KR20230151449A - 가열식 흡연 물품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가열식 흡연 물품에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 제조가 용이하고 에어로졸 발생 효율이 개선된 에어로졸 매질 집합체를 포함하는 가열식 흡연 물품에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가열식 흡연 물품은 필터 로드와; 상기 필터 로드의 하단에 적층되며 상하 방향으로 중공이 형성된 냉각 튜브 로드와; 상기 냉각 튜브 로드의 하단에 적층되는 에어로졸 매질 집합체와; 상기 필터 로드와 상기 냉각 튜브 로드 및 상기 에어로졸 매질 집합체를 랩핑하여 적층 구조를 유지시키는 랩핑 페이퍼;를 포함하며, 상기 에어로졸 매질 집합체는 가열에 의해 에어로졸을 생성하는 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴; 및 표면이나 내부에 마이크로 기공이 형성된 복수의 다공성 알갱이;를 포함하고, 상기 복수의 다공성 알갱이 사이에는 매크로 기공이 형성되고, 상기 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴은 상기 마이크로 기공과 상기 매크로 기공에 수용된다.
Description
본 발명은 가열식 흡연 물품에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 제조가 용이하고 에어로졸 발생 효율이 개선된 에어로졸 매질 집합체를 포함하는 가열식 흡연 물품에 관한 것이다.
근래에 일반적인 궐련의 단점들을 극복하는 대체 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성시키는 방법이 아닌 궐련 내의 에어로졸 발생 물질이 가열됨에 따라 에어로졸이 생성되는 방법에 관한 수요가 증가하고 있다.
일반적으로 담배 매질의 주원료인 슬러리 판상엽 시트의 경우 인장력이 약하여 제조적성이 어려우며, 담배 매질에 보습제도 다량 함유되어 있어 물리성이 취약하다. 또한, 글리세린 등과 같은 액상을 함유한 담배 매질은 친수성으로 인하여 주위 환경의 습도에도 민감하여 제조 공정 환경을 제어하는데 어려움이 있다. 담배 매질 내 함유시킬 수 있는 액상의 양도 한계가 있다.
담배 매질을 포함하는 궐련 이외에 별도의 카토마이저에 액상을 보관하여 에어로졸을 추가로 발생시켜서 사용자가 궐련을 흡입할 때 액상으로부터 유래하는 에어로졸을 궐련을 통해 흡입하는 경우도 제안되고 있으나, 카토마이저에 함유된 액상을 관리하는데 어려움(유통기한, 변질 등)이 있으며, 카토마이저에서 생성된 에어로졸이 이동하는 기류 패스에 응축물이 발생하여 오염이 발생할 수 있다.
이에 따라, 한 번 사용하고 버리게 되는 가열식 흡연 물품 내에 에어로졸 매질을 제공하고 이로부터 에어로졸을 얻기 위한 니즈가 존재한다.
실시예들은 연소 방식이 아닌 가열 방식으로 에어로졸을 발생시킬 수 있는 에어로졸 매질을 포함하면서, 제조가 간편하고 에어로졸 발생 효율이 개선된 에어로졸 매질 집합체를 포함하는 가열식 흡연 물품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 실시예들은 다공성 알갱이들의 집합으로 형성되어, 액상의 흡습과 이송이 원활하고 그에 따라 에어로졸 발생량이 증가할 수 있는 에어로졸 매질 집합체를 포함하는 가열식 흡연 물품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가열식 흡연 물품은 필터 로드와; 상기 필터 로드의 하단에 적층되며 상하 방향으로 중공이 형성된 냉각 튜브 로드와; 상기 냉각 튜브 로드의 하단에 적층되는 에어로졸 매질 집합체와; 상기 필터 로드와 상기 냉각 튜브 로드 및 상기 에어로졸 매질 집합체를 랩핑하여 적층 구조를 유지시키는 랩핑 페이퍼;를 포함하며, 상기 에어로졸 매질 집합체는 가열에 의해 에어로졸을 생성하는 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴; 및 표면이나 내부에 마이크로 기공이 형성된 복수의 다공성 알갱이;를 포함하고, 상기 복수의 다공성 알갱이 사이에는 매크로 기공이 형성되고, 상기 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴은 상기 마이크로 기공과 상기 매크로 기공에 수용된다.
또한, 실시예에 따라 상기 마이크로 기공은 버나드셀 현상을 통하여 형성된다.
또한, 실시예에 따라 상기 다공성 알갱이는 비드 형태나 구형 분말 형태이다.
또한, 실시예에 따라 상기 다공성 알갱이는 금속 성분과 실리케이트로 구성된다.
또한, 실시예에 따라 상기 금속 성분은 알칼리토류족이다.
또한, 실시예에 따라 상기 다공성 알갱이는 섬유 글라스를 포함한다.
또한, 실시예에 따라 상기 섬유 글라스는 50% 이상의 중량 퍼센트로 SiO2를 포함한다.
또한, 실시예에 따라 상기 마이크로 기공은 20 ㎛ ~ 50 ㎛ 범위에 속한다.
또한, 실시예에 따라 상기 매크로 기공은 1 ㎛ ~ 20 ㎛ 범위에 속한다.
또한, 실시예에 따라 상기 다공성 알갱이는 마그네슘 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 규산 실리케이트, 제올라이트, 산화 티탄, 탄화 티탄, 지르코니아, 실리카, 탄화규소, 질화규소, 뮬라이트, 코디어라이트, 탄화 텅스텐, 탄화 지르코늄, 질화 알루미늄을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하여 구성된다.
또한, 실시예에 따라 상기 다공성 알갱이는 10 ㎛ 내지 300 ㎛의 직경을 갖는다.
또한, 실시예에 따라 상기 에어로졸 매질은, 적어도 VG(식물성 글리세린)와 PG(프로필렌 글리콜)를 포함한다.
또한, 실시예에 따라 상기 에어로졸 매질은, 상온을 포함하는 제1 온도 범위에서 겔상, 반고상 혹은 고형화상으로 존재하고, 제1 온도 범위보다 높은 제2 온도 범위에서 액상으로 변화하며, 제2 온도 범위보다 높은 제3 온도 범위에서 에어로졸로 기화한다.
