KR20190143005A - 에어로졸 생성 구조체 및 에어로졸 생성 구조체의 제조 방법 - Google Patents

에어로졸 생성 구조체 및 에어로졸 생성 구조체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

에어로졸 생성 물품의 구조체는 가열 시 에어로졸을 생성하는 고체 입자, 바인더 및 열 전달 물질을 포함할 수 있고, 에어로졸 생성 물품의 구조체를 제조하는 방법은 가열 시 에어로졸을 생성하는 고체 입자, 바인더 및 열 전달 물질을 포함하도록 제조할 수 있다.

Description

에어로졸 생성 구조체 및 에어로졸 생성 구조체의 제조 방법{AEROSOL-GENERATING STRUCTURE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 개시는 에어로졸 생성 물품의 구조체 및 에어로졸 생성 물품의 구조체를 제조하는 방법에 관한다.
근래에 일반적인 궐련의 단점들을 극복하는 대체 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성시키는 방법이 아닌 궐련 내의 에어로졸 생성 물질이 가열됨에 따라 에어로졸이 생성하는 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라, 가열식 궐련 또는 가열식 에어로졸 생성 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
다양한 실시예들은 에어로졸 생성 물품의 구조체 및 에어로졸 생성 물품의 구조체를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
일 측면에 따른 에어로졸 생성 구조체는, 에어로졸을 생성하는 고체 입자 및 상기 고체 입자들 사이에 기공이 형성되도록 상기 고체 입자의 표면에 접착되어 상기 고체 입자를 지지하는 바인더를 포함하는 결합체; 및 외부로부터 열을 공급받아 상기 고체 입자에 열을 전달하도록 상기 결합체의 내부를 관통하며 상기 결합체의 일단에서 타단까지 연장되는 열전달층;을 포함한다.
상술한 에어로졸 생성 구조체에 있어서, 상기 구조체의 흡인 저항은 50mmH2O/30mm 이하이다.
상술한 에어로졸 생성 구조체에 있어서, 상기 바인더는 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(hydroxypropyl methylcellulose), 풀루란(pullulan) 및 전분(starch) 중 적어도 하나를 포함한다.
상술한 에어로졸 생성 구조체에 있어서, 상기 열전달층은 활성탄, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene), 열 전도도가 0.1W/mK 이상인 고분자 물질(polymer substrate) 및 열전도도가 10.0W/mK 이상인 금속 물질 중 적어도 하나를 포함한다.
다른 측면에 따른 에어로졸 생성 구조체의 제조 방법은, 형틀의 내부를 관통하도록 열전달층을 배치하는 단계; 상기 열전달층의 외부의 공간에, 에어로졸을 생성하는 고체 입자를 배치하는 단계; 상기 고체 입자들 사이에 기공이 형성되도록 상기 고체 입자의 표면에 바인더를 접착시키기 위하여 상기 고체 입자에 상기 바인더를 혼합하는 단계; 및 상기 고체 입자와 상기 바인더의 혼합물을 건조하는 단계;를 포함한다.
상술한 제조 방법에 있어서, 상기 구조체의 흡인 저항은 50mmH2O/30mm 이하이다.
상술한 제조 방법에 있어서, 상기 바인더는 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(hydroxypropyl methylcellulose), 풀루란(pullulan) 및 전분(starch) 중 적어도 하나를 포함한다.
상술한 제조 방법에 있어서, 상기 열전달층은 활성탄, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene), 열 전도도가 0.1W/mK 이상인 고분자 물질(polymer substrate) 및 열전도도가 10.0W/mK 이상인 금속 물질 중 적어도 하나를 포함한다.
상술한 제조 방법에 있어서, 상기 고체 입자에 상기 바인더를 혼합하는 단계는, 상기 고체 입자의 100 중량부를 기준으로, 10 내지 35 중량부의 상기 바인더를 상기 고체 입자에 혼합한다.
도 1은 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 구조체를 포함하는 에어로졸 생성 물품을 도시한 도면이다.
도 2는 일부 실시예에 따라 고체 입자와 바인더 간의 점 접착을 통해 고체 입자 사이에 기공을 형성하는 과정의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일부 실시예에 따라 고체 입자와 바인더 간의 점 접착을 통해 고체 입자 사이에 기공을 형성하는 과정의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 열전달층을 포함하는 에어로졸 생성 구조체의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 열전달층을 포함하는 에어로졸 생성 구조체의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 6은 일부 실시예에 따른 열전달층을 포함하는 에어로졸 생성 구조체의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 7은 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 구조체를 제조하는 방법의 흐름도이다.
본 실시예들에서 사용되는 용어는 본 실시예들에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서, 본 실시예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 실시예들 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 실시예들에서 "에어로졸 생성 물질"은 에어로졸을 발생시킬 수 있는 물질을 의미하며, 에어로졸 형성 기질을 의미할 수도 있다. 에어로졸은 휘발성 화합물을 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 물질은 고체 또는 액체일 수 있다.
