
용어 "연기" 또는 "담배 연기"는 연소, 열분해, 가열 또는 화학 반응을 겪는 담배 재료에서 발하는 에어로졸 또는 증기를 나타낸다.
다수의 구현예에 있어서, 흡연 물품의 전체 길이는 약 70 ㎜ 내지 약 128 ㎜, 또는 약 84 ㎜이다. 흡연 물품의 외부 직경은 슬림 크기의 흡연 물품에 대해서 약 5 ㎜ 내지 약 8.5 ㎜, 또는 약 5 ㎜ 내지 약 7.1 ㎜ 또는 레귤러 크기의 흡연 물품에 대해서 약 7.1 ㎜ 내지 약 8.5 ㎜일 수 있다.
본 발명의 명세서의 흡연 물품의 흡입에 대한 내성(RTD)은 담배 기질에 담배 에어로겔의 포함 및 구조에 기초해서 달라질 수 있다. RTD는 체적 유량이 생산단에서 초당 17.5 ㎜인 정상 조건 하에서 그것이 기류에 의해 횡단될 경우 표본의 양단 사이에서의 정압 차이를 나타낸다. 표본의 RTD는 ISO 표준 6565:2002로 시작된 방법을 사용해서 측정될 수 있다.
임의의 상기 담배 기질은 궐련과 같은 종래 가연성 흡연 물품에 사용될 수 있고, 또는 비가연성 흡연 물품, 예를 들면 열, 기류 또는 화학 반응을 사용해서 담배 성분을 전달하도록 설정되어 있는 흡연 물품에 사용될 수 있다.
본 발명에 의한 흡연 물품은 컨테이너, 예를 들면 하나 이상의 풍미로 도포된 내부 라이너를 가진 소프트 팩 또는 힌지 리드 팩으로 패키지될 수 있다.
도 1 및 도 2에 나타낸 흡연 물품(10)은 축 방향으로 정렬된 필터(14)에 부착된 담배 기질 또는 담배 로드(12)를 포함한다. 필터(14)는 플러그 랩(18)으로 포장된 셀룰로오스 아세테이트로 형성될 수 있는 필터 플러그(16)를 포함한다. 티핑 페이퍼(19)는 담배 로드(12)를 축 방향으로 정렬된 필터(14)에 결합시키고 있다.
궐련 래퍼(13)는 도 1의 담배 에어로겔(20) 및 도 2의 담배 절단 필터(11) 및 담배 에어로겔 입자(20)를 포함할 수 있는 담배 기질을 둘러싸고 있다. 도 1은 담배 기질(12)의 구조를 형성하는 단일체의 담배 에어로겔 소자(20)를 나타낸다. 도 1에 나타낸 단일체의 담배 에어로겔 소자(20)는 흡연 물품(10)의 담배 기질(12)을 형성하는 원통형 소자이다.
도 2는 담배 재료에 분산된 복수의 담배 에어로겔 입자(20) 또는 절단 담배 필러(11)로 형성되는 담배 기질(12)을 나타낸다.
도 3은 담배 에어로겔(20)을 형성하는데 이용될 수 있는 성형 소자(30)의 개략적인 측면도를 나타낸 것이다. 담배 겔은 성형 소자(30)의 캐비티(36) 내에 배치될 수 있다. 캐비티(36)는 측면(32) 및 하면(34)으로 구성된다. 복수의 세장형 채널 형성 부재(40)가 하면(34)에 고정되고 담배 에어로겔(20)의 길이만큼 확장되어 있다. 담배 에어로겔(20)이 형성되면 세장형 채널 형성 부재(40)가 담배 에어로겔(20)을 통해서 공극 또는 채널을 구성하고 성형 소자(30)의 캐비티(36)로부터 제거된다.
세장형 채널 형성 부재(40)는 약 25 ㎛ 이하, 또는 약 15 ㎛ 이하와 같은 어떤 유용한 직경을 가질 수 있다. 채널 형성 부재(40)의 어떤 유용한 수는 적어도 약 10 또는 적어도 약 20과 같이 성형 소자(30)의 캐비티(36) 내에 배치될 수 있다. 부재를 형성하는 채널(40)은 담배 에어로겔(20)의 전체 길이를 따라 또는 담배 에어로겔(20)의 길이 중 적어도 약 90% 또는 적어도 약 75% 확장될 수 있다.