또한, 실시예에 따라 상기 에어로졸 매질은, 적어도 VG(식물성 글리세린)와 카라기난을 포함한다.
또한, 실시예에 따라 상기 에어로졸 매질은, 적어도 VG(식물성 글리세린)와 증점제를 포함하고, 제3 온도 범위에서 증점제는 기화하지 않고 복수의 다공성 알갱이에 잔류한다.
또한, 실시예에 따라 상기 에어로졸 매질은 액상화된 상태로 복수의 다공성 알갱이와 혼합된 후 다시 겔상화되어 복수의 다공성 알갱이의 마이크로 기공과 매크로 기공에 수용된다.
또한, 실시예에 따라 상기 겔상 니코틴은 증점제를 포함한다.
또한, 실시예에 따라 상기 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴은 가열에 의해 에어로졸로 변환될 수 있는 소재로서 향료, VG(식물성 글리세린), PG(프로필렌 글리콜), 약품, 정향 중의 어느 하나 이상의 물질을 포함한다.
또한, 실시예에 따라 상기 겔상 니코틴은 액상화된 상태로 상기 복수의 다공성 알갱이와 혼합된 후 다시 겔상화되어 상기 복수의 다공성 알갱이의 마이크로 기공과 매크로 기공에 수용된다.
또한, 실시예에 따라 상기 액상 니코틴은 상기 복수의 다공성 알갱이와 혼합되며 상기 마이크로 기공과 상기 매크로 기공에 흡습된다.
또한, 실시예에 따라 상기 고형화 니코틴은 적어도 VG(식물성 글리세린)와 증점제를 포함한다.
또한, 실시예에 따라 상기 증점제는 셀룰로오스 유도체(Cellulose derivatives), 덱스트린 유도체(Dextrin derivatives), 알지네이트 유도체(Alginate derivatives), 검(Gum), 펙틴(Pectin), 헤미셀룰로오스 유도체(Hemicellulose derivatices) 및 젤라틴(Gelatin)을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함한다.
또한, 실시예에 따라 상기 에어로졸 매질 집합체를 실린더 형상으로 랩핑하는 별도의 랩핑 페이퍼를 포함한다.
또한, 실시예에 따라 상기 에어로졸 매질 집합체의 하단에는 다공성 알갱이 누설 방지 구조를 구비한다.
본 발명의 실시예에 따르면 연소 방식이 아닌 가열 방식으로 에어로졸을 발생시킬 수 있는 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴이 흡습되고 에어로졸 발생 효율이 개선된 에어로졸 매질 집합체를 포함하는 가열식 흡연 물품을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 에어로졸 매질 집합체는 비표면적이 증가된 다공성 알갱이 또는 구형 알갱이들을 포함하여 구성됨으로써, 그에 따라 액상이나 겔 상의 에어로졸 매질의 흡습량을 증가시킬 수 있으며 모세관 현상에 따른 에어로졸 매질의 이송량도 증가시킴으로써, 최종적으로 에어로졸 발생량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 매질 집합체의 단위 알갱이들은 버나드셀 현상이 이루어지는 다공성 알갱이들 또는 다공성 구형 알갱이들로 이루어짐으로써, 버나드 셀 현상에 의해 입자의 표면에 결함이 유도되어 결과적으로 다공성 알갱이의 비표면적을 증가시킬 수 있고 그에 따라 액상의 흡습량을 증가시킬 수 있으며 최종적으로 에어로졸 발생량을 증가시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 다공성 알갱이를 에어로졸 매질과 혼합하는 방식으로 용이하게 흡습시킬 수 있어, 제조가 용이해지는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 에어로졸 매질 집합체의 하단에 다공성 알갱이 누설 방지 구조를 구비하여 다공성 알갱이가 하부로 흐르는 것을 막을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열식 흡연 물품(1)의 내부를 개념적으로 나타낸 수직 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 매질 집합체(30)를 개념적으로 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 다공성 알갱이(30a)의 주사현미경 사진,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 알갱이(30a)의 개념적인 평면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 매질 집합체(30)의 제조 방법을 표현한 공정 개념도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 매질 집합체(30)의 제조 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 매질 집합체(30)를 개념적으로 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 다공성 알갱이(30a)의 주사현미경 사진,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 알갱이(30a)의 개념적인 평면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 매질 집합체(30)의 제조 방법을 표현한 공정 개념도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 매질 집합체(30)의 제조 방법을 나타낸 순서도.
이하에서, 실시예들은 도면을 통하여 상세하게 설명된다. 그러나, 이는 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 설명되는 실시예들은 그 실시예들의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 문서에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 문서에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열식 흡연 물품(1)의 내부를 개념적으로 나타낸 수직 단면도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 매질 집합체(30)를 개념적으로 도시한 단면도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 다공성 알갱이(30a)의 주사현미경 사진, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 알갱이(30a)의 개념적인 평면도이다. 본 개시의 도면들에 있어서 어느 구성요소, 특히 다공성 알갱이(30a)의 도시에 있어서 크기는 가시성을 위하여 과장되어 표현되었으며, 도면상의 상대적인 크기에 의해 구성요소들의 크기가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가열식 흡연 물품(1)은 상측에 마우스 필터인 필터 로드(10)와, 필터 로드(10)의 하단에 적층되며 상하 방향으로 중공이 형성된 냉각 튜브 로드(20)와, 냉각 튜브 로드(20)의 하단에 적층되는 에어로졸 매질 집합체(30)와, 필터 로드(10)와 냉각 튜브 로드(20) 및 에어로졸 매질 집합체(30)를 랩핑하여 적층 구조를 유지시키는 랩핑 페이퍼(40)를 포함한다.
또한, 에어로졸 매질 집합체(30)는 가열에 의해 에어로졸을 생성하는 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴이 표면이나 내부에 마이크로 기공(A)이 형성된 복수의 다공성 알갱이(30a)를 포함하고, 복수의 다공성 알갱이(30a) 사이에는 매크로 기공(B)이 형성되고, 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴은 마이크로 기공(A)과 매크로 기공(B)에 수용된다.
