KR20230096610A - 흡연 물품용 가연성 열원 조성물 및 이를 포함하는 흡연 물품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가연성 열원 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소 분말, 유기바인더, 및 발화촉진제를 포함하는 가연성 열원 조성물로서, 상기 발화촉진제는 질산칼륨 및 환원당을 포함하고, 상기 질산칼륨 및 환원당은 5~3 : 2의 중량비로 포함되는 것인, 가연성 열원 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물로 구성된 가연성 열원 적용 흡연 물품은 착화성 및 연소성이 우수한 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 흡연 물품용 가연성 열원 조성물 및 이를 포함하는 흡연 물품에 관한 것이다.
최근 흡연 물품은 연소되기보다는 가열되는 다수의 흡연 물품이 제안되고 있다. 이러한 비 연소식 흡연 물품은 종래의 흡연물품과 다르게 흡연 물품 매질을 연소시키지 않고 흡연 물품 매질을 가열함으로써 발생한 에어로졸을 흡인하여 사용된다. 이러한 가열식 흡연 물품의 유형 중 하나로, 탄소 열원이 적용된 흡연 물품 제품이 있다.
상기 탄소 열원이 적용된 흡연 물품은 탄소 열원으로부터 이 탄소 열원의 하류에 위치하는 흡연 물품 매질로의 열 전달에 의해서 에어로졸이 발생된다.
탄소 열원이 적용된 흡연 물품 제품은, 일반적인 가열식 전자 흡연 물품이 전용 디바이스를 사용하는 것과는 다르게 전통형 흡연 물품과 유사한 흡연 형태를 가지고 있어 소비자의 흡연 편이성 및 만족도 향상을 기대할 수 있다.
본 발명의 목적은 착화성 및 연소지속성이 우수한 가연성 열원 조성물과, 상기 열원을 포함하는 흡연 물품을 제공하는데 있다.
본 발명은 탄소 분말, 유기바인더, 및 발화촉진제를 포함하는 가연성 열원 조성물로서,
상기 발화촉진제는 질산칼륨 및 환원당을 포함하고,
상기 질산칼륨 및 환원당은 5~3 : 2의 중량비로 포함되는 것인, 가연성 열원 조성물을 제공한다.
본 발명의 일구현예로, 상기 발화촉진제는 10 내지 20 중량%로 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예로, 상기 환원당은 소르비톨, 자일리톨, 만니톨, 말티톨, 락티톨, 에리스리톨, 환원 파라티노스, 및 환원물엿으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 당알코올을 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 구현예로, 상기 탄소 분말은, 차콜 및 흑연을 포함하는 것으로, 50 중량% 이상 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 구현예로, 상기 유기바인더는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 구아검, 메틸셀룰로오스(MC), 및 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 또다른 구현예로, 상기 열원은, 30초 이내에 착화되고, 연소가 140초 이상 지속되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 조성물로 구성된 가연성 열원을 포함하는 흡연 물품을 제공한다.
종래 가연성 열원은 주 성분이 차콜로서 착화가 쉽지 않은 한계가 있었다. 이에 본 발명은, 가연성 열원의 착화를 용이하게 하기 위해 질산칼륨 및 환원당을 이용하는 것으로, 본 발명의 조성물로 구성된 열원은 종래 열원과 비교하여 착화성 및 연소성이 향상된 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 제조한 가연성 열원의 연소 결과를 나타낸 도면이다.
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 내용에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, "가연성 열원을 포함하는 흡연 물품의 길이 방향"은 가연성 열원을 포함하는 흡연 물품의 길이가 연장되는 방향 또는 가연성 열원을 포함하는 흡연 물품이 연소되는 경우 연소가 진행되는 방향을 의미한다.