예를 들면, 고체의 에어로졸 생성 물질은 판상엽 담배, 각초, 재구성 담배 등 담배 원료를 기초로하는 고체 물질을 포함할 수 있으며, 액체의 에어로졸 생성 물질은 니코틴, 담배 추출물 및 다양한 향미제를 기초로하는 액체 물질을 포함할 수 있다. 물론 상기 예시에 제한되지 않는다.
본 실시예들에서 "에어로졸 생성 장치"는, 사용자의 입을 통해 사용자의 폐로 직접적으로 흡입 가능한 에어로졸을 발생시키기 위해 에어로졸 생성 물질을 이용하여 에어로졸을 생성하는 장치일 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 생성 장치는 사용자가 손으로 쥘 수 있는 홀더(holder)일 수 있다.
이하에서는 도면들을 참조하여 본 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 구조체를 포함하는 에어로졸 생성 물품을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 에어로졸 생성 물품(100)은 에어로졸 생성 물질(110), 중간 구조물(120), 냉각 구조물(130), 필터 세그먼트(140) 및 포장재(150)를 포함할 수 있다.
에어로졸 생성 물질(110)은 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
에어로졸 생성 물질(110)은 길게 연장된 로드 형태를 가질 수 있고, 그 길이는 다양할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 물질(110)의 길이는 7 내지 15 밀리미터일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일부 예에서, 에어로졸 생성 물질(110)의 길이는 약 12 밀리미터일 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 물질(110)의 직경은 7 내지 9 밀리미터일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일부 예에서, 에어로졸 생성 물질(110)의 직경은 약 7.9 밀리미터일 수 있다.
선택적으로, 에어로졸 생성 물질(110)은 풍미제, 습윤제 및/또는 아세테이트 화합물과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 예를 들어, 풍미제는 감초, 자당, 과당 시럽, 이소감미제(isosweet), 코코아, 라벤더, 시나몬, 카르다몸, 셀러리, 호로파, 카스카릴라, 백단, 베르가못, 제라늄, 벌꿀 에센스, 장미 오일, 바닐라, 레몬 오일, 오렌지 오일, 민트 오일, 계피, 케러웨이, 코냑, 자스민, 카모마일, 멘톨, 계피, 일랑일랑, 샐비어, 스피어민트, 생강, 고수 또는 커피 등을 포함할 수 있다. 또한, 습윤제는 글리세린 또는 프로필렌 글리콜 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 담배 원료를 분쇄한 후 용매 및 다양한 첨가물을 혼합하여 슬러리로 형태로 제조한 이후, 슬러리를 건조시켜 시트를 형성할 수 있다. 그 후에, 시트를 가공하여 복수의 담배 물질 가닥들을 형성할 수 있다.
예를 들면, 에어로졸 생성 물질(110)은 복수 개의 담배 물질 가닥들을 포함할 수 있고, 이러한 가닥 1개는 길이가 10 내지 14 밀리미터(예를 들면 12 밀리미터), 폭이 0.8 내지 1.2 밀리미터(예를 들면 1 밀리미터) 및 두께가 0.08 내지 0.12 밀리미터(예를 들면 0.1 밀리미터)일 수 있다. 그러나, 담배 물질 가닥의 길이, 폭 및 두께는 상술한 예에 한정되지 않는다.
에어로졸 생성 물질(110)은 넓은 담배 시트 형태를 가공한 복수의 가닥 물질들을 포함하므로, 에어로졸 생성 물질(110)에 충전된 담배 물질의 밀도가 증가될 수 있다. 이에 따라, 에어로졸 생성 물질(110)로부터 발생되는 에어로졸이 양이 증가될 수 있고, 에어로졸 생성 물질(110)의 제조 특성이 향상될 수 있다.
필터 세그먼트(140)는 에어로졸 생성 물질(110)과 나란하게 배치될 수 있고, 에어로졸 생성 물질(110)에서 발생한 에어로졸 물질이 사용자에게 흡입되기 직전에 필터 세그먼트(140)를 통과한다.
필터 세그먼트(140)는 다양한 재질로 형성할 수 있는데, 예를 들면 셀룰로오스 아세테이트를 포함할 수 있다. 필터 세그먼트(140)는 원통형 필터, 중공을 포함하는 튜브형 필터 또는 리세스형 필터로 제작될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 필터 세그먼트(140)의 길이는 5 밀리미터 내지 15 밀리미터일 수 있으나, 상술한 범위에 한정되지 않는다.
또한, 필터 세그먼트(140)는 적어도 하나의 캡슐(미도시)을 포함할 수 있다. 필터 세그먼트(140)에 구비된 캡슐(미도시)은 향료를 포함하는 내용액을 피막으로 감싼 구조일 수 있고, 예를 들면, 구형 또는 원통형의 형상을 가질 수 있다.
