KR20180029980A - 담배 제품 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
3차원 담배 물체를 제조하는 방법은 약 100㎛ 내지 약 400㎛의 평균 입자 크기를 갖는 담배 입자를 포함하고 있는 담배 가루를 제공하는 단계; 담배 가루를 함유하는 수성 슬러리를 준비하는 단계; 슬러리를 적층 제조 시스템의 인쇄 헤드에 공급하는 단계; 및 슬러리를 인쇄 헤드에 의해 분배해서 담배 물체의 연속적인 층을 형성하는 단계를 포함하고 있다.
Description
본 발명은 흡연 물품에 혼입시키기 위한 3차원 담배 물체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 상기 방법에 의해 수득 가능한 담배 물체는 종래의 재구성된 담배에 대한 대안 뿐만 아니라, 담배 각초의 성분으로서의 용도를 발견할 수도 있다.
담배 물질의 스테밍(stemming), 에이징(aging), 배합, 절단, 건조, 냉각 및 스크리닝과 같은 보통의 담배 가공 동작 동안에 담배 가루 및 담배 입자가 생성된다. 그렇지 않으면 버려지게 될 담배 가루와 담배 입자를 회수하는 방법이 공지되어 있으므로, 담배의 유용한 담배 함량을 재확보할 수도 있다. 예로서, 재구성된 담배 시트의 생산을 위한 주조 잎 공정에서 담배 가루 및 담배 입자를 재순환시키는 것이 공지되어 있다. 그러한 공정 중 하나에 의해 수득된 재구성된 담배 시트는 궐련 및 기타 흡연 물품에 적합한 담배 충진재를 생산하기 위해 절단될 수 있다.
이러한 방법은 대개 종종 다른 위치에서 궐련 제조 시설과는 별도로 작동하는 전용 장비가 필요하다. 또한, 이들 공정은 일반적으로 상당한 양의 에너지를 소비한다. 예를 들어, 이러한 공정은 재구성된 담배 시트가 주조되는 슬러리의 수분 함량을 증발시키기 위해 대규모 건조기를 필요로 한다.
이러한 이유로, 공지된 방법은 총 생산 비용, 공정 효율성 또는 물류 측면에서 항상 최적화되지는 못한다. 또한, 이들 방법은 일반적으로 수득 가능한 재구성된 담배 입자의 크기 및 형상 측면에서 제한적이다. 일반적으로, 담배 가루로부터 회수된 생성물의 충진력을 개선하는 것이 바람직할 것이다.
따라서, 보통의 담배 가공 동안 회수된 담배 가루 및 입자가 궐련 제조 공정에 쉽게 혼입될 수 있는 흡연 물품에 혼입하기 위한 담배 물체 제조 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 본 방법에 의해 수득 가능한 물체의 형상 및 크기 측면에서 다용도성이 개선된 흡연 물품에 혼입하기 위한 담배 물체 제조 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 동시에, 개선된 에너지 효율로 구현될 수 있는 회수된 담배 가루 및 입자로부터 흡연 물품에 혼입하기 위한 담배 물체 제조 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 마지막으로, 개선된 충진력을 갖는 담배 각초를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 따르면, 약 100㎛ 내지 약 400㎛의 평균 입자 크기를 갖는 담배 입자를 포함하고 있는 담배 가루를 제공하는 단계; 상기 담배 가루를 함유하는 수성 슬러리를 준비하는 단계; 상기 슬러리를 적층 제조 시스템(additive manufacturing system)의 인쇄 헤드에 공급하는 단계; 및 상기 슬러리를 상기 인쇄 헤드에 의해 분배해서 담배 물체의 연속적인 층을 형성하는 단계를 포함하는 3차원 담배 물체(object)를 제조하는 방법이 제공되고 있다.
하나의 그러한 3차원 충진재 입자(10)가 도 1에 도시되어 있다.