명세서 전체에서, 용어 "상류" 및 "하류"는 사용자가 가연성 열원을 포함하는 흡연 물품을 사용하여 외부 공기를 흡입할 때, 가연성 열원을 포함하는 흡연 물품의 외부로부터 내부로 공기가 들어오는 부분이 "상류"이고, 가연성 열원을 포함하는 흡연 물품의 내부로부터 외부로 공기가 나가는 부분이 "하류"이다. 용어 "상류" 및 "하류"는 가연성 열원을 포함하는 흡연 물품을 구성하는 부분들 간의 상대적인 위치 또는 방향을 나타내기 위해 사용될 수 있다.
가열식 전자흡연 물품에 대한 수요가 증가하고 있다. 대부분의 가열식 전자 흡연 물품은 [디바이스+전용스틱] 구조로 디바이스를 구비하는 바, 새로운 형태의 흡연 물품으로서 탄소 기반의 열원을 흡연 물품 선단에 적용하여 일반 흡연 물품과 유사한 흡연 형태를 가지는 제품이 개발되고 있다. 이에 본 발명은 일반 흡연 물품과 유사한 흡연 형태(착화, 흡연시작시점)를 가질 수 있는 가연성 열원을 개발하고자 하였다.
기존의 가연성 열원은 주로 차콜을 포함하여 착화가 쉽지 않은 한계점이 있었다.
이에, 본 발명에서는 착화성이 향상된 가연성 열원 조성물과 이를 포함하는 가연성 열원 적용 흡연 물품을 제시하고자 한다.
이에 본 발명은 탄소 분말, 유기바인더, 및 발화촉진제를 포함하는 가연성 열원 조성물로서,
상기 발화촉진제는 질산칼륨 및 환원당을 포함하고,
상기 질산칼륨 및 환원당은 5~3 : 2의 중량비로 포함되는 것인, 가연성 열원 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 조성물로 구성된 가연성 열원을 포함하는 흡연 물품을 제공할 수 있다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 가연성 열원은 수분제거 반응, 환원당의 열분해 반응, 질산칼륨과 환원당의 반응 및 탄소분말(차콜)의 연소 반응에 의해 연소가 진행된다.
먼저 가연성 열원에 착화를 시작하면, 첫 번째 단계로서 0 ~ 150 ℃사이에서 발생하는 수분 제거 반응이 일어난다. 실제적으로 기존 상온에서 air-dry 진행 시, 제거되는 surface moisture이후에 100 ℃이상에서 발생하는 inherent moisture의 증발 과정이 발생하여 내부의 약간의 기공이 발생하고 그에 따라 표면적이 일정 상승한다.
두번째 단계로서, 착화가 진행되는 환원당의 열분해 반응이 진행되며, 200℃~ 360℃ 부근에서 환원당의 자체적 열분해 반응이 일어난다. 이 과정 중에 일부 환원당이 용융(melting)되면서 산화반응하여 약간의 열이 발생한다.
세 번째 연소 단계에서는, 360℃~400℃ 부근에서 짧은 시간내에 폭발적으로 질산칼륨과 환원당이 폭발적으로 반응한다. 실제적으로 연소 시간도 다른 반응보다 상대적으로 짧은 시간에 반응하며, 뿐만 아니라 열량이 대량 발생되므로 실질적인 착화가 시작된다. 즉, 본 발명에서는 상기 질산칼륨과 환원당의 적합한 배합량을 확인함으로서, 열원의 착화성을 조정한 것이다.
네 번째 연소단계에서는, 세번째 단계에서 착화된 후 400℃~600℃에서 차콜의 연소반응이 점진적으로 진행될 수 있다.
즉, 본 발명의 가연성 열원 조성물은, 상기 발화촉진제로서 질산칼륨 및 환원당을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 질산칼륨 및 환원당은 5~3 : 2의 중량비로 혼합되어 포함되는 것으로, 상기 중량비에서 우수한 착화 효율이 달성될 수 있다. 상기 발화촉진제에서 질산칼륨은 환원당보다 더 많은 양이 포함되는 것이 바람직하다.
