KR20160003283A - 유도 가열식 담배 제품 - Google Patents

Abstract

에어로졸 발생을 위한 유도 가열식 담배 제품이 복수의 입자 형태의 서셉터(susceptor)를 포함하는 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있다. 에어로졸 형성 기재는 담배 물질, 섬유, 바인더, 에어로졸 형성제 및 복수의 입자 형태의 서셉터를 포함하는 압착 담배 시트이다.

Description

유도 가열식 담배 제품{INDUCTIVELY HEATABLE TOBACCO PRODUCT}

본 발명은 에어로졸 발생을 위한 유도 가열식 담배 제품에 관한 것이다. 담배 제품은 에어로졸 발생을 위한 유도 가열 장치에서 사용하기에 특히 적절하다.

전기 가열식 흡연 장치에서, 예를 들면 담배 입자 및 에어로졸 형성제로서의 글리세린을 함유하는 담배 시트로 이루어진 담배 플러그(tobacco plug)가 가열 블레이드(heatable blade)에 의해 가열된다. 사용시, 담배 플러그가 블레이드 상에 가압되어 플러그 물질이 가열 블레이드와 긴밀하게 열 접촉한다. 에어로졸 발생 장치에서, 담배 플러그가 가열되어, 바람직하게는 통상의 궐련에서와 같이 담배를 태우지 않고, 플러그 물질 내의 휘발성 화합물들을 증발시킨다. 그러나, 에어로졸 발생을 위한 플러그의 원위 주변 영역들을 가열하기 위해서, 가열 블레이드에 근접한 물질이 과도하게 가열되게 되어 블레이드 부근에서의 담배의 태움이 전체적으로 방지될 수 없다. 에어로졸 형성 기재를 위해 유도 가열을 사용하는 것이 제안되어 있다. 또한, 담배 물질 내부에 별개 서셉터 물질을 분산시키는 것도 제안되어 있다. 그러나, 압착 담배 시트로 이루어진 담배 플러그의 최적 가열을 위한 해결책은 제안되어 있지 않다.

따라서, 에어로졸 형성을 위해 최적화된 유도 가열식 담배 제품의 필요성이 존재한다. 특히, 압착 담배 시트를 함유하고 있는 에어로졸 형성제로 이루어진 담배 플러그의 최적화된 에어로졸 발생을 허용하는 이러한 담배 제품의 필요성이 존재한다.

본 발명의 하나의 측면에 따르면, 에어로졸 발생을 위한 유도 가열식 담배 제품이 제공되어 있다. 담배 제품은 복수의 입자 형태의 서셉터(susceptor)를 포함하는 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있다.

도 1은 균질화 담배 물질 및 서셉터 입자들을 갖는 담배 시트의 개략도이고;
도 2는 가열 블레이드에 의해 가열된 압착된 균질화 담배 시트로 이루어진 담배 플러그의 온도 시뮬레이션을 보여주고 있고;
도 3은 균일한 서셉터 입자 분포를 갖는 도 1에 따른 담배 시트로 이루어진 담배 플러그의 온도 시뮬레이션을 보여주고 있고;
도 4는 도 2에 따른 담배 플러그의 시뮬레이션된 글리세린 고갈 프로파일을 보여주고 있고;
도 5는 도 3에 따른 담배 플러그의 시뮬레이션된 글리세린 고갈 프로파일을 보여주고 있고;
도 6은 예를 들면 도 2 및 도 3에 따른, 가열 블레이드로 가열되며 균일한 서셉터 입자 분포를 포함하는 담배 플러그의 시간에 대한 시뮬레이션된 평균 온도 곡선을 보여주고 있다.

에어로졸 형성 기재는 담배 물질, 섬유, 바인더, 에어로졸 형성제 및 복수의 입자 형태의 서셉터를 포함하는 압착 담배 시트이다. 담배 제품 내부의 서셉터는 본 명세서에서 열 손실로 지칭되는, 자파(magnetic wave)로서 전달된 에너지를 열로 변환하는 능력을 갖는다. 열 손실이 높을수록, 자파로서 서셉터에 전달된 더 많은 에너지가 서셉터에 의해 열로 변환된다. 바람직하게는, 0.008J/kg 이상, 0.05J/kg 초과의 열 손실, 바람직하게는 0.1J/kg 초과의 열 손실이 서셉터를 여기시키는 데에 제공된 회로에 인가된 단일의 사인파형 사이클 동안에 가능하다. 회로의 주파수를 변화시킴으로써, 초 당 킬로그램 당 열 손실이 가변될 수 있다. 통상적으로, 고주파 전류가 전원에 의해 공급되고 서셉터를 여기시키기 위해 인덕터(inductor)를 통해 흐른다. 인덕터 내 또는 회로의 주파수는, 각각 1MHz 와 30MHz 사이의 범위, 바람직하게는 1MHz와 10MHz 또는 1MHz와 15MHz 사이의 범위, 보다 더 바람직하게는 5MHz와 7MHz 사이의 범위 내일 수도 있다. 용어 ‘사이의 범위 내’는 본 명세서 및 이하에서 또한 각 경계 값을 명시적으로 개시하는 것으로 이해된다.

