KR20200017762A - 균질화 담배 물질용 슬러리 제조 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

실시 예는 균질화 담배 물질용 슬러리 제조 방법 및 장치에 관한 것으로, 일 실시 예에 따른 슬러리 제조 방법은 하나 이상의 담배 유형들의 담배를 선택하고, 선택된 담배 유형들의 담배를 분쇄하고, 분쇄된 담배를 포함하는 슬러리를 형성하고, 형성된 슬러리를 진공 탱크로 이송하여 슬러리에 포함된 기포를 제거함으로써, 교반 중 유입된 공기로 발생한 기포를 제거할 수 있다.

Description

균질화 담배 물질용 슬러리 제조 방법 및 장치{SLURRY PRODUCTION METHOD AND APPARATUS FOR HOMOGENIZED TOBACCO MATERIAL}

균질화 담배 물질용 슬러리 제조 방법 및 장치에 관한다.

최근, 담배 제품의 제조에는, 담배 잎 이외에도, 균질화 담배 물질이 사용된다. 이 균질화 담배 물질은 통상적으로 담배 줄기 또는 담배 가루 등과 같이 절단 필러의 제조에 덜 적합한 담배 식물의 부분으로 제조된다. 통상적으로, 담배 가루는 제조 중에 담배 잎을 취급하는 동안 부산물로서 생성된다.

일반적인 균질화 담배 물질의 형태는 재생 담배 시트(reconstituted tobacco sheet) 및 캐스트 리프(cast leaf)이다. 균질화 담배 물질 시트를 형성하는 공정은 담배 가루와 결합제를 혼합하여 슬러리를 형성하고, 슬러리를 사용하여 담배 웹을 생성하며, 움직이는 금속 벨트 상으로 점성 슬러리를 주조하여 캐스트 리프를 제조한다. 대안적으로는, 점도가 낮고 수분 함량이 높은 슬러리를 사용하여 제지 공정과 유사한 공정에서 재구성한 담배를 생산할 수 있다.

종래기술은 담배 원료를 균일하고 작게 분쇄하는 기술을 제시하였으나, 균일하고 작게 분쇄한 원료를 균질하게 슬러리화하지 못하면 최종 판상엽 시트도 균일하게 제조할 수 없다. 즉, 분쇄 원료의 입자가 뭉치거나, 다른 원료들과 불균일하게 혼합되거나, 교반 중 발생하는 기포로 인해 최종 시트에 결점을 발생시켜 시트의 품질을 저하시키는 원인이 된다.

[선행기술문헌번호]

한국공개특허 10-2017-0063554호(2017.06.08. 공개)

다양한 실시예들은 전술한 종래 기술의 문제점, 분쇄한 원료를 다른 원료들, 예를 들면, 물, 보습제, 펄프, 가향제 등과 균질하게 혼합하지 못함으로써, 최종 판상엽 시트의 균질성 있는 품질을 구현하기 어려웠던 것을 해결할 수 있는 균질화 담배 물질용 슬러리 제조 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 일 측면에 따르면, 균질화 담배 물질용 슬러리 제조 방법에 있어서, 하나 이상의 담배 유형들의 담배를 선택하고, 상기 선택된 담배 유형들의 담배를 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 담배를 포함하는 슬러리를 형성하는 단계; 및 상기 형성된 슬러리를 진공 탱크로 이송하여 슬러리에 포함된 기포를 제거하는 단계를 포함한다.

상기 슬러리 제조 방법은 진공 탱크내의 압력을 750mmHg 이하로 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기포 제거 단계는, 상기 진공 탱크 내의 슬러리를 그라인딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기포 제거 단계는, 상기 슬러리에 존재하는 기포를 미세화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 측면에 따르면, 균질화 담배 물질용 슬러리 제조 장치에 있어서, 하나 이상의 담배 유형들의 담배를 선택하고, 상기 선택된 담배 유형들의 담배를 분쇄하는 담배 분쇄기; 상기 분쇄된 담배를 포함하는 슬러리를 형성하는 슬러리 제조기; 및 상기 형성된 슬러리를 진공 탱크로 이송하여 슬러리에 포함된 기포를 제거하는 기포 제거기를 포함한다.