상기 발화촉진제는 10 내지 20 중량%로 포함되는 것으로, 발화촉진제가 10 중량% 미만으로 포함될 경우 착화가 원활하게 진행되지 않을 수 있고, 20 중량%를 초과하면 착화성은 증가할 수 있으나 열원의 연소를 과다하게 촉진하여 흡연 가능 시간을 감소시킬 수 있다. 상기 발화촉진제에서 질산칼륨은 5 내지 12 중량%, 환원당은 1 내지 9 중량%로 포함될 수 있다. 상기 질산칼륨 및 환원당은 가장 바람직하게는 3:2의 중량비로 혼합되어 사용될 때, 최적의 착화 효율을 가질 수 있다.
본 발명의 조성물에서 환원당은 당알코올로서, 소르비톨, 자일리톨, 만니톨, 말티톨, 락티톨, 에리스리톨, 환원 플라타너스, 또는 환원물엿일 수 있고, 당알코올이라면 상기 종류에 제한되지는 않으나, 만니톨은 흡습성이 낮아 연료개념으로 사용하기에 바람직할 수 있고, 질산칼륨/환원당 적용으로 생겨날 수 있는 분출물을 저감 시킬 수 있는 소르비톨이 사용될 수 있다.
본 발명의 조성물의 탄소 분말은, 차콜 및 흑연을 포함하는 것이다.
상기 차콜은 열원의 주요 소재로서 착화되어 연소를 유지하게 하는 연료로서 이용된다. 상기 차콜은 고형분 100 중량%에 대하여 40 중량% 이상으로 포함되는 것이 바람직하며, 40 중량% 이상으로 포함됨으로써 3분 이상 흡연에 필요한 온도를 유지할 수 있다.
상기 흑연은 열원의 밀도를 증가시키는 것으로서, 연소를 유지하게 하는 것에 도움을 줄 수 있다. 상기 흑연은1 내지 10 중량%로 포함될 수 있는 것으로, 1 중량% 미만으로 포함될 경우 열원의 밀도가 부족하여 연소지속성이 감소할 수 있고, 10 중량%를 초과하여 포함될 경우 밀도가 과밀해져 착화성에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명에서 상기 유기바인더는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 구아검, 메틸셀룰로오스(MC), 또는 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC)가 사용될 수 있으나, 탄소 분말을 바인딩할 수 있는 소재라면 상기 종류에 제한되지 않고 포함될 수 있다.
본 발명의 열원 조성물은 혼합 후, 압착하여 성형체로 제조될 수 있다. 본 발명에서는 상기 조성물에 다가알코올을 추가하여 사용할 수 있다. 상기 다가알코올은 연소를 보조하는 것으로서, 글리세린 또는 프로필렌글리콜일 수 있다. 상기 다가알코올은, 열원 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부 사용될 수 있다.
상기 열원은, 30초 이내에 착화되고, 연소가 140초 이상 지속되는 것일 수 있다. 상기 착화 시간 및 연소 시간을 갖는 열원은, 직경이 5 내지 10 mm이고, 길이가 8 내지 15 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에 따라, 상기 가연성 열원은, 상기 조성물을 혼합하고, 이 혼합물을 원하는 형상으로 사전에 형성하여 형성되어 있는 것으로, 예를 들면 슬립 주조(slip casting), 압출, 사출 성형 및 금형 압축 또는 가압과 같은 임의의 적합한 공지의 세라믹 형성 방법들을 사용하여 원하는 형상으로 사전에 형성될 수도 있다.
바람직하게는, 가연성 열원은 가압 공정 또는 압출 공정에 의해 형성되어 있다. 가장 바람직하게, 가연성 열원은 가압 공정에 의해 형성되어 있다.
바람직하게는, 가연성 열원은 약 0.8g/cm3 내지 약 3.0g/cm3 사이의 겉보기 밀도(apparent density)를 가질 수 있고, 바람직하게는, 가연성 열원은 약 300mg과 약 500mg 사이, 보다 바람직하게는 약 400mg과 약 450mg 사이의 질량을 가질 수 있다.