바람직한 구현예들에서, 본 발명에 따른 담배 제품은 적어도 0.008J/kg의 열 손실을 갖는다. 열 손실은 회로에 적용된 단일 사이클 동안에 달성될 수도 있으며, 회로는 서셉터를 여기시키기 위해 제공되며, 회로는 바람직하게는 1MHz와 10MHz 사이의 범위 내의 주파수를 갖는다.

대안적으로, 최소 와트수(wattage), 또는 초 당 줄(Joule per second)이 기재 조성 및 크기에 기초하여 공지되어 있는 경우이면, 서셉터는 원하는 최소 와트수를 이용하기에 충분한 중량 백분율로서 기재 내부에 제공될 수 있다.

상기한 바와 같이, 열 손실은 주변 물질에 열을 전달하는 서셉터의 용량이다. 열은 복수의 입자 형태의 서셉터에서 발생된다. 서셉터는 대부분 친밀 접촉 또는 근위 담배 물질 및 에어로졸 형성제를 전도 가열해서 원하는 향미를 전개(evolve)시킨다. 따라서, 열 손실은 그 물질에 의해 그리고 서셉터 주변부에 대한 서셉터의 접촉에 의해 특정된다. 본 발명에 따른 담배 제품에서, 서셉터 입자들은 바람직하게는 에어로졸 형성 기재 내에 균질하게 분포되어 있다. 이에 따라, 에어로졸 형성 기재에서 균일한 열 손실이 달성되고, 이에 따라 에어로졸 형성 기재 내 및 담배 제품 내에 균일한 열 분포를 발생시켜서 담배 제품 내에 균일한 온도 분포로 이어질 수도 있다.

담배 제품의 균일 또는 균질한 온도 분포는 본 명세서에서 담배 제품의 단면에 걸쳐서 실질적으로 유사한 온도 분포를 갖는 담배 제품으로서 이해된다. 바람직하게는, 담배 제품은, 예를 들면 담배 제품의 중앙 영역 및 주변 영역과 같은, 담배 제품의 상이한 영역들에서의 온도가 50% 미만만큼, 바람직하게는 30% 미만만큼 다르도록 가열될 수도 있다.

담배 제품 내의 0.05J/kg의 특정 최소 열 손실이 담배 제품을 실질적으로 균일한 온도로 가열할 수 있게 하는 것이 발견되었고, 여기서 온도는 양호한 에어로졸 발생을 제공한다. 바람직하게는, 담배 물질의 평균 온도는 약 200℃ 내지 약 240℃이다. 이는, 특히 에어로졸 형성제로서 글리세린을 갖는 균질화 담배 물질로 이루어진 담배 시트에서, 특히 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 캐스팅된 잎(cast leaf)에서 원하는 양의 휘발성 화합물들이 생성되는 온도 범위인 것으로 발견되었다. 이들 온도에서는, 담배 제품의 개별 영역들의 실질적인 과열이 없는 것이 달성되지만, 서셉터 입자들은 약 400℃ 내지 450℃까지의 온도에 도달할 수 있다.

서셉터 입자들은 담배 시트 내 및 이에 따라 에어로졸 형성 기재 내에 내장되어 있다. 입자들은 고정되어 있고 초기 위치에 잔류한다. 입자들은 담배 시트 상에 또는 그 내부에 내장될 수도 있다. 바람직하게는, 입자들은 에어로졸 형성 기재 내에 균질하게 분포되어 있다. 기재 내에 서셉터 입자들을 내장하는 것을 통해, 담배 시트를 압착하고 담배 제품을 형성하여 담배 제품의 형성시에도 균질한 분포가 균질하게 잔류한다. 예를 들면, 로드가 압착 담배 시트로 형성될 수도 있고, 로드는 담배 제품의 요구되는 로드 길이로 절단될 수도 있다.

바람직하게는, 담배 시트는 캐스팅된 잎이다. 캐스팅된 잎은 담배 입자들, 섬유 입자들, 에어로졸 형성제, 바인더 및 예를 들면 또한 향미들을 포함하는 슬러리로부터 형성되는 재생 담배(reconstituted tobacco) 형태이다.

담배 입자들은 원하는 시트 두께 및 캐스팅 갭(casting gap)에 따라, 30μm 내지 250μm 정도, 바람직하게는 30μm 내지 80μm 또는 100μm 내지 250μm 정도의 입자들을 갖는 담배 가루(tobacco dust) 형태일 수도 있으며, 여기서 캐스팅 갭은 통상적으로 시트의 두께를 정의한다.