또한 이러한 필터 세그먼트(140)에 구비된 캡슐(미도시)의 피막을 형성하는 재료는 전분 및/또는 겔화제일 수 있다. 예를 들어, 겔화제로서는 젤란 검이나 젤라틴이 사용될 수 있다. 또한, 캡슐(미도시)의 피막을 형성하는 재료로서 겔화 조제(助劑)가 더 이용될 수도 있다. 여기에서, 겔화 조제로서는, 예를 들면, 염화 칼슘이 사용될 수 있다. 또한, 캡슐(미도시)의 피막을 형성하는 재료로서 가소제가 더 이용될 수도 있다. 여기에서, 가소제로서는 글리세린 및/또는 소르비톨이 이용될 수 있다. 또한, 캡슐(미도시)의 피막을 형성하는 재료로서 착색료가 더 이용될 수도 있다.
예를 들어, 캡슐의 내용액에 포함되는 향료로서는 멘톨, 식물의 정유(精油) 등이 이용될 수 있다. 또한, 내용액에 포함되는 향료의 용매로서는, 예를 들면, 중쇄지방산 트리글리세리드(MCT)가 이용될 수 있다. 또한, 내용액은 색소, 유화제(乳化劑), 증점제(增粘劑) 등의 다른 첨가제를 함유할 수도 있다.
중간 구조물(120)은 필터 세그먼트(140)와 에어로졸 생성 물질(110)의 사이에 배치되고, 예를 들면 에어로졸 생성 물질(110)에 인접하도록 배치될 수 있다. 중간 구조물(120)은 다양한 물질로 형성할 수 있는데, 예를 들면 셀룰로오스 아세테이트를 포함할 수 있다. 또한, 중간 구조물(820)은 내부에 중공을 포함하는 튜브 형태일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
중간 구조물(120)의 길이는 7 밀리미터 내지 15 밀리미터 일 수 있고, 선택적으로, 약 7 밀리미터일 수 있다. 또한, 중간 구조물(120)의 길이는 다양하게 설정될 수 있고, 중간 구조물(120)의 길이에 따라 에어로졸 생성 물질(110) 전체의 길이가 변경될 수 있다.
냉각 구조물(130)은 에어로졸 생성 물질(110)과 필터 세그먼트(140)의 사이에 배치되고, 구체적으로 중간 구조물(120)과 필터 세그먼트(140)의 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 냉각 구조물(130)은 중간 구조물(120) 및 필터 세그먼트(140)와 접할 수 있다.
냉각 구조물(130)은 에어로졸 생성 물질(110)로부터 발생된 에어로졸을 냉각할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 물품(100)이 에어로졸 생성 장치에 삽입되어 사용자에 의해 이용되는 경우, 히터에 의하여 가열된 에어로졸 생성 물질(110)로부터 생성된 에어로졸을 냉각할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 너무 높지 않은 적절하고 안전한 온도의 에어로졸을 흡입할 수 있다.
냉각 구조물(130)의 길이는 10 밀리미터 내지 20 밀리미터일 수 있고, 선택적으로, 14 밀리미터가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
냉각 구조물(130)은 다양한 재질로 형성될 수 있고, 예를 들면 폴리락트 산(PLA:Poly Lactic Acid)을 함유할 수 있다.
냉각 구조물(130)은 다양한 방법으로 제조될 수 있는데, 예를 들어 폴리락트 산을 함유하는 섬유들을 이용하여 제작(예를 들어, 직조)될 수 있다. 이 경우, 냉각 구조물(130)이 외부 충격에 의하여 변형되거나 기능을 상실하게 될 위험이 낮아질 수 있다. 또한, 섬유들을 조합하는 방식이 변경됨에 따라 다양한 형상을 갖는 냉각 구조물(130)이 제작될 수 있다.
또한, 섬유들을 이용하여 냉각 구조물(130)이 제작됨으로써, 에어로졸과 접촉하는 표면적이 증대될 수 있다. 따라서, 냉각 구조물(130)의 에어로졸 냉각 효과는 더욱 향상될 수 있다.
포장재(150)는 전술한 에어로졸 생성 물질(110), 중간 구조물(120), 냉각 구조물(130) 및 필터 세그먼트(140)를 감싸도록 형성될 수 있다. 포장재(150)는 복수 개의 구별된 포장재들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 구별된 포장재들 각각은 전술한 에어로졸 생성 물질(110), 중간 구조물(120), 냉각 구조물(130) 및 필터 세그먼트(140) 각각을 감싸도록 형성될 수 있다. 다만, 이는 예시에 불과할 뿐, 이에 제한되지 않는다. 포장재(150)는 내유성을 갖는 종이류 포장재로 제작될 수 있으며, 일반적인 종이류 포장재로 제작될 수도 있다.