상기 가연성 열원은 원형 단면의 원통형 또는 테이퍼된 원통형이거나 실질적으로 타원형 단면의 원통형 또는 테이퍼된 원통형일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
또한, 본 발명은 상기 열원이 적용된 흡연 물품을 제공할 수 있다.
상기 "흡연 물품" (smoking article)이란, 담배, 담배 파생물, 팽화처리 담배(expanded tobacco), 재생 담배(reconstituted tobacco), 또는 담배 대용물에 기반하느냐에 상관없이 흡연 가능한 임의의 제품 또는 흡연 체험을 제공할 수 있는 임의의 제품을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 흡연 물품은 궐련, 엽궐련(cigar), 작은 엽궐련(cigarillo) 등 같은 에어로졸을 발생시킬 수 있는 흡연 가능 물품을 의미할 수 있다.
상기 흡연 물품은 상기 조성물로 구성된 가연성 열원, 매질부, 열전도성 래퍼 및 궐련지, 냉각부, 필터부 등을 포함할 수 있으며, 가연성 열원; 매질부; 냉각부; 및 필터부가 길이 방향을 기준으로 순서대로 정렬되는 것일 수 있으나, 가연성 열원이 상류측에 위치하는 것을 제외하고 상기 순서는 자유롭게 변경이 가능하다. 이 외에도 추가의 구성을 더 포함하거나 상술한 구성 중 하나 이상이 생략될 수 있다. 상기 흡연 물품의 직경은, 예시로서 4 mm 내지 10 mm이고, 둘레는 14 mm 내지 29 mm일 수 있다. 또한, 길이는 45 mm 내지 100 mm일 수 있다.
상기 매질부는, 예를 들어, 절단된 각초, 판상엽 각초, 흡연 물품잎, 팽화 흡연 물품, 및 니코틴 추출물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 매질부는 니코틴(nicotine) 성분을 포함할 수 있다. 상기 매질부 외에, 에어로졸 발생 물질을 더 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 물질은, 다가 알코올, 글리세롤 모노-, 디- 또는 트리아세테이트와 같은 다가 알코올의 에스테르, 및 디메틸 도데칸디오에이트(dodecanedioate) 및 디메틸 테트라데칸디오에이트(tetradecanedioate)와 같은 모노-, 디- 또는 폴리카르복실산의 지방족 에스테르일 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들어, 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 매질부는 글리세린에 침지된 판상엽 각초를 포함할 수 있다. 다만, 이는 예시로서 본 발명은 전술한 바에 반드시 제한되는 것은 아니다.
상기 매질부는, 5mm와 약 20mm 사이, 보다 바람직하게는 약 8mm와 약 12mm 사이의 길이를 가질 수 있다. 매질부는 종이 또는 기타 래퍼에 의해 둘러싸여 있으며, 가열에 반응해서 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 물질을 포함하는 플러그 또는 부위 형태일 수도 있다. 상술한 바와 같이, 매질부가 플러그 또는 부위 형태인 경우, 임의의 래퍼를 포함하고 있는 플러그 또는 부위 전체가 매질부인 것으로 고려된다.
상기 냉각부는, 냉각 물질을 포함할 수 있다. 냉각부는, 말단이 개방된 관형 중공체를 포함하는 것으로, 상기 열원 및 매질부를 통과하는 기류를 냉각시킬 수 있다. 상기 냉각부는 고분자 물질 또는 생분해성 고분자 물질로 제조될 수 있으며, 냉각 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 냉각부는 종이, 판지, 플라스틱, 예를 들어 초산 셀룰로오스, 세라믹 및 그들의 조합일 수 있다. 추가적으로 상기 냉각부는 금속 호일, 고분자 물질, 및 실질적으로 비다공성 종이 또는 판지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 물질의 주름진 시트를 포함할 수도 있다. 소정의 구현예들에서, 에어로졸 냉각 요소는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리락트산(PLA), 초산 셀룰로오스(CA), 및 알루미늄 호일로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질의 주름진 시트를 포함할 수도 있다. 상기 냉각부는, 5mm와 약 30mm 사이, 보다 바람직하게는 약 8mm와 약 25mm 사이의 길이를 가질 수 있으나, 가열성 열원에서 발생하는 열의 온도 등을 고려하여 상기 길이를 자유롭게 조절할 수 있다.