상기된 바에 따르면, 원료를 혼합하여 슬러리화 하는 과정에서 진공을 적용하면서 교반함으로써, 교반 중 유입된 공기로 발생한 기포를 제거할 수다.

또한, 원료 색상을 유지할 수 있으며, 원료 입자들이 효율적으로 분산되어 균질한 슬러리를 확보할 수 있다.

또한, 공기 유입을 최소화함으로써 슬러리의 적정 점도 유지가 가능하다.

도 1은 일 실시 예에 따른 균질화 담배 물질을 제조 방법을 설명하기 위한 흐름 도이다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 균질화 담배 물질용 슬러리 제조 방법을 설명하기 위한 흐름 도이다.
도 3은 도 2에 도시된, 진공 탱크내에서 슬러리의 기포를 제거하는 공정을 구체적으로 설명하기 위한 블록 도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 하기 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 당해 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.

본 명세서에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 다양한 용어들은 본 발명에서의 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 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

실시 예에서, 균질화 담배 물질은 담배 물질의 입자들의 응집에 의해 형성된 임의의 담배 물질을 포함하기 위해 사용된다. 균질화 담배 물질의 시트 또는 웹은 담배 잎몸(leaf lamina) 및 담배 잎자루(leaf stem) 중 하나 또는 양쪽 모두를 연마하거나 그렇지 않으면 분쇄하여 얻어진 미립자 담배를 응집시켜서 형성된다. 또한, 균질화 담배 물질은 담배의 처리, 취급 및 배송 중에 형성된 담배 가루, 담배 미분 및 기타 미립자 담배 부산물 중 하나 이상의 미량을 포함할 수 있다.

균질화 담배 물질은 담배 입자를 응집시키는데 도움이 되도록 하나 이상의 내인성 결합제, 하나 이상의 외인성 결합제, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 균질화 담배 물질은 담배 및 비담배 섬유, 에어로졸 형성제, 습윤제, 가소제, 가향제, 충전제, 수성 및 비수성 용매, 및 이들의 조합을 포함하는 기타 첨가제를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

가열식 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재로서 균질화 담배를 사용하고자 할 경우, 균질화 담배는 건조 중량 기준으로 약 5% 초과의 에어로졸 형성제 함량을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 바람직하게는, 가열 에어로졸 발생 물품에 사용하기 위한 균질화 담배는 건조 중량 기준으로 약 5% 내지 약 30% 사이의 에어로졸 형성제 함량을 가질 수 있다.

실시 예에서, 판상엽 시트를 제조하기 위한 슬러리 제조 시 다양한 원료의 입자들이 서로 응집되어 균질하게 혼합되어 있지 않을 경우, 시트에 결함을 유발하여 강도 감소의 원인이 되고 후속 공정의 불안정을 초래한다. 또한, 불균일한 담배 시트는 에어로졸 전달의 차이도 유발할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 실시 예들을 상세히 설명한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 균질화 담배 물질을 제조 공정을 설명하기 위한 흐름 도이다.

도 1을 참조하면, 단계 100에서, 담배 재료를 선택한다. 담배 재료는 하나 이상의 담배 유형의 담배를 선택하는 것으로, 예를 들면, 배합물 내 담배 총량의 건조 중량 기준으로 적어도 약 30%의 밝은 담배를 선택하고, 배합물 내 담배 총량의 건조 중량 기준으로 약 0% 내지 약 40%의 어두운 담배를 선택하고, 배합물 내 담배 총량의 건조 중량 기준으로 약 0% 내지 약 40%의 향기 담배를 선택할 수 있다. 여기서, 담배 재료를 밝은 담배, 어두운 담배 및 향기 담배를 선택하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 다양한 유형의 담배를 조합하여 선택할 수 있음은 물론이다.