아래 도 2 내지 도 7에서 설명하는 에어로졸 생성 구조체 및 에어로졸 생성 구조체의 제조 방법은 도 1의 에어로졸 생성 물질(110) 및 에어로졸 생성 물질(110)을 제조하는 방법에 적용될 수 있다.
도 2는 일부 실시예에 따라 고체 입자와 바인더 간의 점 접착을 통해 고체 입자 사이에 기공을 형성하는 과정의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 에어로졸 생성 구조체는 휘발성 화합물(230)을 포함하는 고체 입자(200) 및 바인더(210)를 포함할 수 있다. 휘발성 화합물(230)은 가열 시 고체 입자(200)로부터 방출되어 에어로졸을 형성하는 물질을 포함할 수 있다.
일 예로, 고체 입자(200)는 과립형 재구성 담배 입자를 포함할 수 있다. 다른 예로, 고체 입자는(200)는 판상엽 담배, 각초, 추출물 등 담배 원료를 기초로 하는 고체 물질을 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 고체 입자(200)의 표면에 점 접착하는 바인더(210)에 의해 고체 입자(200)들 사이에 기공(220)이 형성될 수 있다.
점 접착을 형성하는 경우 선 접착을 형성하는 경우보다 기공률이 높아지게 되고, 기공률이 높아질수록 에어로졸 생성 구조체의 흡인 저항이 낮아질 수 있다.
고체 입자(200) 100 중량부를 기준으로 하여, 바인더(210)가 10 내지 35 중량부를 갖는 비율로 점 접착을 형성함이 바람직할 수 있다.
고체 입자(200) 100 중량부에 대한 바인더(210)의 중량부가 35 중량부 이상이 되면, 바인더(210)의 양이 증가되더라도 접착성이 거의 향상되지 않을 수 있다. 또한, 고체 입자(200) 100 중량부에 대한 바인더(210)의 중량부가 35 중량부 이상이 되면, 바인더(210)에 의해 전체 용적이 증가할 수 있고, 기공의 비율이 감소될 수 있다. 이에 따라, 에어로졸 생성 구조체의 흡인 저항이 높아질 수 있다. 또한, 고체 입자(200) 표면이 바인더(210)로 덮일 수 있으므로, 바인더(210)와 고체 입자(200) 간의 흡착 속도가 급속히 감소될 수 있다.
반면, 바인더(210)의 중량부가 고체 입자(200) 100 중량부에 대해 10 중량부 이하가 되면, 고체 입자(200)와 바인더(210)가 형성하는 접착의 강도가 낮아지고, 고체 입자(200)가 바인더(210)와 제대로 결착되지 않을 수 있다.
고체 입자(200)와 바인더(210) 간의 점 접착은 용적이 작은 부피 안에서 높은 공극률을 형성하는 이점이 있을 수 있다. 또한, 소량의 바인더(210)를 이용하여 고체 입자(200)의 공극률이 증가될 수 있고, 고체 입자(200)의 경도가 향상될 수 있다.
일 예로, 고체 입자(200) 100 중량부를 기준으로 하여, 바인더(210)가 10 내지 35 중량부를 갖도록 하는 비율로 바인더(210)와 고체 입자(200) 간의 중량부 비율을 유지하는 경우, 에어로졸 생성 구조체의 흡인 저항은 50mmH2O/30mm 이하일 수 있다. 또한, 바인더(210)가 고체 입자(200)와 점 접착을 형성함으로써, 에어로졸 생성 구조체의 경도가 90% 이상 향상될 수 있다.
바인더(210)는 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(hydroxypropyl methylcellulose), 풀루란(pullulan) 및 전분(starch) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 고체 입자(200) 사이의 기공(220)에는 열 전달 물질이 포함될 수 있다.
열 전달 물질은 에어로졸 생성 구조체의 가열 시 고체 입자(200)에 열을 전달하여, 에어로졸 생성 구조체의 열 전달 효율을 상승시킬 수 있다. 일 예로, 열 전달 물질을 포함하는 에어로졸 생성 구조체의 열 전달 효율은 열 전달 물질을 포함하지 않는 에어로졸 생성 구조체보다 2% 높을 수 있다.
열 전달 물질은 활성탄, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene) 및 열 전도도가 0.1W/mK 이상인 고분자 물질(polymer substrate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 열 전달 물질은 철, 니켈, 알루미늄, 동, 스테인리스스틸 등 열전도도가 10.0W/mK 이상인 금속 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 3은 일부 실시예에 따라 고체 입자와 바인더 간의 점 접착을 통해 고체 입자 사이에 기공을 형성하는 과정의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 에어로졸 생성 구조체는 휘발성 화합물(330)을 포함하는 고체 입자(300) 및 바인더(310)를 포함할 수 있다. 휘발성 화합물(330)은 가열 시 고체 입자(300)로부터 방출되어 에어로졸을 형성하는 물질을 포함할 수 있다.