상기 필터부는 필터 물질을 포함하는 것으로, 상기 필터부의 형상에는 제한이 없다. 예를 들어, 필터부는 원기둥 형(type) 로드일 수도 있고, 내부에 중공을 포함하는 튜브 형(type) 로드일 수도 있다. 또는 리세스 형(type) 로드일 수도 있다. 만약, 필터부가 복수의 세그먼트들로 구성된 경우, 복수의 세그먼트들 중 적어도 하나가 다른 형상으로 제작될 수도 있다. 예를 들어, 상기 필터부는 고분자, 종이, 셀룰로오스 아세테이트, 활성탄 및 탄소 중 적어도 하나를 포함하는 섬유상, 필라멘트상 또는 이 둘을 포함하는 필터 토우를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 필터부는, 예시로서 5 내지 20 mm의 길이를 가질 수 있다.
이에 더하여 필터 물질을 감싸는, 입과 접촉하는 티핑페이퍼 등이 더 포함될 수 있다. 상기 티핑페이퍼는 하나 이상의 천공이 형성되어 있을 수 있다.
상기 필터부는 향미가 발생되도록 제작될 수도 있다. 일 예로서, 필터 물질에 가향액이 분사될 수도 있고, 가향액이 도포된 별도의 섬유가 필터부의 내부에 삽입될 수도 있다.
상기 냉각부 및 필터부에서는 에어로졸 개질제를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 흡연 물품의 냉각부, 필터부, 및 티핑페이퍼 중 하나 이상은 하나 이상의 에어로졸 개질제를 포함할 수도 있다. 적합한 에어로졸 개질제는, 이에 한정되지는 않지만, 향미제; 물체감각제(chemesthetic agent)를 포함하고 있다. 상기 향미제는, 사용시, 흡연 물품의 담배 물질 및 에어로졸 발생 물질에 의해 발생된 에어로졸에 맛(taste) 또는 향(aroma) 중 하나 또는 전부를 부여하는 임의의 물질을 설명하는 데에 사용된다.
또한, 상기 궐련지는 나무, 아마 또는 다른 물질로부터 얻어지는 셀룰로오스 섬유로 구성되는 것으로서, 매질부를 감싸거나, 매질부를 포함하여 흡연 물품을 전체적으로 감싸거나, 필터부를 제외한 부분을 감싸고 있는 것일 수 있다. 상기 궐련지의 기재 종이(base paper)의 두께는 약 30 μm 내지 약 100 μm일 수 있으며, 기재 종이의 평량은 약 15 g/m2 내지 약 80 g/m2일 수 있다.
본 발명에 따른 흡연 물품은 하류에 향미제이면서 물체감각제인 하나 이상의 에어로졸 개질제를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 흡연 물품의 냉각부, 및 필터부 중 하나 이상은 냉각 물체감각 효과를 제공하는 멘톨 또는 또 다른 향미제를 포함할 수도 있다.
또한, 가연성 열원을 포함하는 흡연 물품은, 상기 가연성 열원 및 매질부를 감싸는 열전도성 래퍼를 포함할 수 있다. 상기 열전도성 래퍼는, 열원 및 매질부를 완전히 감쌀 수도 있고, 상기 열원의 일부와 매질부를 일부 감싸거나, 열원의 일부와 매질부를 전부 감싸고 있을 수 있다. 상기 열전도성 래퍼는 가연성 열원으로부터 발생한 열을 담배 물질로 전달하는 것으로, 상기 래퍼는 알루미늄 호일 래퍼, 스틸래퍼, 철 호일 래퍼 및 구리 호일 래퍼와 같은 금속 호일 래퍼; 및 금속 합금 호일 래퍼일 수 있으며, 효율적으로 열을 전달할 수 있는 소재라면 상기 소재에 제한되지 않는다.