밝은 담배는 일반적으로 크고 밝은 색의 잎이 달린 담배이다. 밝은 담배는 연도 경화된(flue cured) 담배에 사용된다. 밝은 담배는 잎의 건조 중량을 기준으로 약 2.5% 내지 약 20%의 환원당 함량과 잎의 건조 중량을 기준으로 약 0.12% 미만의 총 암모니아 함량을 가진 담배이다. 여기서, 환원당은 예컨대 포도당 또는 과당을 포함하고, 총 암모니아는 예컨대 암모니아 및 암모니아 염을 포함한다.

어두운 담배는 일반적으로 크고 짙은 색의 잎이 달린 담배이다. 어두운 담배는 공기 경화된 담배에 사용된다. 또한, 어두운 담배는 발효될 수 있다. 츄잉, 스너프, 시가 및 파이프 배합물 용으로 주로 사용되는 담배도 이 분류에 포함된다.

방향족 담배는 흔히 작고 밝은 색의 잎이 달린 담배이다. 방향족 담배는 방향족 함량이 높은, 예컨대, 정유의 함량이 높은 기타 담배에 사용된다.

배합물은 소위 필러 담배를 포함할 수 있다. 필러 담배는 특정 담배 유형이 아니지만, 배합물에 사용된 다른 담배 유형을 보완하기 위해 주로 사용되며 최종 제품에 특정 특성의 향기 방향을 유도하지 않는 담배 유형을 포함한다. 필러 담배는 다른 담배 유형의 줄기, 주맥 또는 잎자루일 수 있다.

단계 101에서, 담배 물질을 분쇄한다. 다양한 담배 유형은 일반적으로 잎몸과 줄기로부터 얻을 수 있다. 균질화 담배 물질용 슬러리를 제조하기 위해, 선택된 담배 유형은 적절한 담배 크기, 슬러리를 형성하기에 적합한 담배 크기를 달성하기 위해 분쇄되어야 한다. 예를 들면, 분쇄된 담배 크기는 대략 0.03 mm 내지 약 0.12 mm의 평균 크기를 갖는 담배 분말일 수 있다. 이 평균 크기의 담배 분말을 사용하여 얻어진 슬러리는 부드럽고 균일하다. 일반적으로 담배 분말(tobacco powder)이라는 용어는, 약 0.03 mm 내지 약 0.12 mm의 평균 크기를 갖는 담배를 나타내는 것을 의미할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

단계 102에서, 슬러리를 제조한다. 슬러리 제조 단계는 에어로졸 형성제 및 결합제의 사전 혼합 용액을 슬러리 혼합 탱크로 이송하고, 펄프를 슬러리 혼합 탱크로 이송하는 것을 포함한다. 또한, 슬러리 준비를 위해, 펄프 및 구아(글리세롤 현탁액)를 가진 슬러리 혼합 탱크에 담배 분말 배합물을 투여할 수 있다. 여기서, 슬러리의 균일성 및 균질성을 보장하기 위해 고 전단 혼합기(high shear mixer)로 슬러리를 가공할 수 있다. 또한, 물을 슬러리에 첨가하여 원하는 점도 및 수분을 얻는다.

단계 103에서, 슬러리를 주조한다. 균질화 담배 웹을 형성하기 위해, 슬러리 제조 단계에 따라 형성된 슬러리를 주조 단계에서 주조한다. 이러한 주조 단계는 슬러리를 주조 스테이션으로 운반하고, 슬러리를 지지체 상에 균질하고 균일한 막 두께를 갖는 웹으로 주조하는 것을 의미한다.

단계 104에서, 주조 웹을 건조한다. 균질화 캐스트 웹은 예컨대 무단(endless) 스테인리스 스틸 벨트 건조기에서의 주조 웹의 균일하고 온화한 건조를 할 수 있다. 예를 들면, 무단 스테인리스 스틸 벨트 건조기는 개별적으로 제어 가능한 구역을 포함할 수 있고, 건조 단계는 각각의 건조 구역에서의 주조 잎 온도를 모니터링하여 각 건조 구역에서의 온화한 건조 프로파일을 보장하고, 균질화 캐스트 웹이 형성되는 지지체를 가열할 수도 있다.