일 예로, 고체 입자(300)는 가닥 형태의 재구성 담배 물질일 수 있다. 또는, 복수의 고체 입자(300)들은 담배 원료를 분쇄한 후 용매 및 다양한 첨가물을 혼합하여 슬러리로 형태로 제조하고 건조시켜 시트를 형성한 후, 이러한 시트를 가공하여 막대 등과 같은 조각을 갖는 재구성 담배 물질을 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 고체 입자(300)의 표면에 점 접착하는 바인더(310)에 의해 고체 입자들(300) 사이에 기공(320)이 형성될 수 있다.
고체 입자(300)의 다양한 형태에 따라 같은 중량부의 바인더(310)에 대해 형성되는 기공률이 달라질 수 있다. 일 예로, 도 3의 가닥 형태의 재구성 담배 물질인 고체 입자(300)가 도 2의 과립형 재구성 담배 물질인 고체 입자(200)보다 더 높은 기공률을 가질 수 있다.
고체 입자(300) 100 중량부를 기준으로 하여, 바인더(310)가 10 내지 35 중량부를 갖는 비율로 점 접착을 형성함이 바람직할 수 있다.
고체 입자(300) 100 중량부에 대한 바인더(310)의 중량부가 35 중량부 이상이 되면, 바인더(310)의 양이 증가되더라도 접착성이 거의 향상되지 않을 수 있다. 또한, 고체 입자(300) 100 중량부에 대한 바인더(310)의 중량부가 35 중량부 이상이 되면, 바인더(310)에 의해 전체 용적이 증가할 수 있고, 기공(320)의 비율이 감소될 수 있다. 이에 따라, 에어로졸 생성 구조체의 흡인 저항이 높아질 수 있다. 또한, 고체 입자(300) 표면이 바인더(310)로 덮이므로, 바인더(310)와 고체 입자(300) 간의 흡착 속도가 급속히 감소될 수 있다.
반면, 바인더(310)의 중량부가 고체 입자(300) 100 중량부에 대해 10 중량부 이하가 되면 고체 입자(300)와 바인더(310)가 형성하는 접착의 강도가 낮아지고, 고체 입자(300)가 바인더(310)와 제대로 결착되지 않을 수 있다.
고체 입자(300)와 바인더(310) 간의 점 접착은 용적이 작은 부피 안에서 높은 공극률을 형성할 수 있는 이점이 있을 수 있다. 또한, 소량의 바인더(310)를 이용하여 고체 입자(300)의 공극률이 증가될 수 있고, 고체 입자(300)의 경도가 향상될 수 있다.
일 예로, 고체 입자(300) 100 중량부를 기준으로 하여, 바인더(310)가 10 내지 35 중량부를 갖도록 하는 비율로 바인더(310)와 고체 입자(300) 간의 중량부 비율을 유지하는 경우, 에어로졸 생성 구조체의 흡인 저항은 50mmH2O/30mm 이하일 수 있다. 또한, 바인더(310)가 고체 입자와 점 접착을 형성함으로써, 에어로졸 생성 구조체의 경도가 90% 이상 향상될 수 있다.
바인더(310)는 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(hydroxypropyl methylcellulose), 풀루란(pullulan) 및 전분(starch) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나 고체 입자(300) 사이의 기공(320)에는 열 전달 물질이 포함될 수 있다.
열 전달 물질은 에어로졸 생성 구조체의 가열 시 고체 입자에 열을 전달하여, 에어로졸 생성 구조체의 열 전달 효율을 상승시킬 수 있다. 일 예로, 열 전달 물질을 포함하는 에어로졸 생성 구조체의 열 전달 효율은 열 전달 물질을 포함하지 않는 에어로졸 생성 구조체와 비교하여 2% 상승될 수 있다.
열 전달 물질은 활성탄, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene) 및 열 전도도가 0.1W/mK 이상인 고분자 물질(polymer substrate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 열 전달 물질은 철, 니켈, 알루미늄, 동, 스테인리스스틸 등 열전도도가 10.0W/mK 이상인 금속 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 4는 일부 실시예에 따른 열전달층을 포함하는 에어로졸 생성 구조체의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 에어로졸 생성 구조체(400)는 열전달층(410) 및 결합체(420)를 포함할 수 있다.
결합체(420)는 가열 시 에어로졸을 발생시키는 고체 입자와 고체 입자 사이에 기공을 형성하는 바인더를 포함할 수 있다. 바인더는 고체 입자의 표면에 점 접착함으로써, 고체 입자를 지지할 수 있다. 이에 따라, 고체 입자들 간의 상대적 위치 또는 고체 입자들 간에 형성되는 기공의 비율이 유지될 수 있다.