섬유 입자들은 담배 주맥(stem) 재료, 줄기(stalk) 또는 다른 담배 식물 재료, 및 낮은 리그닌 함량을 갖는 목질 섬유와 같은 다른 셀룰로오스계 섬유를 포함할 수도 있다. 섬유 입자들은 낮은 함유율, 예를 들면 대략 2%와 15% 사이의 함유율에 비해 캐스팅된 잎을 위한 충분한 인장 강도를 생성하도록 요구에 따라 선택될 수도 있다. 대안적으로, 식물 섬유와 같은 섬유가 마 및 대나무를 포함하는 상기 섬유 입자들과 함께 또는 대안적으로 사용될 수도 있다.

캐스팅된 잎을 형성하는 슬러리 내에 포함된 에어로졸 형성제들은 하나 이상의 특징에 기초하여 선택될 수도 있다. 기능적으로, 에어로졸 형성제는 이 에어로졸 형성제의 특정 휘발 온도 이상으로 가열된 경우에 에어로졸 내의 니코틴 또는 향미 또는 양쪽 모두를 휘발되게 해서 운반하는 것을 허용하는 기작을 제공한다. 상이한 에어로졸 형성제들은 통상적으로 상이한 온도에서 증발한다. 에어로졸 형성제는 그의 능력, 예를 들면 실온 또는 그 부근에서 안정하게 잔류하지만 더 높은 온도, 예를 들면 40℃와 450℃ 사이의 온도에서 휘발할 수 있는 능력에 기초하여 선택될 수도 있다. 에어로졸 형성제는, 에어로졸 형성 기재가 담배 입자들을 포함하는 담배 기반 제품으로 구성되는 경우에 에어로졸 형성 기재 내에 바람직한 수준의 수분을 유지하는 것을 돕는 습윤제(humectant) 타입 특성을 또한 가질 수도 있다. 특히, 일부 에어로졸 형성제는 습윤제로서 기능하는 흡습성 물질, 즉 습한 습윤제를 함유하는 기재를 유지하는 것을 돕는 물질이다.

하나 이상의 에어로졸 형성제가 조합되어 조합된 에어로졸 형성제의 하나 이상의 특성의 이점을 취할 수도 있다. 예를 들면, 트리아세틴(triacetin)이 글리세린 및 물과 조합되어 트리아세틴의 능력의 이점을 취해서 글리세린의 활성 성분 및 습윤제 특성을 전달할 수도 있다.

에어로졸 형성제는 폴리올, 글리콜 에테르, 폴리올 에스테르, 에스테르, 및 지방산으로부터 선택될 수도 있고, 다음의 화합물들, 즉, 글리세린, 에리스리톨(erythritol), 1,3-부틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 트리에틸 시트레이트, 프로필렌 카보네이트, 에틸 라우레이트(ethyl laurate), 트리아세틴, 메소-에리스리톨, 디아세틴 혼합물, 디에틸 수베레이트(diethyl suberate), 트리에틸 시트레이트, 벤질 벤조에이트, 벤질 페닐 아세테이트, 에틸 바닐레이트, 트리부티린, 라우릴 아세테이트, 라우르산, 미리스트산, 및 프로필렌 글리콜 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.

캐스팅된 잎을 생성하는 통상적인 공정은 담배를 제조하는 단계를 포함하고 있다. 이를 위해, 담배가 잘게 썰린다. 그런 다음, 썰은 담배(shredded tobacco)가 다른 종류의 담배와 배합되고 분쇄된다. 통상적으로, 다른 종류의 담배는 버지니아종 또는 벌리종과 같은 다른 종류의 담배이고, 예를 들면 다르게 처리된 담배일 수도 있다. 배합 및 분쇄 단계는 서로 바뀔 수도 있다. 섬유들은 별도로, 바람직하게는 예를 들면 용액 형태의 슬러리에서 사용되도록 제조된다. 그런 다음, 용액과 제조된 담배가 혼합되고, 바람직하게는 서셉터 입자들과 섞인다. 캐스팅된 잎을 형성하기 위해서, 슬러리는 시트 형성 장치로 이송된다. 이는, 예를 들면 슬러리가 연속적으로 분산될 수도 있는 연속 벨트의 예를 들어 표면일 수도 있다. 슬러리는 표면 상에 분포되어 시트를 형성한다. 그런 다음, 시트가 바람직하게는 열에 의해 건조되고, 건조 후에 냉각된다. 서셉터 입자들은 슬러리가 시트 형태로 된 후이지만 시트가 건조되기 전에 슬러리에 또한 도포될 수도 있다. 이에 따라, 서셉터 입자들은 시트 물질 내측에 균질하게 분포되지는 않지만, 담배 시트를 압착하여 형성된 담배 제품 내에 여전히 균질하게 분포될 수도 있다. 캐스팅된 잎이 미래의 사용을 위해 보빈(bobbin) 상에 감기기 전에, 캐스팅된 잎의 가장자리가 다듬어지고, 시트가 길게 잘릴 수도 있다. 그러나, 길게 자르는 것은 시트가 보빈 상에 감겨진 후에 수행될 수도 있다. 그런 다음, 보빈은 예를 들면 압착 및 로드 형성 유닛과 같은 시트 처리 장치로 이송될 수 있거나, 또는 미래 사용을 위해 보빈 보관부에 넣어 둘 수 있다.