필터 로드(10)는 마우스피스 역할을 하는 필터로, 에어로졸은 통과하고 액 유입은 막아주는 역할을 한다. 필터 로드(10)는 펄프로 제작될 수 있으며, 원통형 또는 튜브 형태로 제작될 수 있다. 필터 로드(10)는 셀룰로오스 아세테이트, 종이, PP, PLA 등의 재질로 제조될 수 있다. 한편, 필터 로드(10)는 가향 성분을 포함하여 사용자의 만족감을 향상시킬 수 있다. 가향 성분은 예를 들어, 감초, 자당, 과당 시럽, 이소감미제, 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.
냉각 튜브 로드(20)는 상하 방향으로 연장되는 중공(22)이 내부에 형성되어, 에어로졸의 이동 통로를 제공하는데, PLA를 포함하여 에어로졸의 온도를 낮추어 사용자가 에어로졸 흡입 시에 화상을 입는 것을 방지할 수도 있다. 냉각 튜브 로드(20)는 셀룰로오스 아세테이트로 제작될 수 있으며, 냉각 구조물로 기능하는 냉각 튜브 로드(20)은 순수한 폴리락트산으로 제작되거나, 다른 분해성 폴리머와 폴리락트산을 조합하여 제작될 수 있다. 랩핑 페이퍼(40)는 예를 들어 일반지나 다공지 등으로 구성될 수 있다.
실시예에 따라 가열식 흡연 물품(1)에 포함되는 에어로졸 매질 집합체(30)를 실린더 형상으로 랩핑하는 별도의 랩핑 페이퍼(31)를 포함한다.
또한, 실시예에 따라 에어로졸 매질 집합체(30)의 하단에는 다공성 알갱이 누설 방지 구조(32)를 구비한다. 다공성 알갱이 누설 방지 구조(32)는 예를 들어 다공성 알갱이의 흐름을 방지하는 막 형태로 구비되며, 기체에 대해 투과성을 갖고, 액체에 대해 불투과성을 갖는다. 따라서, 다공성 알갱이의 누설 뿐만 아니라 높은 온도에서 다공성 알갱이로부터 에어로졸 매질이나 니코틴 액상이 하부로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
실시예에 따른 가열식 흡연 물품(1)은 필름 히터와 같은 저항 가열 방식이 적용된 가열 디바이스 내의 가열 공간에 삽입되어 가열될 수도 있으며, 다른 실시예로 유도 가열 방식이 적용된 가열 디바이스 내에 가열 공간에 삽입될 수도 있다.
가열 디바이스는, 가열식 흡연 물품(1)이 삽입되어 가열될 수 있는 가열 공간(공동)을 갖고, 가열 공간에 삽입된 가열식 흡연 물품(1)의 글리세린과 같은 에어로졸 매질, 담배체 및/또는 니코틴과 같은 에어로졸 형성 기질을 히터에 의해 가열하여 에어로졸을 형성시키는, 파지 가능하고 휴대 가능한 크기의 에어로졸 발생 장치를 가리킨다. 히터는 전술한 바와 같이 저항 가열 방식 혹은 유도 가열 방식으로 제공될 수 있는데, 일 예로 100 - 400 ℃의 온도까지 가열되어, 가열 디바이스의 가열 공간(공동) 내에 삽입되는 가열식 흡연 물품(1) 내부에 제공되는 에어로졸 매질 내지 형성 기질을 가열시켜 에어로졸을 발생시킨다. 바람직한 일 실시예에 따르면, 그 타켓 온도는 200 내지 350 ℃의 범위가 될 수 있으며, 더욱 바람직한 일 예에 따르면 그 타겟 온도는 250 내지 320 ℃의 범위가 될 수 있다 (일 예로 280 ℃를 타겟으로 정할 수도 있음). 경우에 따라서는 그 타겟 온도가 150 내지 250 ℃의 범위일 수 있는데(일 예로 180 ℃를 타겟 온도로 정할 수도 있음), 이것은 에어로졸을 발생시키고자 하는 대상이 글리세린인지 혹은 담배체인지 혹은 글리세린과 같은 액상 조성물이 흡습된 담배체인지 혹은 니코틴액인지에 따라 달라질 수 있다. 어느 경우든 가열식 흡연 물품(1) 내에서 발생된 에어로졸은 사용자의 퍼핑 시에 냉각 튜브 로드(20) 및 필터 로드(10)를 통해 사용자의 입안으로 흡입되므로, 퍼핑 과정에서 냉각되는 것을 고려하더라도 발생된 에어로졸의 온도가 과도하게 높으면 사용자에게 불쾌감을 주거나 화상의 위험이 있고 너무 과도하게 에어로졸이 발생할 수 있어서 여러 번의 퍼프가 힘들 수 있기에 이러한 점을 감안하여 발열체의 타겟 온도가 미리 정해져야 한다. 또한 이상의 이유 때문에 발열체의 타겟 온도의 상한이 위와 같이 제한된다.
바람직한 일 실시예에 따르면 발생된 에어로졸이 냉각 튜브 로드(20) 및 필터 로드(10)를 거쳐 나오는 온도가 마우스 엔드 온도(mouth end temperature)로 측정될 수 있는데, 사용자에게 불쾌감을 주지 않기 위해서 에어로졸의 온도는 50 ℃ 미만, 바람직하게는 45 ℃ 이하의 온도로 되어야 한다. 바람직한 에어로졸의 마우스 엔드 온도는 25 내지 45 ℃의 온도 범위를 갖고, 더욱 바람직한 에어로졸의 마우스 엔드 온도는 30 내지 40 ℃의 온도 범위를 갖는다.
가열식 흡연 물품(1)은 가열 디바이스 내의 가열 공간에 삽입되어 예를 들어 가열 디바이스에 구비되는 면상 발열체 또는 및 유도 가열 서셉터로 만들어진 파이프 히터가 가열식 흡연 물품(1)의 외곽을 가열하면, 에어로졸 매질 집합체(30)가 가열될 수 있으며, 그에 따라, 다공성 알갱이(30a) 내의 마이크로 기공(A)이나 다공성 알갱이(30a)들 사이의 매크로 기공(B)에 수용된 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴으로부터 유래하는 에어로졸이 발생하여 냉각 튜브 로드(20)와 필터 로드(10)를 거쳐서 사용자의 입으로 흡입될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 에어로졸 매질 집합체(30)는 표면이나 내부에 마이크로 기공(도 4에서 A로 지시됨)이 형성된 복수의 다공성 알갱이(30a)를 포함한다. 또한 상기 다공성 알갱이(30a)는 가열에 의해 에어로졸을 생성하는 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴을 수용 내지 흡습하고 있다.