열전달층(410)은 외부로부터 공급받는 열을 결합체(420)에 전달하기 위해 에어로졸 생성 구조체(400)의 일단에서 타단까지 연장될 수 있다. 예를 들어, 열전달층(410)은 결합체(420)의 내부를 관통하며 결합체(420)의 일단에서 타단까지 연장될 수 있다.
일 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 에어로졸 생성 구조체(400)는 중심에 원기둥 형태의 열전달층(410)을 구비하고, 열전달층(410)의 외부를 결합체(420)가 감싸는 형태일 수 있다. 다만, 이는 예시에 불과할 뿐, 열전달층(410) 및 결합체(420)는 에어로졸 생성 구조체(400) 상에서 다양한 위치에 배치될 수 있고, 다양한 형태로 구성될 수 있다.
결합체(420)의 고체 입자는 과립, 가닥, 각초 및 추출물 중 적어도 하나를 포함하는 담배 입자일 수 있으며, 바인더는 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(hydroxypropyl methylcellulose), 풀루란(pullulan) 및 전분(starch) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 에어로졸 생성 구조체의 내부를 관통하며 결합체(420)에 열을 전달하는 열전달층(410)은 활성탄, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene) 및 열 전도도가 0.1W/mK 이상인 고분자 물질(polymer substrate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 열 전달 물질은 철, 니켈, 알루미늄, 동, 스테인리스스틸 등 열전도도가 10.0W/mK 이상인 금속 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 5는 일부 실시예에 따른 열전달층을 포함하는 에어로졸 생성 구조체의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 에어로졸 생성 구조체(500)는 열전달층(510) 및 결합체(520)를 포함할 수 있다.
결합체(520)는 가열 시 에어로졸을 발생시키는 고체 입자와 고체 입자 사이에 기공을 형성하는 바인더를 포함할 수 있다. 바인더는 고체 입자의 표면에 점 접착함으로써, 고체 입자를 지지할 수 있다. 이에 따라, 고체 입자들 간의 상대적 위치 또는 고체 입자들 간에 형성되는 기공의 비율이 유지될 수 있다.
열전달층(510)은 외부로부터 공급받는 열을 결합체(520)에 전달하기 위해 에어로졸 생성 구조체(500)의 일단에서 타단까지 연장될 수 있다. 일 예로, 도 5에 도시된 바와 같이 에어로졸 생성 구조체(500)는 중심에 중공을 포함하는 원기둥 형태의 열전달층(510)을 구비하고, 열전달층(510)의 외부를 결합체(520)가 감싸는 형태일 수 있다. 한편, 결합체(520)는 열전달층(510)의 내부에도 포함될 수 있다. 다만, 이는 예시에 불과할 뿐, 열전달층(510) 및 결합체(520)는 에어로졸 생성 구조체(500) 상에서 다양한 위치에 배치될 수 있고, 다양한 형태로 구성될 수 있다.
도 5에서 열전달층(510)은 외부로부터 공급받은 열을 에어로졸 생성 구조체(500)의 일단에서 타단으로 전달할 수 있고, 결합체(520)에 열을 전달할 수 있다. 또한, 결합체(520)가 열전달층(510)의 내부에 포함되는 경우 열전달층(520)은 중공의 내부에 포함된 결합체(520)에 열을 전달할 수 있다.
결합체(520)의 고체 입자는 과립, 가닥, 각초 및 추출물 중 적어도 하나를 포함하는 담배 입자일 수 있으며, 바인더는 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(hydroxypropyl methylcellulose), 풀루란(pullulan) 및 전분(starch) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 에어로졸 생성 구조체의 내부를 관통하며 결합체(520)에 열을 전달하는 열전달층(510)은 활성탄, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene) 및 열 전도도가 0.1W/mK 이상인 고분자 물질(polymer substrate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 열 전달 물질은 철, 니켈, 알루미늄, 동, 스테인리스스틸 등 열전도도가 10.0W/mK 이상인 금속 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 6은 일부 실시예에 따른 열전달층을 포함하는 에어로졸 생성 구조체의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 에어로졸 생성 구조체(600)는 열전달층(610) 및 결합체(620)를 포함할 수 있다.
결합체(620)는 가열 시 에어로졸을 발생시키는 고체 입자와 고체 입자 사이에 기공을 형성하는 바인더를 포함할 수 있다. 바인더는 고체 입자의 표면에 점 접착함으로써, 고체 입자를 지지할 수 있다. 이에 따라, 고체 입자들 간의 상대적 위치 또는 고체 입자들 간에 형성되는 기공의 비율이 유지될 수 있다.