압착 담배 시트, 예를 들면 캐스팅된 잎은 약 0.5mm와 약 2mm 사이, 바람직하게는 약 0.8mm와 약 1.5mm 사이의 범위, 예를 들면 1mm의 두께를 가질 수도 있다. 약 30%까지의 두께 편차가 제조 공차로 인해 생길 수도 있다.

서셉터는 유도 가열될 수 있는 전도체이다. 서셉터는 전자기 에너지를 흡수하고 이를 열로 변환할 수도 있다. 본 발명에 따른 담배 제품에서, 유도 가열 장치의 하나 또는 수개의 유도 코일에 의해 발생된 전자기장을 변화시키는 것은 서셉터를 가열하고, 그런 다음 주로 열의 전도에 의해 열을 담배 제품의 에어로졸 형성 기재로 전달한다. 이를 위해, 서셉터는 에어로졸 형성 기재의 담배 물질 및 에어로졸 형성제에 열적으로 근접해 있다. 서셉터의 미립자 속성 때문에, 담배 시트 내의 입자들의 분포에 따라 열이 생성된다.

본 발명에 따른 담배 제품의 일부 바람직한 구현예에서, 담배 물질은 균질화 담배 물질이고, 에어로졸 형성제는 글리세린을 포함하고 있다. 바람직하게는, 담배 제품은 상술한 바와 같이 캐스팅된 잎으로 이루어져 있다.

최적의 에어로졸 형성을 위해 충분한 열을 제공하지만 바람직하게는 담배 또는 섬유를 태우지 않기 위해서는, 특정한 특징을 갖는 특정한 서셉터 입자들만이 에어로졸 형성제를 함유하는 압착 담배 시트로 이루어진 담배 제품, 특히 압착 캐스팅된 잎으로 이루어지며 바람직하게는 에어로졸 형성제로서 글리세린을 포함하는 담배 제품과 조합하기에 적합하다는 것이 또한 발견되었다.

담배 시트 내의 입자들의 최적의 선택 및 분포에 의해, 가열에 요구되는 에너지가 감소될 수도 있다. 그러나, 기재로부터 휘발성 화합물들을 방출하기에 충분한 에너지가 여전히 제공되어 있다. 에너지 감소는 담배 제품이 사용하는 에어로졸 발생을 위한 유도 가열 장치의 에너지 소모를 감소시킬 뿐만 아니라, 에어로졸 형성 기재를 과열시킬 위험을 또한 감소시킬 수도 있다. 매우 균질하고 완벽한 방식으로 담배 제품 내의 에어로졸 형성제의 고갈(depletion)을 달성하여 에너지 효율도 달성된다. 특히, 담배 제품의 주변 영역도 에어로졸 형성에 기여할 수도 있다. 이에 따라, 담배 플러그와 같은 담배 제품이 더욱 효율적으로 사용될 수도 있다. 예를 들면, 흡연 경험이 향상될 수도 있고, 또는 통상적으로 더 광범위하게 가열되거나 커진 에어로졸 형성 기재에서와 같이, 담배 제품으로부터 동일한 양의 휘발성 화합물을 증발시켜서 담배 제품의 크기가 작아질 수도 있다. 따라서, 비용이 절약되고 폐기물이 감소될 수도 있다.

본 발명에 따른 담배 제품의 하나의 측면에 따르면, 서셉터 입자들은 약 5μm 내지 약 100μm의 범위 내, 바람직하게는 약 10μm 내지 약 80μm의 범위 내의 크기를 갖고, 예를 들면 20μm와 50μm 사이의 크기를 갖는다. 서셉터로서 사용된 입자들의 이러한 범위 내의 크기는 담배 시트 내에 균질한 분포를 허용하도록 하는 최적의 범위인 것으로 발견되었다. 너무 작은 입자들은 작은 입자들이 열을 효율적으로 발생시킬 수 없는 표피 효과(skin effect)로 인해 바람직하지 않다. 또한, 더 작은 입자들은 흡연 물품에서 사용되는 통상의 필터를 통과할 수도 있다. 이러한 필터는 또한 본 발명에 따른 담배 제품과 조합해서 사용될 수도 있다. 더 큰 입자들은 시트 물질 내, 특히 담배 시트를 압착하여 형성된 담배 제품 내의 균질한 분포를 어렵게 하거나 불가능하게 한다. 더 큰 입자들은 더 작은 입자들만큼 미세하게 담배 시트 내에 분포될 수도 없다. 또한, 더 큰 입자들은 담배 시트 밖으로 돌출하는 경향이 있어, 담배 시트의 압착 시에 서로 접촉할 수도 있다. 이는 국부적으로 증강된 열 발생 때문에 바람직하지 않다. 입자들의 크기는 본 명세서에서 동등한 구형 직경으로서 이해된다. 입자들이 불규칙한 형상일 수도 있기 때문에, 동등한 구형 직경은 불규칙한 형상의 입자로서 동등한 부피의 구체의 직경을 정의한다.