다공성 알갱이(30a)는 에어로졸 매질 집합체(30)를 형성하는 단위 요소로서 특히 본 실시예에서는 버나드셀 현상을 이용하여 형성된다. 버나드 셀 현상에 의해 입자의 표면에 결함, 즉 마이크로 기공(A)이 유도되어 결과적으로 다공성 알갱이(30a)의 비표면적을 증가시킬 수 있고 그에 따라 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴의 흡습량을 증가시킬 수 있으며, 최종적으로 에어로졸 매질 집합체(30)로부터 기인하는 에어로졸 발생량을 증가시킬 수 있다.
버나드셀 현상을 이용한, 표면이나 내부에 마이크로 기공이 형성된 복수의 다공성 알갱이(30a)의 예시적인 제조방법은, 금속 이온과 결합된 실리케이트 분말과 결합제를 제1 용매에 분산하여 제1 분산 용액을 제조하는 단계, 첨가제를 제2 용매에 분산시켜 교반하여 제2 분산 용액을 제조하는 단계, 제1 분산 용액과 제2 분산 용액을 혼합하고 교반하여 혼합 슬러리를 제조하는 단계 및 혼합 슬러리를 분무 건조하는 단계를 포함한다.
이때, 금속 실리케이트 분말은 Mg, Al, Zr, Li, Ba, MgAl, Na 및 Ca 중에서 선택된 하나 이상의 금속 이온을 포함하는 것이 바람직하며, 금속 실리케이트 분말은 제1 용매 대비 5 내지 40wt% 분산된다.
한편, 제1 분산 용액의 제조에 사용되는 결합제는 폴리비닐알콜, 폴리비닐 아세테이트, 폴리에틸렌, 폴리비닐부티렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리 아크릴, 폴리 아크릴 아미드, 구아 검, 젤라틴, 천연고무 중에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.
또한 제1 용매는 물, 에탄올, 톨루엔, IPA, 아세톤 중에서 선택된 하나 이상을 포함하며, 제1 용매는 금속 실리케이트 중량 대비 70~220wt% 사용되는 것이 바람직하다.
이때, 제1 분산 용액의 제조에 사용되는 첨가제는 미네랄 스프릿 또는 자일렌과 같은 고비점 용제를 포함하는 것이 바람직하며, 금속 실리케이트 대비 0.5~10wt% 첨가되는 것이 바람직하다. 첨가제에 따라 다르나 유기물 첨가제의 경우 10wt% 이상이 될 경우 비드 형태를 유지하기 불가하고, 고점성을 유발하며, 작업성 저하될 수 있다.
또한 제2 용액은 물, 에탄올, 톨루엔, IPA, 아세톤 중에서 선택된 하나 이상을 포함하며, 금속 실리케이트 대비 5 내지 30wt% 포함되는 것이 바람직하다.
제1 분산 용액과 제2 분산 용액을 혼합하고 교반하여 혼합 슬러리를 제조한 다음 혼합 슬러리를 분무 건조하여 마이크로 기공이 형성된 다공성 알갱이를 형성한다. 이때, 분무 건조는 디스크 방식을 사용하며, 디스크의 회전 속도는 500 내지 9000rpm의 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하다. 디스크의 회전 속도는 500rpm보다 작으면 원심력으로 인한 효과가 크지 않아 구형 입자의 크기가 지나치게 커진다. 반면, 회전 디스크의 회전 속도가 9000rpm이 넘어가면 20㎛ 이하의 구형 입자들의 생성 비율이 높아지고, 이러한 소형 구형 입자들이 에어로졸 발생 장치의 히터 또는 액상 흡습체의 제조 시에 오히려 히터 또는 액상 흡습체의 표면 기공을 막아버려 오히려 비표면적을 감소시키는 단점이 있다. 따라서 디스크의 회전 속도는 500 내지 9000rpm의 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하다.
혼합 슬러리가 분무되는 디스크는 220~300℃온도를 유지하는 챔버 내에서 회전하며, 분무 건조 단계에서 버나드셀 현상이 유발되어, 도 2의 사진과 같이 표면 결함(크랙)을 유발하여 다공성 알갱이의 비표면적을 증가시킬 수 있다. 이때, 마이크로 기공이 형성된 다공성 알갱이는 제조 과정에서 조공제를 별도로 첨가하지 않고도 마이크로 기공을 형성할 수 있다는 장점이 있다. 이렇게 제조된 마이크로 기공이 형성된 다공성 알갱이는 비표면적을 증가시킬 수 있다. 따라서 실시예에 따른 버나드 셀 현상을 이용한 마이크로 기공이 형성된 다공성 알갱이로 에어로졸 발생장치의 히터 또는 액상 흡습체를 제조할 경우, 액상을 흡습할 수 있는 흡습량이 증가하고, 그에 따라 액상을 기화시켜 발생할 수 있는 무화량을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.
이상에서 설명한 다공성 알갱이들(30a)은 도 3의 주사현미경 사진으로 확인할 수 있듯이 표면 결함(크랙)의 유발에 의해 그 표면에 다수의 홈이나 기공(A)이 형성된 다공성 입체(또는 구형) 입자로서, 그 비표면적이 현저하게 증가된 상태이다. 다공성 알갱이(30a)는 비드 형태이거나 구형 분말 형태일 수 있다. 다공성 알갱이(30a)의 직경이나 사이즈는, 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴을 효과적으로 흡수할 비표면적을 확보할 수 있는 크기로서, 바람직하게 10 ㎛ ~ 300 ㎛의 범위에 속한다. 다공성 알갱이(30a)의 표면이나 내부에 형성된 기공(A)은 마이크로 기공에 해당되며, 액상이나 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴을 효과적으로 수용할 수 있도록 바람직하게는 그 직경이 20 ㎛ ~ 50 ㎛ 범위에 속한다.