본 명세서에서, "적층 제조 시스템"이라는 표현은 물질을 컴퓨터 제어 하에 순차적으로 피착시켜서 3차원 아이템을 적층 식으로 형성하는 데 사용될 수 있는 다양한 장비 조각 중 어느 하나를 지칭하는데 사용된다. 이 표현은 일반적으로 3차원 인쇄 (이하, 3D 인쇄라고 함)를 지칭하는 데 사용되는데, 이는 잉크젯 프린터가 잉크를 투하하는 것과 거의 동일한 방식으로 일련의 물질 층이 투하되는 공정이며, 이에 따라 인쇄 헤드를 여러번 통과시켜서 아이템을 구성하게 된다. 그러나, 압출 및 소결에 기초한 공정을 포함하여, 보다 다양한 변형된 적층 제조 공정이 이용 가능하며, "적층 제조 시스템"이라는 표현은 그러한 대체 기술을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
보통의 담배 가공 동안에 회수된 발생한 담배 가루 및 입자를 회수하기 위한 공지된 방법과는 달리, 본 발명에 따르면, 약 100㎛ 내지 약 400㎛의 평균 입자 크기를 갖는 미세 담배 입자는 수성 매질과 조합되어서 담배 슬러리를 형성한다. 이 슬러리는 3D 프린터의 인쇄 헤드에 공급되고 노즐을 통해 분배되어 물체의 연속적인 층을 형성한다.
따라서, 보통의 담배 가공 동안에 회수된 담배 가루 및 입자는 비용 효율적인 방식으로 동일한 궐련 제조 시설에서 편리하게 수행될 수 있는 간단하고 저렴한 공정을 거치게 된다. 이는 물류 관점에서 유리하다.
또한, 상기 방법에 의해 형성된 담배 물체의 기하학적 구조를 선택하고, 주어진 크기를 갖는 노즐을 통해 소정의 치수를 갖는 담배 가루 입자를 함유하는 슬러리를 분배하여, 인쇄된 물체의 특성을 상이한 잠재 용도를 고려하여 맞춤화하는 것이 가능하다. 특히, 담배 각초의 성분으로서 사용하기 위해, 충진력은 회수된 담배 가루로 형성된 종래의 제품의 충진력에 비해 현저히 개선될 수도 있다.
본 발명에 따른 방법은 담배 입자의 평균 크기 및 예를 들어 노즐 개구의 크기와 같은 작동 파라미터를 제어하여, 증착 동작의 품질이 최적화될 수 있고, 상기 방법에 의해 수득 가능한 제품의 특징들이 상이한 후속 용도를 고려하여 미세 조정되고 맞춤화될 수 있기 때문에 매우 다용도성이라는 점을 이해해야 할 것이다.
본 발명에 따른 방법에서, 약 100㎛ 내지 약 400㎛의 평균 입자 크기를 갖는 미세 담배 입자는 수성 매질과 조합되어 담배 슬러리를 형성한다.
바람직하게는, 상기 담배 슬러리는 습윤제, 담배 보존 제제 및 결합제를 추가로 포함하고 있다.
바람직하게는, 담배 입자는 황색종(Flue-Cured), 터키종(Turkish), 메릴랜드종(Maryland), 버얼리종(Burley), 버지니아종(Virginia) 또는 오리엔탈종(Oriental) 담배 중 적어도 하나를 포함한다. 담배 입자는 담배 줄기와 담배 잎에서 유래한 것일 수도 있다.
바람직하게는, 습윤제는 글리세린 또는 프로필렌 글리콜, 또는 이들의 임의의 조합이다.
바람직하게는, 담배 보존 제제는 프로피오네이트, 카보네이트, 벤조에이트 또는 소르빈산 칼륨 중 적어도 하나이다.
결합제는 바람직하게는 펙틴, 구아 검, 열매 펙틴, 시트러스 펙틴, 담배 펙틴, 히드록시에틸 구아 검, 히드록시프로필 구아 검, 히드록시에틸 로커스트 빈 검, 히드록시프로필 로커스트 빈 검, 알긴산염, 전분, 변성 전분, 유도 전분, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 에틸히드록시메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 타마린드 검, 덱스트란, 풀라론(pullalon), 곤약 분말 또는 잔탄 검이다.
바람직하게는, 담배 가루는 적어도 약 120㎛의 평균 입자 크기를 갖는 담배 입자를 포함한다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 담배 가루는 약 180㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 담배 입자를 포함한다. 이것은 궐련 및 절단 담배 잎과 줄기에 기반한 기타 담배 제품 제조를 위한 담배 가공에서 통상적으로 형성되는 담배 가루 입자의 크기에 해당한다. 또한, 이러한 담배 입자 크기는 슬러리의 점도에 미치는 영향으로 인해 유익하므로, 슬러리의 총 고형분 함량이 원하는 슬러리의 점도를 실질적으로 변경시키지 않고 증가될 수도 있다. 또한, 더 작은 담배 입자 크기를 선택하여, 더 적은 결합제가 필요할 수도 있다. 더 적은 결합제의 사용은 본 발명에 따른 방법에 의해 수득 가능한 담배 물체에서 더 많은 양의 담배를 초래한다. 이는 전잎 담배(whole leaf tobacco)에 더 가까운 아로마 및 향미 특성이 담배 물체에 보존될 수도 있다는 점에서 유리하다.