본 발명에 따른 담배 제품의 다른 측면에 따르면, 복수의 입자는 담배 제품의 약 4 중량%와 약 45 중량% 사이의 범위, 바람직하게는 약 10 중량%와 약 40 중량% 사이, 예를 들면 30 중량%에 이른다. 서셉터의 다양한 중량%가 상기에서 제공되어 있지만, 담배, 에어로졸 형성제, 바인더, 및 물의 중량%를 포함하는, 담배 제품을 포함하는 요소들의 조성에 대한 변경은 담배 제품을 효율적으로 가열하는 데에 요구되는 서셉터의 중량%의 조정을 필요로 할 것이라는 것이 본 기술분야의 숙련자에게 이제 명백해질 것이다.

담배 제품의 중량에 대한 이들 중량 범위 내의 서셉터 입자들의 양은 전체 담배 제품에 걸쳐서 균질한 열 분포를 제공하는 최적의 범위인 것으로 발견되었다. 또한, 서셉터 입자들의 이들 중량 범위는 균질한 평균 온도, 예를 들면 200℃와 240℃ 사이의 온도로 담배 제품을 가열하기에 충분한 열을 제공하는 최적의 범위이다.

본 발명에 따른 담배 제품의 다른 측면에 따르면, 입자들은 소성 물질(sintered material)을 포함하거나 이것으로 이루어져 있다. 소성 물질은 다양한 전기, 자기 및 열 특성을 제공한다. 소성 물질은 세라믹, 금속 또는 플라스틱 속성의 것일 수도 있다. 바람직하게는, 서셉터 입자들을 위해 금속 합금이 사용된다. 제조 공정에 따라, 이러한 소성 물질은 특정 응용예에 맞춰질 수도 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 담배 제품에서 사용되는 입자들을 위한 소성 물질은 높은 열 전도성 및 높은 자기 투과성을 갖는다.

본 발명에 따른 담배 제품의 또 다른 측면에 따르면, 입자들은 화학적으로 불활성인 외부 표면을 포함하고 있다. 화학적 불활성 표면은 입자들이 화학 반응을 일으키는 것을 방지하거나, 또는 담배 제품이 가열되는 경우에 원하지 않는 화학 반응을 초기화하는 촉매로서 기능할 것이다. 화학적 불활성 표면은 서셉터 물질 그 자체의 화학적 불활성 표면일 수도 있다. 화학적 불활성 외부 표면은 또한 화학적 불활성 커버 내부에 서셉터 물질을 캡슐화하는 화학적 불활성 커버층일 수도 있다. 커버 물질은 입자들이 가열될 정도로 높은 온도에 견딜 수도 있다. 캡슐화 단계는 입자들이 제조될 때에 소성 공정에 통합될 수도 있다. 화학적 불활성은 본 명세서에서 담배 제품을 가열하여 발생되고 담배 제품 내에 존재하고 있는 화학 물질들에 대한 것으로 이해된다.

본 발명에 따른 담배 제품의 일부 바람직한 구현예에서, 입자들은 페라이트(ferrite)로 이루어져 있다. 페라이트는 높은 자기 투과성을 갖는 강자성체이며, 특히 서셉터 물질로서 적합하다. 페라이트의 주 성분은 철이다. 다른 금속 성분, 예를 들면, 아연, 니켈, 망간, 또는 비금속 성분, 예를 들면 실리콘이 다양한 양으로 존재할 수도 있다. 페라이트는 비교적 저가인 상업적으로 입수 가능한 물질이다. 페라이트는 본 발명에 따른 담배 제품에서 사용되는 입자들의 크기 범위 내의 입자 형태로 입수 가능하다. 바람직하게는, 입자들은 완전히 소성된 페라이트 분말, 예를 들면 미국의 Powder Processing Technology LLC로부터 입수 가능한 FP350이다.

본 발명에 따른 담배 제품의 또 다른 측면에 따르면, 서셉터는 약 200℃와 약 450℃ 사이, 바람직하게는 약 240℃와 약 400℃ 사이, 예를 들면 약 280℃의 퀴리 온도를 갖는다.

표시된 범위 내의 퀴리 온도를 갖는 서셉터 물질을 포함하는 입자들은 담배 제품의 보다 균질한 온도 분포 및 약 200℃와 240℃ 사이의 평균 온도를 달성하게 할 수 있게 한다. 또한, 에어로졸 형성 기재의 국부적인 온도는 서셉터의 퀴리 온도를 일반적으로 또는 현저하게 초과하지 않는다. 따라서, 국부적인 온도는 에어로졸 형성 기재의 현저한 태움이 일어나지 않는 약 400℃ 아래일 수도 있다.