에어로졸 매질 집합체(30)가 포함하는 복수의 다공성 알갱이(30a) 사이의 기공은 매크로 기공(도 1에서 B로 지시됨)에 해당되며, 1 ㎛ ~ 130 ㎛ 범위에 속하며, 더욱 바람직하게는 1 ㎛ ~ 20 ㎛ 범위에 속한다. 예를 들어 에어로졸 매질 집합체(30)는 소정의 공간에 장입된, 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴을 수용한, 복수의 다공성 알갱이(30a)들의 집합체일 수 있다. 이 때 상기 소정의 공간 내에 장입된 복수의 다공성 알갱이(30a)들 사이에 형성되는 간격들이 매크로 기공(B)이 될 수 있다. 바람직하게 에어로졸 매질 집합체(30)의 기공율은 30 % ~ 70 % 범위에 속한다. 여기에서 기공율은 매크로 기공(B)과 마이크로 기공(A)의 총합으로 계산될 수 있다.
다공성 알갱이(30a)들 각각은 금속 성분과 실리케이트를 구성된다. 금속 성분은 알루미늄, 마그네슘, 칼슘 등의 알칼리토류족의 소재이다. 특히, 다공성 알갱이(30a)의 재질은 마그네슘 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 규산 실리케이트, 제올라이트, 산화 티탄, 탄화 티탄, 지르코니아, 실리카, 탄화규소, 질화규소, 뮬라이트, 코디어라이트, 탄화 텅스텐, 탄화 지르코늄, 질화 알루미늄을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하여 구성된다.
다공성 알갱이(30a)는 액상이나 겔상 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴의 흡습 내지 수용을 위해 친수성 성질을 지니는 것이 바람직하다. 또한, 다공성 알갱이(30a)는 추가적으로 섬유 글라스(glass)를 포함할 수 있다. 이러한 섬유 글라스에 SiO2가 50% 이상의 중량 퍼센트로 포함된다.
실시예에서 복수의 다공성 알갱이(30a)는 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴을 흡습 내지 수용하는 기능 및/또는, 에어로졸 발생 장치나 카트리지에 장착되어, 액상화된 에어로졸 매질 및 액상화된 겔상 니코틴 또는 액상 니코틴 또는 액상화된 고형화 니코틴을 모세관 현상에 의해 이송시키는 기능을 지닌다. 이러한 흡습 기능과 이송 기능은 실시예와 같은 마이크로 기공과 매크로 기공을 포함하는 다공성 알갱이들(30a)로 구성된 에어로졸 매질 집합체(30)에서 보다 원활하게 수행될 수 있다. 이러한 흡습 기능과 이송 기능에 의해서, 에어로졸 발생 장치나 카트리지에 적용될 경우, 사용자에 의한 퍼프 시에 일정한 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴의 이송이 가능함으로써 일정한 양의 연무가 발생되도록 할 수 있다.
실시예들에 있어서, 에어로졸 매질 집합체(30)가 포함하는 복수의 다공성 알갱이(30a)는 소정의 바인더를 이용하여 입체 형상으로 블록화될 수 있다. 또는 이러한 블록화 과정 없이, 복수의 비드 형태나 구형 분말 형태의 다공성 알갱이(30a)를 소정 공간에 충진시키는 방법으로 에어로졸 발생 장치나 카트리지에 무화기로 적용할될 수 있다. 다공성 알갱이(30a)를 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴을 흡수한 상태로 에어로졸 발생 장치나 카트리지에 장입하고, 히터가 이를 가열할 수 있도록 배치할 수 있다. 이 때 히터의 형태는 블레이드 형태나 원통형, 핀형 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 에어로졸 매질 집합체(30)는 특정한 형상을 가지지 않기 때문에, 히터의 형태나 배치가 자유롭고, 히터와 에어로졸 매질 집합체(30)의 접촉면적을 넓힐 수 있다는 장점이 있다. 또한 제조 단계에 있어서, 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴을 다공성 알갱이(30a)에 흡습 시킬 때, 복수의 다공성 알갱이(30a) 자체를 액상화된 에어로졸 매질과 액상화된 겔상 니코틴 또는 액상 니코틴 또는 액상화된 고형화 니코틴에 담그거나 그와 혼합시키는 방법으로 빠르고 용이하게 에어로졸 매질을 흡습시킬 수 있다.
결국 에어로졸 매질 집합체(30)가 포함하는 마이크로 기공(A)과 매크로 기공(B)에 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴이 효과적으로 수용될 수 있어, 제조가 용이해짐과 동시에 에어로졸 발생의 효율이 증가할 수 있다.
상술한 바와 같이 에어로졸 매질 집합체(30)를 실린더 형상으로 랩핑하는 별도의 랩핑 페이퍼(31)를 포함할 수 있다. 랩핑 페이퍼(31)는 다공성 알갱이(30a)가 충진되는 충진 공간을 실질적으로 정의하며, 적어도 에어로졸 매질 집합체(30)의 측면을 랩핑하여 다공성 알갱이(30a)가 집합체(30)로부터 탈락하는 것을 방지할 수 있다. 바람직하게 랩핑 페이퍼(31)는 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴의 누액을 방지하기 위해 방수 코팅이 되어 있는 페이퍼나 멤브레인 재질로 이루어진다. 예를 들어, 랩핑 페이퍼(31)는 알루미늄 포일이 종이에 부착되어 형성된 합지로 제공될 수 있으며, 알루미늄 포일이 에어로졸 매질 집합체(30)에 접촉하도록 실린더 형상으로 랩핑된다. 이에 따라 알루미늄 포일은 에어로졸 매질 집합체(30)로부터 에어로졸 매질이 액화되어 에어로졸 매질 로드의 측면을 통해 흘러나올 가능성을 없애거나 최소화할 수 있다.
에어로졸 매질 집합체(30)로부터 다공성 알갱이(30a)의 이탈을 방지하기 위하여, 소정의 바인더가 적용될 수 있으며, 또는 에어로졸 매질 로드의 형성 시, 랩핑 페이퍼(31)로 에어로졸 매질 집합체(30)의 측면뿐만이 아닌, 전체 방향을 감쌀 수도 있다. 다만 이 경우의 랩핑 페이퍼(31)는 에어로졸 입자는 통과시킬 수 있을 정도의 기공을 갖고 있는 것이 바람직하다.