단계 105에서, 주조 웹을 권취한다. 목표 수분 함량으로 건조된 균질화 담배 웹은 권취 단계에서 권취된다. 예를 들면, 단일의 마스터 보빈(master bobbin)을 형성할 수 있다. 마스터 보빈은 슬릿 형성 및 작은 보빈 형성 공정으로 더 작은 보빈의 제조를 수행하는데 사용될 수 있다. 그 다음, 더 작은 보빈은 에어로졸 발생 물품의 제조에 사용될 수 있다.

도 2는 다른 실시 예에 따른 균질화 담배 물질용 슬러리 제조 방법을 설명하기 위한 흐름 도이다.

도 2를 참조하면, 슬러리 제조 방법은 단계 100에서, 담배 재료 선택 공정, 단계 101에서, 담배 물질 분쇄 공정, 단계 102에서, 슬러리 제조 공정, 단계 200에서, 기포 제거 공정을 포함한다. 도 1과 동일한 공정에 대해서는 설명을 생략하고, 단계 200의 기포 제거 공정을 상세히 설명한다. 여기서, 기포 제거 공정을 슬러리 제조 공정 다음의 후공정으로 도시하였지만, 슬러리 제조 공정 안에 포함될 수 있음은 물론이다.

기포 제거 공정은 담배 물질용 슬러리를 진공 탱크로 이송하여 슬러리에 포함된 기포를 제거하는 것이다. 여기서, 진공 탱크내의 압력은 750mmHg 이하로 소정 시간 동안 유지할 수 있다. 실시 예에 따른 기포 제거 공정은 슬러리 교반 후 진공 탱크로 이송한 후, 폐루프(Closed-loop)시스템을 통해 그라인딩 공정을 수행할 때, 슬러리 탱크 내부를 진공으로 유지시켜 무중력 상태와 유사한 환경을 조성한다. 이를 통해 슬러리 내부에 존재하고 있는 기포를 제거하여 균일한 밀도의 슬러리를 조성하는 것이다.

종래기술에서, 판상엽 시트를 제조하기 위한 슬러리 제조 시 다양한 원료의 입자들이 서로 응집되어 균질하게 혼합되어 있지 않을 경우, 시트에 결함을 유발하여 강도 감소의 원인이 되고 후속 공정의 불안정을 초래한다. 또한, 불균일한 담배 시트는 에어로졸 전달의 차이도 유발할 수 있다. 실시 예에서는, 원료를 혼합하여 슬러리화 하는 과정에서 진공을 적용하면서 교반하게 되면 교반 중 유입된 공기로 발생한 기포를 제거할 수도 있고, 원료 색상을 유지할 수 있으며, 원료 입자들이 효율적으로 분산되어 균질한 슬러리를 확보할 수 있다. 또한, 공기 유입을 최소화함으로써 슬러리의 적정 점도 유지가 가능하다. 또한, 슬러리가 시트로 형성될 때 발생할 수 있는 기포를 최대한 제거함으로써 두께편차 감소 및 물리성 또는 인장강도 향상에 큰 효과를 가져올 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된, 진공 탱크 내에서 슬러리의 기포를 제거하는 단계를 구체적으로 설명하기 위한 블록 도이다.

도 3을 참조하면, 기포 제거는, 압력 유지 공정(300), 그라인딩 공정(302) 및 기포 미세화 공정(304)을 수행할 수 있다. 여기서, 압력 유지 공정(300)과 그라인딩 공정(302)을 수행하거나, 압력 유지 공정(300)과 기포 미세화 공정(304)을 선택적으로 수행할 수 있음은 물론이다. 또한, 압력 유지 공정 후 기포 미세화 공정을 수행하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 기포 미세화 공정을 거친 후 진공 탱크에서 압력을 유지하여 잔류 기포를 추가 제거할 수도 있다.