열전달층(610)은 외부로부터 공급받는 열을 결합체(620)에 전달하기 위해 에어로졸 생성 구조체(600)의 일단에서 타단까지 연장될 수 있다. 일 예로, 도 6에 도시된 바와 같이 에어로졸 생성 구조체(600)는 내부에 2개의 원기둥 형태의 열전달층(610)을 구비하고, 열전달층(610)을 제외한 공간에 결합체(620)를 포함할 수 있다. 다만, 이는 예시에 불과할 뿐, 열전달층(510) 및 결합체(520)는 에어로졸 생성 구조체(500) 상에서 다양한 위치에 배치될 수 있고, 다양한 형태로 구성될 수 있다.
도 6에서 열전달층(610)은 외부로부터 공급받은 열을 에어로졸 생성 구조체(600)의 일단에서 타단으로 전달하며, 결합체(620)에 열을 전달할 수 있다. 도 4의 경우와 비교해보면, 도 4의 열전달층(410)과 도 6의 열전달층(610)이 같은 부피라고 할 때, 도 6의 열전달층(610)은 도 4의 경우보다 더 넓은 부피로 결합체(620)와 접할 수 있고, 이에 따라, 도 4의 경우보다 결합체(620)에 외부로부터 공급받은 열을 더 빠르게 전달할 수 있다.
결합체(620)의 고체 입자는 과립, 가닥, 각초 및 추출물 중 적어도 하나를 포함하는 담배 입자일 수 있으며, 바인더는 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(hydroxypropyl methylcellulose), 풀루란(pullulan) 및 전분(starch) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 에어로졸 생성 구조체의 내부를 관통하며 결합체(620)에 열을 전달하는 열전달층(610)은 활성탄, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene) 및 열 전도도가 0.1W/mK 이상인 고분자 물질(polymer substrate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 열 전달 물질은 철, 니켈, 알루미늄, 동, 스테인리스스틸 등 열전도도가 10.0W/mK 이상인 금속 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 7은 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 구조체를 제조하는 방법의 흐름도이다. 에어로졸 생성 구조체를 제조하는 방법은 에어로졸 생성 물질을 제조하는 장치에 의해 수행될 수 있다. 통상의 기술자는 에어로졸 생성 물질을 제조하는 장치가 당해 기술분야에서 에어로졸 생성 물품을 제조하기 위해 일반적으로 이용되는 임의의 장치일 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
단계 700에서 에어로졸 생성 물질을 제조하는 장치는 형틀의 내부를 관통하도록 열전달층을 배치할 수 있다.
일 예에서, 열전달층의 길이는 에어로졸 생성 구조체의 일단에서 타단을 연장하는 길이일 수 있다. 에어로졸 생성 물질을 제조하는 장치는 활성탄, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene) 및 열 전도도가 0.1W/mK 이상인 고분자 물질(polymer substrate) 중 적어도 하나를 포함하는 열전달층을 제조하고, 또는 철, 니켈, 알루미늄, 동, 스테인리스스틸 등 열전도도가 10.0W/mK 이상인 금속 물질 중 적어도 하나를 포함하는 열 전달층을 제조하고, 에어로졸 생성 구조체를 제조하기 위한 형틀의 내부에 열전달층을 배치할 수 있다.
단계 710에서 에어로졸 생성 물질을 제조하는 장치는 형틀의 열전달층의 외부 공간에 고체 입자를 넣어 배치할 수 있다.
예를 들어, 고체 입자는 에어로졸 생성 구조체를 제조하기 위한 형틀에 열전달층이 배치된 후 빈 공간에 채워질 수 있다. 고체 입자는 과립, 가닥, 각초 및 추출물 중 적어도 하나를 포함하는 담배 입자일 수 있다. 고체 입자는 휘발성 화합물을 포함하여 가열 시 에어로졸을 발생시킬 수 있다.
단계 720에서 에어로졸 생성 물질을 제조하는 장치는 고체 입자에 바인더를 혼합하여 바인더를 고체 입자의 표면에 점 접착시킬 수 있다.
바인더는 고체 입자의 표면에 점 접착하여, 고체 입자 사이에서 고체 입자를 지지할 수 있다. 고체 입자는 임의로 배열되어 바인더에 의해 고정되며 고체 입자 사이에 기공이 형성될 수 있다.
고체 입자와 바인더 간의 점 접착에 의해 기공률이 높아질 수 있다. 기공률이 높아지는 경우, 사용자가 에어로졸 생성 물품을 흡인하는 때에 발생하는 흡인 저항을 줄여줄 수 있다.
고체입자에 대한 바인더의 중량 비율은 고체 입자 100 중량부를 기준으로 하여, 바인더가 10 내지 35 중량부를 갖는 비율이 바람직할 수 있다.