예를 들어, 에어로졸 매질 로드 형태의 에어로졸 매질 집합체(30)가 에어로졸 발생 장치 내에 삽입되어, 히터에 의해 특히 그 측면, 즉 랩핑 페이퍼(31)로 둘러쌓인 부분이 가열되면, 이 열은 다공성 알갱이(30a)에 수용되어 있는 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴을 가열하여, 궁극적으로는 에어로졸이 생성될 수 있다.
실시예에서, 에어로졸 매질은 가열에 의해 에어로졸로 변환될 수 있는 소재, 예를 들어, 향료, 니코틴, VG(식물성 글리세린), PG(프로필렌 글리콜), 약품, 정향 등 중의 어느 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 특히 에어로졸 매질에 VG(식물성 글리세린), PG(프로필렌 글리콜)이 포함될 경우, 풍부한 에어로졸 및 시각 효과(연기)가 발생할 수 있다는 점에서 바람직하다.
에어로졸 매질은 적어도 글리세린과 증점제의 혼합물인데, 일례로 글리세린 PG (Proplylene Glycol) 혹은 VG (Vegetable Glycerine), 혹은 PG 및 VG 혼합물을 열을 주며 30분간 교반하여 점도를 낮추고, 여기에 겔화할 수 있는 첨가물인 증점제(카라기난 등)를 10 ~ 50 중량%를 첨가하여 첨가물이 글리세린에 녹을 때까지 교반하고 글리세린과 증점제 혼합물을 얻을 수 있게 된다. 혼합물은 상온을 포함하는 제1 온도 범위(예를 들어 50 ℃미만의 온도 범위)에서는 겔상, 반고상 혹은 고형화상을 유지하며, 가열되어 제1 온도 범위보다 높은 제2 온도 범위(예를 들어 50 - 100 ℃의 온도 범위)에서는 액상 내지 졸(sol)상으로 변화하여 액상으로 존재하고 추가로 가열되는 경우, 제2 온도 범위보다 높은 제3 온도 범위(예를 들어 150 ℃이상의 온도 범위)에서 에어로졸로 기화할 수 있다.
이상과 같이, 에어로졸 매질은, 한천(agar), 증점제, 전분 분말, 셀룰로오스류, 카르복시메틸에테르류, 천연 식품 향료 또는 과일 추출물 중 하나 이상을 추가적으로 포함할 수 있다. 아울러, 에어로졸 매질에서 글리세린의 함량은 50 중량% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 혼합물은 추가로 한천(agar)를 포함할 수 있으며, 이 경우에 에어로졸 매질 혼합물을 형성하는데 유리하게 작용한다. 이에 부가하여, 에어로졸 매질 혼합물은 첨가물로 증점제, 전분 분말, 셀룰로오스류, 카르복시메틸에테르류를 포함할 수 있다. 또한 에어로졸 매질 혼합물에는 추가로 천연 식품 향료 또는 과일 추출물을 포함할 수 있다. 이 경우 발생한 에어로졸을 통해 사용자에게 다양한 맛을 가미하는 것이 가능해진다. 어느 경우든 에어로졸 매질 혼합물에서 글리세린의 함량은 50중량% 이상인 것이 바람직한데, 이렇게 함으로써 발생한 에어로졸에서 탄맛을 최소화할 수 있게 된다. 추가적으로 에어로졸 매질 혼합물은 니코틴을 포함할 수도 있고, 포함하지 않을 수도 있다.
예를 들어, 에어로졸 매질이 증점제 역할을 하는 것으로 널리 알려진 카라기난을 포함하는 것으로 상기와 같은 온도 범위에 따른 상 변화를 기대할 수 있다. 상온을 포함하는 제1 온도 범위에서 겔 상태의 에어로졸 매질은 제2 온도 범위에서 콜로이드 입자들의 연결이 해제되며 액상 내지 졸 상태로 변화할 수 있으며, 더욱 가열되어 제3 온도 범위에서 에어로졸로 기화될 수 있다.
실시예에 따라 에어로졸 매질은 0.1 내지 5% 겔화제와, 글리세린을 포함하는 5 내지 100%의 에어로졸 생성제와, 0.1 내지 20%의 산미조절제와, 선택적으로 0.1 내지 15%의 향미제, 첨가제 또는 활성 물질을 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 에어로졸 매질은 카파 카라기난, 아이오타 카라기난, 한천, 펙틴, 구아검, 젖산 칼슘, 염화 칼륨, 포도당, 전분 분말, 천연 식품 첨가제 또는 과일 추출물 또는 화합물 중 하나 이상을 추가적으로 포함할 수 있다.
예를 들어, 향미제는 감초, 자당, 과당 시럽, 이소감미제, 코코아, 라벤더, 시나몬, 카르다몸, 셀러리, 호로파, 카스카릴라, 백단, 베르가못, 제라늄, 벌꿀 에센스, 장미 오일, 바닐라, 레몬 오일, 오렌지 오일, 민트 오일, 계피, 캐러웨이, 코냑, 자스민, 카모마일, 멘톨, 계피, 일랑일랑, 샐비어, 스피어민트, 생강, 고수 또는 커피 등을 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 에어로졸 매질은 제2 온도 범위보다 높은 예를 들어, 약 150 내지 300 ℃의 온도범위(제3 온도 범위)에서 기화하여 에어로졸화되는데, 가열 후 에어로졸화되어 흡입되지 않은 액상 상태의 에어로졸 매질은 상온으로 냉각되면 다공성 알갱이(30a) 내부에서 다시 겔상으로 변할 수 있다.
전술한 대로, 제 1 온도 범위에서 에어로졸 매질이 겔상, 반고상 혹은 고형화상을 유지하도록, 에어로졸 매질은 증점제를 포함하는데, 바람직한 실시예에 따라 증점제는 글리세린을 포함하는 에어로졸 매질이 기화하여 에어로졸화되는 약 150 내지 300 ℃의 온도범위(제3 온도 범위)에서 기화하지 않고 다공성 알갱이(30a)에 잔류한다. 즉 증점제는 주된 에어로졸 매질인 글리세린이 에어로졸로 기화할 때, 기화하지 않고 다공성 알갱이(30a) 내의 마이크로 기공(A)이나 다공성 알갱이(30a)들 사이의 매크로 기공(B)에 그대로 잔류한다.