서셉터 물질이 그의 퀴리 온도에 도달한 경우, 자기 특성이 변화한다. 퀴리 온도에서 서셉터 물질은 강자성 상(ferromagnetic phase)으로부터 상자성 상(paramagnetic phase)으로 변화한다. 이 시점에서, 강자성 도메인의 배향으로 인한 에너지 손실에 기초한 가열이 정지한다. 또한, 그런 다음 가열이 주로 와전류 형성에 기초해서 수행되어 가열 공정이 서셉터 물질의 퀴리 온도에 도달 시에 자동적으로 감소된다. 에어로졸 형성 기재를 과열시킬 위험을 감소시키는 것은 소정의 최대 온도까지만 이력 손실로 인한 가열 공정을 허용하는, 퀴리 온도를 갖는 서셉터 물질의 사용에 의해 지원될 수도 있다. 바람직하게는, 서셉터 물질 및 그의 퀴리 온도는 에어로졸 형성 기재의 조성에 맞춰져서 최적의 에어로졸 발생을 위한 담배 제품 내의 최적의 온도 및 온도 분포를 달성한다.

본 발명에 따른 담배 제품의 하나의 측면에 따르면, 담배 제품은 약 3mm 내지 약 9mm 사이, 바람직하게는 약 4mm 내지 약 8mm 사이의 범위 내, 예를 들면 7mm의 로드 직경을 갖는 로드 형태를 갖는다. 로드는 약 2mm 내지 약 20mm 사이, 바람직하게는 약 6mm 내지 약 12mm 사이의 범위 내, 예를 들면 10mm의 로드 길이를 가질 수도 있다. 바람직하게는, 로드는 원형 또는 타원형 단면을 갖는다. 그러나, 로드는 또한 직사각형 또는 다각형의 단면을 가질 수도 있다.

소비자에 의에 담배 로드를 쉽게 취급할 수 있게 하기 위해서, 로드는 순서대로 형성된 로드, 필터, 및 마우스피스를 포함하는 담배 스틱에 제공될 수도 있다. 필터는 로드 물질로부터 형성된 에어로졸을 냉각할 수 있는 물질일 수도 있고, 또한 형성된 에어로졸 내에 존재하는 성분을 변경시킬 수도 있다. 예를 들면, 필터가 폴리락트산 또는 유사한 고분자로 형성되는 경우, 필터는 에어로졸 내의 페놀 수준을 제거하거나 감소시킬 수도 있다. 로드, 필터, 및 마우스피스는 로드의 취급을 용이하게 하는 데에 충분한 강성을 갖는 종이로 둘러싸여 있을 수도 있다. 담배 스틱의 길이는 20mm와 55mm 사이일 수도 있고, 바람직하게는 그 길이가 대략 45mm일 수도 있다.

따라서, 본 발명의 다른 측면에서는, 담배 물질 수용 유닛, 예를 들면 담배 스틱이 제공되어 있으며, 상기 유닛은 본원에서 설명된 바와 같은 담배 제품 및 필터를 포함하고 있다. 담배 제품 및 필터는 담배 물질 수용 유닛 내에 필터 및 담배 제품을 고정하기 위해서, 끝이 서로 맞닿는(endwise) 방식으로 정렬되어 있으며, 시트 물질, 예를 들면 종이로 포장되어 있다.

본 발명은 다음과 같은 도면들에 의해 도시되어 있는 구현예들과 관련하여 자세히 설명된다.

도 1은 담배 시트(1) 형태의 에어로졸 형성 기재를 개략적으로 보여주고 있다. 담배 시트는 균질화 담배 입자들(11)로 이루어지고, 바람직하게는 상기에서 정의된 바와 같이 캐스팅된 잎(cast leaf)이고 서셉터 입자들(10)을 포함하고 있다.

담배 시트의 두께(12)는 바람직하게는 약 0.8mm와 1.5mm 사이에 놓여 있는 한편, 서셉터 입자들의 크기는 바람직하게는 10μm와 80μm 사이에 놓여 있다. 본 발명에 따른 담배 제품을 형성하기 위해서, 담배 시트(1)를 압착하고 접어서 담배 로드를 형성한다. 그런 다음, 이러한 연속형 로드를 담배 플러그 용으로 요구되는 크기로 절단해서 에어로졸 발생을 위한 유도 가열 장치와 조합해서 사용되게 한다.

도 2는 가열 블레이드(20)에 의해 가열된 실린더형 담배 플러그(2)의 단면의 시뮬레이션된 온도 분포에 대한 도면을 보여주고 있다. 담배 플러그는 균질화 담배 물질 및 에어로졸 형성제로서의 글리세린을 함유하고 있는 압착 담배 시트로 이루어진 에어로졸 형성 기재를 함유하고 있다. 로드 형상으로 형성된 압착 담배 시트는 래퍼(23), 예를 들면 종이로 포장되어 있다. 담배 플러그의 중앙에는, 직사각형의 저항 가열식 가열 블레이드(20)가 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위해 삽입되어 있다. 도 2에는, 온도 분포가 시뮬레이션되어 있고, 중심 온도가 중앙부에서 대략 370℃이고 주변부에서 80℃ 정도로 낮게 플러그를 가열하는 것이 도시되어 있다. 블레이드(20)의 근위 영역(220)의 온도는 약 380℃ 정도로 높다. 중간 영역(221) 및 원위의 주변 영역(222)의 온도는 약 100-150℃ 정도로 여전히 낮다. 따라서, 시뮬레이션 측정에 따르면, 블레이드로 가열된 담배 플러그의 중간 영역 및 주변 영역은 - 적어도 블레이드의 가열이 근위 영역(220) 내의 담배를 완전히 태우지 않도록 제한되는 경우에 - 에어로졸 형성에 가담하지 않거나 제한된 정도로만 가담한다.