도 4는 또 다른 성형 소자(31)의 개략적인 측면도를 나타낸다. 이 구현예에 있어서, 세장형 채널 형성 부재(40)는 성형 소자(30)의 캐비티(36)에 대해서 이동 가능하다. 세장형 채널 형성 부재(40)는 측면(32)의 길이를 따라 성형 소자(30)의 캐비티(36)에 대해서 길이 방향으로 이동 가능한 지지 소자(42)에 고정되어 있고 하면(34) 쪽으로 그리고 하면(34)으로부터 멀리 이동한다. 세장형 채널 형성 부재(40)는 담배 에어로겔(20)의 길이만큼 확장되고 나머진 상술한 바와 같다. 담배 에어로겔(20)이 형성되면 세장형 채널 형성 부재(40)는 담배 에어로겔(20)을 통하는 공극 또는 채널을 구성하고 담배 에어로졸을 성형 소자(30)의 캐비티(36)와 세장형 채널 형성 부재(40)로부터 제거된다.
10: 흡연 물품 11: 필러
12: 담배 기질 13: 궐련 래퍼
14: 필터 16: 필터 플러그
18: 플러그 랩 19: 티핑 페이퍼
20: 에어로겔 입자 및 에어로겔 소자 30: 성형 소자
32: 측면 34: 하면
36: 캐비티 40: 채널
42: 지지 소자

Claims (15)

  1. 담배 기질을 포함하는 흡연 물품으로서, 담배 기질은 담배를 포함하고 약 150 ㎎/㎤ 이하의 담배 밀도 및 60% 이상의 경도를 갖는 흡연 물품.
  2. 제1항에 있어서, 담배 기질의 적어도 일부는 겔에서 열린 기공 구조로 전환되는 흡연 물품.
  3. 제1항에 있어서, 담배 기질은 에어로겔을 포함하는 흡연 물품.
  4. 제3항에 있어서, 에어로겔은 적어도 약 5중량% 담배를 포함하는 흡연 물품.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 에어로겔 또는 열린 기공 구조는 다당류 또는 단백질을 포함하는 흡연 물품.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 에어로겔 또는 열린 기공 구조는 약 0.35 g/㎤ 미만의 밀도를 갖는 흡연 물품.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 담배 기질은 궐련 로드 소자인 흡연 물품.
  8. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 에어로겔 또는 열린 기공 구조는 담배 기질을 형성하는 연속 소자인 흡연 물품.
  9. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 에어로겔 또는 열린 기공 구조는 복수의 입자인 흡연 물품.
  10. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 에어로겔 또는 열린 기공 구조는 연기 성분을 포획하거나 전환시키는 기능 재료를 포함하는 흡연 물품.
  11. 겔화제 및 용매와 담배를 결합해서 담배 겔을 형성하는 단계; 및
    담배 겔로부터 용매를 제거해서 담배 기질을 형성하는 단계로 이루어지는 방법으로서, 담배 기질은 약 150 ㎎/㎤ 이하의 담배 밀도 및 60% 이상의 경도를 갖는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 성형 소자 내에 담배 겔을 배치하는 단계;
    담배 겔의 길이만큼 복수의 세장형 부재를 제공하는 단계;
    담배 겔로부터 용매를 제거하여 성형 소자 내에서 담배 기질을 형성하는 단계를 추가 포함하되, 담배 기질은 담배 기질의 길이만큼 확장되는 복수의 열린 채널을 포함하는 방법.
  13. 에어로겔에 분산된 담배를 포함하는 담배 기질.
  14. 제13항에 있어서, 에어로겔은 약 0.35 g/㎤ 미만의 밀도를 갖는 담배 기질.
  15. 제13항에 있어서, 에어로겔은 적어도 약 5중량% 담배를 포함하는 담배 기질.
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