이러한 증점제로서, 단당류, 이당류, 당알코올, 소당류를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함하여 구성된다. 글리세린을 겔화시키는 증점제로 어류, 육류 등으로부터 추출된 젤라틴이나 식물성 젤라틴을 이용하거나 이러한 젤라틴 증점제와 물을 글리세린과 섞어서 교반하면서 냉각시키는 방법 등이 고려되었으나, 이렇게 얻어진 에어로졸 매질에서 글리세린의 기화점은 대기압하에서 대략 200 ~ 300 ℃이고, 물의 기화점도 대기압하에서 대략 100 ℃이어서, 이러한 젤라틴 또는 물 증점제는 글리세린을 포함하는 에어로졸이 기화하여 에어로졸화되는 약 150 내지 300 ℃의 온도범위(제3 온도 범위)에서 글리세린과 함께 기화하여 에어로졸화될 수 있다. 따라서 발명자들은 다른 증점제를 고려하게 되었으며, 실시예에서는 증점제로, 단당류, 이당류, 당알코올, 소당류를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함한다.
바람직한 일 실시예에서, 단당류는 식물 추출물로 글루코스, 과당, 갈락토스를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함한다. 글루코스의 기화점은 대기압하에서 527.1 ± 50.0 ℃이고, 과당의 기화점은 대기압하에서 697.1 ± 50.0 ℃이고, 갈락토스의 기화점은 대기압하에서 527.1 ± 50.0 ℃이므로, 글리세린을 포함하는 에어로졸 매질이 기화하여 에어로졸화되는 약 150 내지 300 ℃의 온도범위(제3 온도 범위)에서 기화하지 않고 흡습체 내에 그대로 잔류한다.
바람직한 다른 실시예에서, 이당류는 설탕 등에서 추출한 성분을 포함한다. 설탕의 기화점은 대기압하에서 697.1 ± 50.0 ℃이므로, 글리세린을 포함하는 에어로졸 매질이 기화하여 에어로졸화되는 약 150 내지 300 ℃의 온도범위(제3 온도 범위)에서 기화하지 않고 흡습체 내에 그대로 잔류한다.
바람직한 다른 실시예에서, 당알코올은 이소말트, 말티톨, 자일리톨, 소르비톨을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함한다. 이소말트의 기화점은 788.5 ℃이고, 말티톨의 기화점은 대기압하에서 788.5 ± 60.0 ℃이므로, 글리세린을 포함하는 에어로졸 매질이 기화하여 에어로졸화되는 약 150 내지 300℃의 온도범위(제3 온도 범위)에서 기화하지 않고 흡습체 내에 그대로 잔류한다.
바람직한 다른 실시예에서, 소당류는 이당류 이상의 당류로서, 말토덱스트린을 포함한다. 말소텍스트린의 기화점은 527.1 ℃이므로, 글리세린을 포함하는 에어로졸 매질이 기화하여 에어로졸화되는 약 150 내지 300℃의 온도범위(제3 온도 범위)에서 기화하지 않고 흡습체 내에 그대로 잔류한다.
실시예에서 겔상 니코틴은 증점제를 포함한다. 예를 들어 니코틴 겔은 증점제 역할을 하는 것으로 널리 알려진 카라기난을 포함한다.
실시예에서 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴은 가열에 의해 에어로졸로 변환될 수 있는 소재, 예를 들어, 향료, VG(식물성 글리세린), PG(프로필렌 글리콜), 약품, 정향 등 중의 어느 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 특히 니코틴 겔에 VG(식물성 글리세린), PG(프로필렌 글리콜)이 포함될 경우, 풍부한 에어로졸 및 시각 효과(연기)가 발생할 수 있다는 점에서 바람직하다.
고형화 니코틴은 적어도 글리세린과 증점제를 포함하는데, 일례로 니코틴과 글리세린 PG (Proplylene Glycol) 혹은 VG (Vegetable Glycerine), 혹은 니코틴과 PG 및 VG 혼합물에, 고형화를 위한 첨가물인 증점제와, 고형화를 임시적으로 막기 위한 첨가물인 용해제를 넣은 혼합 용액을 만들 수 있다. 다음으로 이 혼합 용액을 가열하여 용해제만을 증발시키면 니코틴과 PG 및 VG는 증점제에 갖히며 고형화 니코틴이 형성될 수 있다.
이 때, 증점제는 셀룰로오스 유도체(Cellulose derivatives), 덱스트린 유도체(Dextrin derivatives), 알지네이트 유도체(Alginate derivatives), 검(Gum), 펙틴(Pectin), 헤미셀룰로오스 유도체(Hemicellulose derivatices) 및 젤라틴(Gelatin)을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 용해제는 예를 들어 증류수이거나 에탄올일 수 있는데, 특히 사용될 에어로졸 매질(예를 들어 PG와 VG) 및 증점제보다 끓는 점이 낮은 물질인 것이 바람직하다.
실시예에서 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴에는 담배 추출물이 포함될 수 있다. 담배 추출물은 자연적으로 발생하는 순수 니코틴 또는 합성 니코틴일 수 있다. 예를 들어, 담배 추출물은 프리베이스 니코틴(freebase nicotine) 또는 니코틴 염(nicotinesalt)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
실시예에서 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴에는 2종 이상의 니코틴 염(Nicotine Salt)이 포함될 수 있다. 니코틴 염(Nicotine Salt)은 니코틴에 유기산 또는 무기산을 포함하는 적절한 산을 첨가함으로써 형성될 수 있다. 니코틴 염의 형성을 위한 산은 혈중 니코틴 흡수 속도, 가열식 흡연 물품(1)이 가열되는 온도, 향미 또는 풍미, 용해도 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.