바람직하게는, 슬러리는 물 이외의 총 고형분 함량이 적어도 약 15%, 바람직하게는 20%이다. 보다 바람직하게는, 슬러리는 적어도 약 25%의 총 고형분 함량을 갖는다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 슬러리는 바람직하게는 약 40% 미만의 총 고형분 함량을 갖는다. 보다 바람직하게는, 슬러리는 약 30% 미만의 총 고형분 함량을 갖는다. 이 바람직한 범위 내에서, 총 고형분의 약 20 내지 80%, 바람직하게는 40 내지 60%가 담배인 것이 바람직하다. 슬러리는 회분식 또는 연속식으로 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 담배 가루를 함유하는 수성 슬러리는 적층 제조 시스템의 인쇄 헤드에 공급되고 인쇄 헤드에 의해 분배되어 담배 물체의 연속적인 층을 형성한다. 예로서, 슬러리는 3D 프린터의 인쇄 헤드에 공급되고 노즐을 통해 분배되어 담배 물체의 연속적인 층을 형성한다.
직사각형, 사다리꼴, 사인파형, 고리형, Y-자형, X-자형 및 V-자형을 포함하여, 광범위한 3차원 형상이 본 발명의 방법에 의해 얻어질 수 있다.
바람직하게는, 슬러리는 적어도 약 140㎛의 직경을 갖는 노즐 개구를 통해 인쇄 헤드에 의해 분배된다. 이것은 이러한 유형의 노즐 개구를 가지고 상기 정의된 바와 같은 평균 크기를 갖는 담배 입자들이 장애를 일으키지 않고 쉽게 통과할 수 있다는 점에서 유리하다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 슬러리는 바람직하게는 약 220㎛ 미만의 직경을 갖는 노즐 개구를 통해 인쇄 헤드에 의해 분배된다. 이것이 바로 응집성 3차원 물체가 형성될 수도 있다.
바람직하게는, 슬러리를 분배해서 상기 담배 물체의 층을 형성하는 단계는 적어도 약 140㎛의 단계별 증분 만큼 상기 인쇄 헤드를 이동시키는 것을 포함한다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 슬러리를 분배해서 상기 담배 물체의 층을 형성하는 단계는 약 220㎛ 미만의 단계별 증분 만큼 인쇄 헤드를 이동시키는 것을 포함하고 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 인쇄 헤드를 적어도 약 80℃의 온도로 가열하는 단계를 더 포함한다. 보다 바람직하게는, 상기 방법은 인쇄 헤드를 적어도 약 140℃의 온도로 가열한다. 이는 이러한 온도에서, 담배 물질에 함유된 환원 당이 활성화되어 결합제로서 작용한다는 것이 발견되었기 때문에 유리하다. 따라서, 적층 제조 단계를 수행하기 전에 첨가제를을 공급할 필요가 없으며, 이는 공정을 특히 수월하고 비용 효율적으로 만든다. 또한, 비-담배 첨가제를 사용하지 않기 때문에, 담배 물질의 천연 향기 노트가 어떤 식으로도 영향을 받거나 변경되지 않는다.
일부 구현예에서, 수성 슬러리는 제1 유형의 담배 가루를 함유하고, 상기 방법은 제2 유형의 담배 가루를 함유하는 추가의 수성 슬러리를 준비하고 상기 추가의 슬러리를 인쇄 헤드에 공급하여, 슬러리를 분배하는 단계에서, 상기 제1 및 제2 담배 유형이 혼합된다. 이는 최종 제품의 특성이 보다 쉽고 미세하게 맞춤화될 수 있기 때문에 유리하다. 특히, 본 방법에 의해 수득 가능한 담배 물체의 3차원 구조로 인해, 연소율 및 연기 전달 프로파일의 관점에서 전반적인 성능을 유지하면서 증가된 충진력을 갖는 충진재가 형성될 수 있다. 실제로, 제1 및 제2 유형의 담배 가루의 비율을 조정하여, 담배 물체의 향기 노트 및 연기 전달을 조정할 수 있으며, 결과적으로 3차원 담배 물체를 함유하는 충진재 물질을 조정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 담배 물체의 형성된 층을 경화시키는 단계를 더 포함한다. 경화를 위한 적절한 열원은 열기, 적외선, 레이저 및 플라즈마 제트를 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 방법으로부터 수득된 담배 물체는 흡연 물품에 사용하기 위한 담배 충진재 입자이다. 본 발명에 따른 방법에 의해 수득된 담배 충진재 입자는 다양한 흡연 물품에 혼입될 수 있다. 일부 구현예에서, 본 발명에 따른 방법에 의해 처리된 담배 충진재 입자는 필터 궐련(filter cigarette), 가는 엽궐련(cigarillo) 또는 엽궐련(cigar)과 같은 가연성 흡연 물품의 담배 로드에 사용될 수 있다. 대안적으로, 담배 충진재 입자는 증류 기반 흡연 물품의 담배 에어로졸 발생 기재, 또는 전기 가열식 흡연 시스템을 제공하는 데 사용될 수도 있다. 대안적으로, 담배 충진재 입자는 손으로 말아 피는 제품 또는 스스로 만들어 피는 제품(make-your-own), 혹은 파이프에 사용하기 위한 가루형 담배 제품(loose tobacco product)으로서 사용될 수도 있다.