이것이 도 4에도 도시되어 있다. 여기에서, 도 2에 따른 담배 플러그의 글리세린 고갈이 도시되어 있다. 글리세린은 5분의 가열 후에 근위 영역(220)에서 완전히 고갈되는 것을 볼 수 있다. 주변 영역(222)에서는 고갈이 일어나지 않지만, 중간 영역(221)은 부분적으로 고갈된다. 가열 블레이드의 직사각형 단면 형상으로 인해, 고갈이 없는 주변 영역(222)은 블레이드(20)의 긴 변들 옆에 배열되어 있는 플러그의 부분들에 한정된다. 근위 영역(220)은 가열 블레이드(20)에 바로 인접하게 배열되어 있고 블레이드(20)의 각 긴 변으로 반경의 최대 약 1/3까지 연장되어 있다.

도 3은 유도 가열식 실린더형 담배 플러그(3)의 단면의 시뮬레이션된 온도 분포에 대한 도면을 보여주고 있다. 담배 플러그는 도 1에서 설명된 바와 같이 서셉터 입자들을 함유하고 있는 압착 담배 시트로 이루어져 있다. 온도 시뮬레이션을 위해 사용된 담배 플러그에서는, 50μm의 평균 크기를 갖는 90mg FP350 페라이트 입자들이 담배 입자들, 섬유들, 바인더 및 에어로졸 형성제로서의 글리세린의 슬러리로 이루어진 캐스팅된 잎 내에 균일하게 분포되어 있다.

로드 형상으로 형성된 압착 담배 시트는 래퍼(13), 예를 들면 종이로 포장되어 있다. 서셉터 입자들은 담배 플러그(미도시함)에 걸쳐서 균질하게 분포되어 있다. 플러그는 유도 가열식 서셉터 입자들을 통해 가열된다. 도 3에서, 온도 분포가 시뮬레이션되어 있고, 플러그 내부에 균질하게 분포된 서셉터 입자들에 기초하여 예상되는 더욱 균일한 온도로 플러그를 가열하는 것이 도시되어 있다. 중앙 영역(110)의 온도는 약 300℃이다. 이러한 원형 중앙 영역(110)은 더 크고 담배 플러그의 반경의 약 절반 정도까지 연장되어 있다. 좁은 환형 중간 영역(111)의 온도는 약 250℃이고, 원주방향으로 배열되어 있는 주변 영역(112)의 온도는 약 200℃이다. 따라서, 시뮬레이션 측정에 따르면, 글리세린이 다소 균질하게 그리고 담배 플러그의 전체 또는 실질적으로 전체 영역에 걸쳐서 증발한다. 글리세린은 또한 담배 플러그의 중간 영역(111) 및 주변 영역(112)으로부터도 증발된다. 따라서, 담배 플러그의 모든 영역은, 중앙으로 저항 가열된 담배 플러그로부터 알려진 온도보다 훨씬 아래의 최대 가열 온도에 의해서 조차 에어로졸 형성을 위해 사용된다.

도 3의 담배 플러그의 글리세린 고갈이 도 5에 도시되어 있다. 중앙 영역(110)에서 심지어 5분 가열 후에도, 글리세린이 아직 완전히 고갈되지 않은 것을 알 수 있다. 그러나, 중간 영역(111)에서는 이미 일부 고갈이 일어났고 주변 영역(112)에서는 더 적은 정도로 일어났다.

도 2 및 도 3에 따르지만 약 1분 및 1.5분 동안만 가열된 플러그의 온도 및 글리세린 고갈 시뮬레이션은 동일한 상대 온도 거동을 보여주고 있다. 1분 후, 본 발명에 따른 담배 플러그는 중앙 및 중간 영역에 걸쳐서 이미 약 150과 200℃ 사이의 온도에 도달하였다. 글리세린 고갈은 아직 시작되지 않았다. 1.5분 후, 온도가 내부 주변 영역에서는 200℃로, 중앙 영역에서는 약 280℃까지 상승하였다. 150℃ 정도로 낮은 온도가 외부 주변 영역(112)에서만 보여진다. 따라서, 글리세린 고갈은 담배 플러그를 가열하기 시작한지 1분 내지 2분 후에 이미 담배 플러그의 넓은 영역에 걸쳐서 일어난다.