압력 유지 공정(300)는 이전 담배 재료 선택 공정, 담배 물질 분쇄 공정, 슬러리 제조 공정이 개루프(Open-Loop)시스템을 적용하기 때문에, 슬러리 교반기 내부의 교반 과정에서 공기방울이 형성되어 슬러리 내부 밀도가 균일하지 않는 특성이 발생한다. 하지만, 압력 유지 공정(300)에서는 폐루프 시스템을 통해 진공 탱크의 압력을 750mmHg이하로 조절한다. 따라서, 공기 유입을 최소화함으로써 슬러리의 적정 점도 유지가 가능하다. 이를 통해 슬러리의 기포를 적어도 20% 이상 제거할 수 있다.

그라인딩 공정(302)는 진공 탱크내에서 압력이 유지되는 상태에서, 그라인딩을 수행하여, 슬러리를 블렌딩한다.

기포 미세화 공정(304)은 압력 유지 공정(300)을 거친 후에도 슬러리에 존재할 수 있는 기포를 작게 터뜨리거나 잘라서 기포를 없애는 것이다. 기포를 미세화하는 방법은 회전자(rotor)와 고정자(stator)의 1단 이상의 coarse, medium, fine 단계 조합으로 전단력을 이용하여 슬러리 조성 입자들을 균질화하면서 동시에 기포를 미세화할 수 있다.

다른 실시 예에서, 슬러리판상엽 원료들을 용매와 함께 disperser를 이용 슬러리 기포 미세화 및 균질화할 수 있으며, 이때, 전단력이 효과적으로 전달될 수 있도록 rotor-stator를 적어도 1단 이상 조합하여 사용할 수 있다.

실시 예에 따른 압력 유지, 그라인딩 또는 기포 미세화 공정을 통해, 원료를 혼합하여 슬러리화 하는 과정에서 진공을 적용하면서 교반하게 되면 교반 중 유입된 공기로 발생한 기포를 제거할 수도 있고 원료 색상을 유지할 수 있으며, 원료 입자들이 효율적으로 분산되어 균질한 슬러리를 확보할 수 있다. 또한, 공기 유입을 최소화하여 슬러리의 적정 점도를 유지할 수 있다. 슬러리가 시트로 형성 될 때 발생할 수 있는 기포를 최대한 제거함으로써 두께편차 감소 및 인장강도 향상에 큰 효과를 가져올 수 있다.

본 실시 예와 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 (6)

1. 균질화 담배 물질용 슬러리 제조 방법에 있어서,
   하나 이상의 담배 유형들의 담배를 선택하고, 상기 선택된 담배 유형들의 담배를 분쇄하는 단계;
   상기 분쇄된 담배를 포함하는 슬러리를 형성하는 단계; 및
   상기 형성된 슬러리를 진공 탱크로 이송하여 슬러리에 포함된 기포를 제거하는 단계를 포함하는 슬러리 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 진공 탱크내의 압력을 750mmHg 이하로 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러리 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 진공 탱크내의 압력을 750mmHg 이하이고, 상기 기포의 제거율을 적어도 20%이상인 것을 특징으로 하는 슬러리 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 기포 제거 단계는,
   상기 진공 탱크 내의 슬러리를 그라인딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러리 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 기포 제거 단계는,
   상기 슬러리에 존재하는 기포를 미세화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러리 제조 방법.
6. 균질화 담배 물질용 슬러리 제조 장치에 있어서,
   하나 이상의 담배 유형들의 담배를 선택하고, 상기 선택된 담배 유형들의 담배를 분쇄하는 담배 분쇄기;
   상기 분쇄된 담배를 포함하는 슬러리를 형성하는 슬러리 제조기; 및
   상기 형성된 슬러리를 진공 탱크로 이송하여 슬러리에 포함된 기포를 제거하는 기포 제거기를 포함하는 슬러리 제조 장치.
   
   

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