이제, 본 발명에 따른 방법에 의해 수득된 담배 물체의 개략적인 사시도인, 첨부된 도 1을 참조하여 단지 예시용으로 본 발명을 추가적으로 설명할 것이다.
실시예 1
물, 글리세린 및 펙틴을 사용하여 평균 입자 크기가 약 140㎛인 미세한 담배 입자를 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 슬러리의 총 고형분 함량은 약 22% (슬러리의 78%가 물로 이루어짐)였다. 이 고형분 중에서, 약 41%가 담배 입자였다.
슬러리를 3D 프린터의 인쇄 헤드에 공급하였으며, 인쇄 헤드는 약 160㎛의 노즐 개구를 갖는 것이다. 인쇄 헤드를 약 110℃의 온도로 가열하였다. 슬러리를 인쇄 헤드로부터 분배해서 흡연 물품에 사용하기 위한 3차원 충진재 입자의 연속적인 층을 형성하였다.
하나의 그러한 3차원 충진재 입자(10)가 도 1에 도시되어 있다. 충진재 입자(10)는 실질적으로 원통형인 관형 구조를 갖는다. 충진재 입자(10)를 형성하기 위해, 슬러리를 연속적인 층에 분배하였으며, 슬러리는 각 층에 실질적으로 환형으로 침착되어 있다. 형성된 담배 물체의 층들을 열기에 의해 최종 경화시켰다.
10: 충진재 입자
Claims (14)
- 3차원 담배 물체를 제조하는 방법으로,
약 100㎛ 내지 약 400㎛의 평균 입자 크기를 갖는 담배 입자를 포함하는 담배 가루를 제공하는 단계;
상기 담배 가루를 함유하는 수성 슬러리를 준비하는 단계;
상기 슬러리를 적층 제조 시스템의 인쇄 헤드에 공급하는 단계; 및
상기 슬러리를 상기 인쇄 헤드에 의해 분배해서 상기 담배 물체의 연속적인 층을 형성하는 단계를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 담배 가루는 적어도 약 120㎛의 평균 입자 크기를 갖는 담배 입자를 포함하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 담배 가루는 약 180㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 담배 입자를 포함하는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러리는 적어도 약 15%의 총 고형분 함량을 갖는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 슬러리의 총 고형분 함량의 적어도 40%가 담배인 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러리는 적어도 약 140㎛의 직경을 갖는 노즐 개구를 통해 상기 인쇄 헤드에 의해 분배되는 것인 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러리는 약 220㎛ 미만의 직경을 갖는 노즐 개구를 통해 상기 인쇄 헤드에 의해 분배되는 것인 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러리를 분배해서 상기 담배 물체의 층을 형성하는 단계는 적어도 약 140㎛의 단계별 증분 만큼 상기 인쇄 헤드를 이동시키는 것을 포함하는 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러리를 분배해서 상기 담배 물체의 층을 형성하는 단계는 약 220㎛ 미만의 단계별 증분 만큼 상기 인쇄 헤드를 이동시키는 것을 포함하는 방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 헤드를 적어도 약 80℃의 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 헤드를 적어도 약 140℃의 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수성 슬러리는 제1 유형의 담배 가루를 함유하고; 상기 방법은 제2 유형의 담배 가루를 함유하는 추가의 수성 슬러리를 준비하고 상기 추가의 슬러리를 상기 인쇄 헤드에 공급하여, 상기 슬러리를 분배하는 단계에서, 상기 제1 및 제2 담배 유형이 혼합되는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 담배 물체의 형성된 층을 경화시키는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 담배 물체는 흡연 물품에 사용하기 위한 담배 충진재 입자인 방법.
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