본 발명에 따른 서셉터 입자들을 갖는 담배 플러그와 대조적으로, 가열 블레이드를 갖는 도 2에 따른 담배 플러그의 온도 분포는 1.5분의 가열 후에 이미 도 2에 나타낸 것과 거의 일치한다. 1.5분 가열 후, 근위 영역(220)은 380℃ 정도로 이미 높은 온도를 갖고, 중간 영역 및 주변 영역에서는 약 100℃ 정도로 낮은 온도를 갖는다. 1분 가열 후, 가열 블레이드(20) 주위의 매우 작은 근위 영역만이 약 200℃로 가열된다. 나머지 영역은 약간 상승된 온도를 갖거나, 또는 여전히 실온에 있다.

도 6에는, 도 1 및 도 3에 따른 플러그의 담배 플러그 부피에서의 시간(t) 대비 평균 온도(T)를 보여주고 있다. 선(35)은 본 발명에 따른 서셉터 입자들을 갖는 담배 플러그의 온도 곡선을 표시하고, 선(25)은 가열 블레이드로 가열된 담배 플러그의 온도 곡선을 표시하고 있다. 가열 블레이드의 최대 가열 온도는 360℃로 제한되는 한편, 본 발명에 따른 담배 플러그 내의 서셉터의 퀴리 온도는 350과 400℃ 사이였다. 균질하게 분포된 입자들을 갖는 플러그에서는 평균 온도가 매우 빠르게 상승하고 약 250℃의 최대 평균 온도에 느리게 접근하는 것을 알 수 있다. 블레이드로 가열된 담배 플러그의 평균 온도는 상승하는 데에 좀 더 오래 걸린다. 블레이드로 가열된 플러그의 최대 평균 온도는 220℃ 부근에 놓여 있다. 주변 영역이 가열 블레이드에 의해 가열되지 않기 때문에 더 높은 평균 온도에는 도달될 수 없다.

1: 담배 시트
2, 3: 담배 플러그
10 서셉터 입자
11: 담배 입자
12: 담배 시트 두께
13, 23: 래퍼
20: 블레이드
25, 35: 선
110: 중앙 영역
220: 근위 영역
111, 221: 중간 영역
112, 222: 주변 영역

Claims (14)

1. 에어로졸 발생을 위한 유도 가열식 담배 제품으로, 상기 담배 제품은 복수의 입자 형태의 서셉터를 포함하는 에어로졸 형성 기재를 포함하고, 여기서 상기 에어로졸 형성 기재는 담배 물질, 섬유, 바인더, 에어로졸 형성제 및 상기 복수의 입자 형태의 서셉터를 포함하는 압착 담배 시트인, 담배 제품.
2. 제1항에 있어서, 상기 담배 제품은 적어도 0.008J/kg의 열 손실을 갖는, 담배 제품.
3. 제2항에 있어서, 상기 열 손실은 0.05J/kg 초과, 바람직하게는 0.1J/kg 초과인, 담배 제품.
4. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 입자의 입자들의 크기는 약 5μm 내지 약 100μm의 범위 내, 바람직하게는 약 10μm 내지 약 80μm의 범위 내, 예를 들면 20μm와 50μm 사이의 크기를 갖는, 담배 제품.
5. 제1항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 입자는 상기 담배 제품의 약 4 중량%와 약 45 중량% 사이의 범위, 바람직하게는 약 10 중량%와 약 40 중량% 사이, 예를 들면 30 중량%에 이르는, 담배 제품.
6. 제1항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자들은 에어로졸 형성 기재 내에 균질하게 분포되어 있는, 담배 제품.
7. 제1항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자들은 소성 물질을 포함하는, 담배 제품.
8. 제1항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자들은 화학적으로 불활성인 외부 표면을 포함하는, 담배 제품.
9. 제1항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자들은 페라이트(ferrite)로 이루어져 있는, 담배 제품.
10. 제1항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 담배 물질은 균질화 담배 물질이고, 상기 에어로졸 형성제는 글리세린을 포함하는, 담배 제품.
11. 제1항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압착 담배 시트는 약 0.5mm와 약 2mm 사이, 바람직하게는 약 0.8mm와 약 1.5mm 사이의 범위의 두께를 갖는, 담배 제품.
12. 제1항 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 서셉터는 약 200℃와 약 400℃ 사이, 바람직하게는 약 240℃와 약 350℃ 사이, 예를 들면 약 280℃의 퀴리 온도를 갖는, 담배 제품.
13. 제1항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 약 3mm 내지 약 9mm 사이, 바람직하게는 약 4mm 내지 약 8mm 사이의 범위 내, 예를 들면 7mm의 로드 직경, 및 약 2mm 내지 약 20mm 사이, 바람직하게는 약 6mm 내지 약 12mm 사이의 범위 내, 예를 들면 10mm의 로드 길이를 갖는 로드 형태를 갖는, 담배 제품.
14. 제1항 또는 제13항 중 어느 한 항에 따른 담배 제품 및 필터를 포함하는 담배 물질 수용 유닛으로, 상기 담배 제품 및 필터는 상기 담배 물질 수용 유닛 내에 끝이 서로 맞닿는 방식으로 정렬되어 있고, 시트 물질로 포장되어 있는, 담배 물질 수용 유닛.

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