고체 입자 100 중량부에 대한 바인더의 중량부가 35 중량부 이상이 되면 바인더의 양이 증가되더라도 접착성이 거의 향상되지 않을 수 있으며, 바인더에 의해 전체 용적 자체가 증가하게 되고, 에어로졸 생성 구조체의 흡인 저항이 높아질 수 있다. 또한, 고체 입자 표면이 바인더로 덮일 수 있어 바인더와 고체 입자 간의 흡착 속도가 급속히 떨어질 수 있다.
반면, 바인더의 중량부가 고체 입자 100 중량부에 대해 10 중량부 이하가 되면 고체 입자와 바인더가 형성하는 접착의 강도가 낮아져 고체 입자가 바인더와 제대로 결착되지 않을 수 있다.
이러한 고체 입자와 바인더 간의 점 접착은 용적이 작은 부피 안에서 높은 공극률을 형성할 수 있는 이점이 있을 수 있다. 또한 소량의 바인더를 이용하여 고체 입자의 공극률이 증가될 수 있고, 고체 입자의 경도가 향상될 수 있다.
일 예로, 고체 입자 100 중량부를 기준으로 하여, 바인더가 10 내지 35 중량부를 갖도록 하는 비율로 바인더와 고체 입자를 혼합하는 경우, 에어로졸 생성 구조체의 흡인 저항은 50mmH2O/30mm 이하일 수 있다.
바인더는 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(hydroxypropyl methylcellulose), 풀루란(pullulan) 및 전분(starch) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
단계 730에서 에어로졸 생성 물질을 제조하는 장치는 바인더와 고체 입자의 혼합물을 건조시킬 수 있다.
예를 들어, 단계 720에서 바인더와 고체 입자를 혼합하는 단계는 바인더를 물방울 형태로 고체 입자에 분사하는 단계를 포함할 수 있다. 혼합된 바인더와 고체 입자는 단계 730에서 건조되면서 점 접착을 형성할 수 있다.
다른 예로, 건조시킨다는 것은 바인더와 고체 입자 간의 점 접착이 단단히 형성되도록 충분한 시간을 주거나, 필요에 따라 열을 가하는 단계를 포함하는 것을 의미할 수 있다.
에어로졸 생성 물질을 제조하는 장치는 바인더와 고체 입자 간의 점 접착을 단단하게 형성할 수 있다. 점 접착에 의해 고체 입자 사이에는 기공이 형성될 수 있다. 점 접착은 선 접착보다 기공률이 높을 수 있어, 에어로졸 생성 전구체의 흡인 저항이 더 낮아지는 이점이 있을 수 있다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 에어로졸을 생성하는 고체 입자 및 상기 고체 입자들 사이에 기공이 형성되도록 상기 고체 입자의 표면에 접착되어 상기 고체 입자를 지지하는 바인더를 포함하는 결합체; 및
    외부로부터 열을 공급받아 상기 고체 입자에 열을 전달하도록 상기 결합체의 내부를 관통하며 상기 결합체의 일단에서 타단까지 연장되는 열전달층;을 포함하는 에어로졸 생성 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조체의 흡인 저항은 50mmH2O/30mm 이하인 에어로졸 생성 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 바인더는 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(hydroxypropyl methylcellulose), 풀루란(pullulan) 및 전분(starch) 중 적어도 하나를 포함하는 에어로졸 생성 구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전달층은 활성탄, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene), 열 전도도가 0.1W/mK 이상인 고분자 물질(polymer substrate) 및 열전도도가 10.0W/mK 이상인 금속 물질 중 적어도 하나를 포함하는 에어로졸 생성 구조체.
  5. 형틀의 내부를 관통하도록 열전달층을 배치하는 단계;
    상기 열전달층의 외부의 공간에, 에어로졸을 생성하는 고체 입자를 배치하는 단계;
    상기 고체 입자들 사이에 기공이 형성되도록 상기 고체 입자의 표면에 바인더를 접착시키기 위하여 상기 고체 입자에 상기 바인더를 혼합하는 단계; 및
    상기 고체 입자와 상기 바인더의 혼합물을 건조하는 단계;를 포함하는 에어로졸 생성 구조체의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 구조체의 흡인 저항은 50mmH2O/30mm 이하인 에어로졸 생성 구조체의 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 바인더는 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(hydroxypropyl methylcellulose), 풀루란(pullulan) 및 전분(starch) 중 적어도 하나를 포함하는 에어로졸 생성 구조체의 제조 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 열전달층은 활성탄, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene), 열 전도도가 0.1W/mK 이상인 고분자 물질(polymer substrate) 및 열전도도가 10.0W/mK 이상인 금속 물질 중 적어도 하나를 포함하는 에어로졸 생성 구조체의 제조 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 고체 입자에 상기 바인더를 혼합하는 단계는,
    상기 고체 입자의 100 중량부를 기준으로, 10 내지 35 중량부의 상기 바인더를 상기 고체 입자에 혼합하는 에어로졸 생성 구조체의 제조 방법.
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