가열성 열원과 매질부의 사이에는, 금속배리어가 형성될 수도 있다. 여기에서, 금속 배리어는 가연성 열원부가 매질부와 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있고, 가연성 열원부에서 발생되는 성분 중 일부가 매질부로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
배리어의 두께는 양호한 흡연 성능을 얻기 위해서 적절히 조절될 수 있다. 특정한 구현예에서는, 배리어는 약10 마이크론과 약 500 마이크론 사이의 두께를 가질 수 있다. 배리어는 점화와 연소 시 가연성 열원에 의해서 얻어진 온도에서 실질적으로 열적으로 안정적이고 비연소성인 하나 이상의 금속성 재료를 포함할 수 있다. 적절한 재료는 본 분야에 알려져 있고 이들을 제한하지는 않지만 알루미늄, 구리, 스테인리스 스틸 및 그의 조합을 포함한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
[실시예]
1.
가연성 열원 제조
하기 표 1에 나타낸 조성에 따라, 차콜, 질산칼륨, 바인더 및 환원당을 포함하는 가연성 열원 조성물을 준비하였다. 열원은 직경 7mm와 약 11mm의 높이의 실린더 형태로 제작되었다. 열원을 제작하기 위한 재료는 배합비에 맞게 준비한 후 대기압 믹서 (THINKY 사의 ARE-310)을 이용하여 혼합하였다. 배합시 각 재료가 더해질 때마다 1분간 1500RPM으로 혼합하였다.
혼합된 파우더에 적당량의 유분(2%)을 첨가하여 5분간 1500RPM으로 혼합하였다. 혼합된 시료를 약 0.6g으로 나누어 압착기를 통해 압착하여 실린더 형태로 성형하였다.
압착된 시료를 TGA (LECO사 TGA791)를 통해 80℃에서 30분간 건조하였다.
| 고체 배합 비율 (%, 무게 기준) | |||||
| 차콜 | 바인더 | KNO3 | 환원당 | 합계 | |
| 실시예 1 | 잔부 | 5 | 7.5 | 5 | 100 |
| 실시예 2 | 잔부 | 5 | 11.25 | 7.5 | 100 |
| 실시예 3 | 잔부 | 5 | 10 | 5 | 100 |
| 실시예 4 | 잔부 | 5 | 12.5 | 5 | 100 |
| 실시예 5 | 잔부 | 5 | 6 | 4 | 100 |
| 실시예 6 | 잔부 | 5 | 12 | 8 | 100 |
| 비교예 1 | 잔부 | 5 | 5 | 7.5 | 100 |
| 비교예 2 | 잔부 | 5 | 5 | 10 | 100 |
| 비교예 3 | 잔부 | 5 | 7.5 | 11.25 | 100 |
| 비교예 4 | 잔부 | 5 | 5 | 2 | 100 |
| 비교예 5 | 잔부 | 5 | 4 | 2 | 100 |
| 비교예 6 | 잔부 | 5 | 3 | 2 | 100 |
| 비교예 7 | 잔부 | 5 | 13.5 | 9 | 100 |
| 비교예 8 | 잔부 | 5 | 15 | 10 | 100 |
2.
가연성 열원의 연소 결과 확인
제조된 열원을 착화한 후 연소시켜 하기 표 2에 관찰 결과를 나타내었다.
| 착화성 | 연소유지/표면연소속도 | 성형/건조 특이사항 | 연소 후 형상 유지 | |
| 실시예 1 | ○ 25s 연소시작 |
표면연소 (180s 소요) |
특이사항없음 | ○ |
| 실시예 2 | ○ 22s 연소시작 |
표면연소 (165s 소요) |
특이사항없음 | ○(약간의 깨짐 발생) |
| 실시예 3 | ○ 26s 연소시작 |
표면연소 (134s 소요, 연기 발생) |
특이사항없음 | ○ |
| 실시예 4 | ○ 28s 연소시작 |
표면연소 (177s 소요) |
특이사항없음 | ○(약간의 깨짐 발생) |
| 실시예 5 | ○ 40s 연소시작 |
표면연소 (211s 소요) |
특이사항없음 | ○ |
| 실시예 6 | ○ 21s 연소시작 |
표면연소 (163s 소요) |
특이사항없음 | ○ |
| 비교예 1 | ○ 26s 연소시작 |
△ 불꽃 발생 |
성형틀에 달라붙음 | △(부분적으로 깨짐) |
| 비교예 2 | ○25s 연소시작 | △ 불꽃 발생/연기 다량 발생 |
성형틀에 달라붙음 | △(부분적으로 깨짐) |
| 비교예 3 | ○24s 연소시작 | △ 불꽃 발생/연기 다량 발생 |
성형틀에 달라붙음 | △(부분적으로 깨짐) |
| 비교예 4 | △62s 연소시작 | △ 연기 다량 발생 |
특이사항없음 | X |
| 비교예 5 | X착화실패 | X 연소 지속 안됨 |
특이사항없음 | - |
| 비교예 6 | X착화지연 | X 연소 지속 안됨 |
특이사항없음 | - |
| 비교예 7 | △42s 연소시작 | △ 불꽃발생/연기 다량 발생, 연소체 깨짐으로 연소 중단 |
특이사항없음 | X |
| 비교예 8 | △40s 연소시작 | △ 불꽃발생/연기 다량 발생, 연소체 깨짐으로 연소 중단 |
특이사항없음 | X |
상기 표 2의 결과에서 확인할 수 있는 것과 같이, 실시예 1~6과 같은 조성을 갖는 경우 양호한 착화성 및 연소성이 확인되었다. 특히 질산칼륨과 환원당을 3:2의 함량으로 포함하는 실시예 1, 2, 5, 6에서 양호한 표면 연소가 확인되었다.
이와 비교하여 환원당을 상대적으로 더 많이 포함하는 비교예 1 내지 3에서는 표면이 끈적하여 성형 틀에 달라붙고, 연소 후 부분적으로 깨지는 현상이 발생하였다. 또한, 질산칼륨 및 환원당을 10% 미만으로 포함하는 비교예 4 내지 6에서는 착화성이 감소하여 착화가 되지 않거나 연기가 다량 발생하는 것이 확인되었다.
또한, 질산칼륨 및 환원당을 20%를 초과하여 포함하는 비교예 7, 8에서는 불꽃이 발생하고 연소체가 깨져 연소가 중단되었다.
상기 실시예 1, 비교예 6 및 비교예 8에 대하여 연소 이미지를 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타낸 것과 같이, 질산칼륨 및 환원당을 3:2로 포함하는 실시예 1은 우수한 착화성과 함께 연소 후의 형상 역시 안정적으로 유지되는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
Claims (7)
- 탄소 분말, 유기바인더, 및 발화촉진제를 포함하는 가연성 열원 조성물로서,
상기 발화촉진제는 질산칼륨 및 환원당을 포함하고,
상기 질산칼륨 및 환원당은 5~3 : 2의 중량비로 포함되는 것인, 가연성 열원 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 발화촉진제는 10 내지 20 중량%로 포함되는 것인, 가연성 열원 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 환원당은 소르비톨, 자일리톨, 만니톨, 말티톨, 락티톨, 에리스리톨, 환원 파라티노스, 및 환원물엿으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 당알코올인 것인, 가연성 열원 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 탄소 분말은, 차콜 및 흑연을 포함하는 것으로, 40 중량% 이상 포함되는 것인, 가연성 열원 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 유기바인더는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 구아검, 메틸셀룰로오스(MC), 및 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인, 가연성 열원 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 열원은, 30초 이내에 착화되고, 연소가 140초 이상 지속되는 것을 특징으로 하는, 흡연 물품용 가연성 열원 조성물. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 조성물로 구성된 가연성 열원을 포함하는 흡연 물품.
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