예를 들어, 니코틴 염의 형성을 위한 산은 벤조산, 락트산, 살리실산, 라우르산, 소르브산, 레불린산, 피루브산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프로산, 카프릴산, 카프르산, 시트르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 페닐아세트산, 타르타르산, 숙신산, 푸마르산, 글루콘산, 사카린산, 말론산 또는 말산으로 구성된 군으로부터 선택되는 단독의 산 또는 상기 군으로부터 선택되는 2 이상의 산들의 혼합이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 매질 집합체(30)의 제조 방법을 표현한 공정 개념도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 매질 집합체(30)의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하여, 실시예에 따라 에어로졸 매질 집합체(30)의 제조 방법을 설명하면, 먼저, 용기(K)에 액화된 겔상 에어로졸 매질 및 겔상 니코틴(M)을 준비하는 단계로서, 예를 들어 전술한 제2 온도 범위로 겔상 에어로졸 매질 및 겔상 니코틴(M)을 가열하여 액화시키고 이를 용기(K)에 담는다(도 5의 (a)). 다음으로 다공성 알갱이(30a)들을 상기 용기(K)로 도입하여 액상화된 겔상 에어로졸 매질 및 액상화된 겔상 니코틴(M)에 적신다(도 5의 (b), (c)). 예를 들어 이 때 다공성 알갱이(30a)가 잘 적셔지도록 교반 작업이 수행될 수 있다. 그로 인하여, 다공성 알갱이(30a)와 에어로졸 매질 및 니코틴(M)이 혼합되며 다공성 알갱이(30a)의 마이크로 기공 및 표면에 액상화된 겔상 에어로졸 매질 및 액상화된 겔상 니코틴(M)이 흡습 내지 수용될 수 있다. 다음으로, 예를 들어 미세 거름망을 이용하여 잔존하는 액상화된 겔상 에어로졸 매질 및 액상화된 겔상 니코틴(M)과 다공성 알갱이(30a)를 분리할 수 있다. 이후 실시예에 따라, 다공성 알갱이(30a)에 흡수되지는 않았으나 표면장력 등의 현상으로 여전히 다공성 알갱이(30a)에 묻어 있는 액상화된 겔상 에어로졸 매질 및 액상화된 겔상 니코틴(M)을 건조시키는 건조 단계가 추가로 포함될 수 있다.
이렇게 제조한, 겔상 에어로졸 매질 및 겔상 니코틴을 흡습한 다공성 알갱이(30a)들은 냉각 과정을 거쳐, 에어로졸 매질 및 니코틴이 다시 겔상화될 수 있으며, 도 2에서와 같이 에어로졸 매질 로드의 형태로 랩핑 페이퍼(31)에 의해 랩핑 되거나 소정 공간 내에 장입되어 에어로졸 매질 집합체(30)를 형성하여, 에어로졸을 발생시키는 무화기로서 기능할 수 있다.
상기와 같은 예시적인 제조 공정에 있어서, 겔상 에어로졸 매질 및 겔상 니코틴을 흡습한 다공성 알갱이(30a)들은 소정의 코팅 과정을 거쳐 표면이 코팅될 수 있으며, 이 코팅은 다공성 알갱이(30a) 내의 마이크로 기공(A)을 막아, 상온에서 혹시라도 발생할 수 있는 누액을 방지하고, 열이 가해지면 녹아 겔상 에어로졸 매질 및 겔상 니코틴이 액화 및 기화되어 사용자에게 흡입될 수 있도록 한다.
또한, 실시예에 따라 에어로졸 매질 집합체(30)의 제조 방법을 설명하면, 먼저, 용기(K)에 액상의 에어로졸 매질 및 액상 니코틴(M)을 준비하는 단계로서, 액상 에어로졸 매질 및 액상 니코틴(M)을 용기(K)에 담는다(도 5의 (a)). 다음으로 다공성 알갱이(30a)들을 상기 용기(K)로 도입하여 액상의 에어로졸 매질 및 액상 니코틴(M)에 적신다(도 5의 (b), (c)). 예를 들어 이 때 다공성 알갱이(30a)가 잘 적셔지도록 교반 작업이 수행될 수 있다. 그로 인하여, 다공성 알갱이(30a)와 에어로졸 매질 및 니코틴(M)이 혼합되며 다공성 알갱이(30a)의 마이크로 기공 및 표면에 액상의 에어로졸 매질 및 액상 니코틴(M)이 흡습될 수 있다. 다음으로, 예를 들어 미세 거름망을 이용하여 잔존하는 액상의 에어로졸 매질 및 액상 니코틴(M)과 다공성 알갱이(30a)를 분리할 수 있다. 이후 실시예에 따라, 다공성 알갱이(30a)에 흡수되지는 않았으나 표면장력 등의 현상으로 여전히 다공성 알갱이(30a)에 묻어 있는 액상의 에어로졸 매질 및 액상 니코틴(M)을 건조시키는 건조 단계가 추가로 포함될 수 있다. 이 경우, 과흡수된 다공성 알갱이(30a) 표면의 액상의 에어로졸 매질 및 액상 니코틴이 건조되어, 추후, 에어로졸 매질 집합체(30)로 합쳐졌을 때 발생할 수 있는 액적의 흐름을 방지할 수 있다.
이렇게 제조한, 액상 에어로졸 매질 및 액상 니코틴을 흡습한 다공성 알갱이(30a)들은 도 2에서와 같이 에어로졸 매질 로드의 형태로 랩핑 페이퍼(31)에 의해 랩핑 되거나 소정 공간 내에 장입되어 에어로졸 매질 집합체(30)를 형성하여, 에어로졸을 발생시키는 무화기로서 기능할 수 있다.
상기와 같은 예시적인 제조 공정에 있어서, 액상의 에어로졸 매질 및 액상 니코틴을 흡습한 다공성 알갱이(30a)들은 소정의 코팅 과정을 거쳐 표면이 코팅될 수 있으며, 이 코팅은 다공성 알갱이(30a) 내의 마이크로 기공(A)을 막아, 상온에서 혹시라도 발생할 수 있는 누액을 방지하고, 열이 가해지면 녹아 액상의 에어로졸 매질 및 액상 니코틴이 기화되어 사용자에게 흡입될 수 있도록 한다.
또한, 도 5와 도 6을 참조하여, 실시예에 따라 에어로졸 매질 집합체(30)의 제조 방법을 설명하면, 먼저, 용액 준비 단계(s110)로서 용기(K)에 액상의 에어로졸 매질(예를 들어, PG와 VG 혼합물) 및 니코틴과 증점제와 용해제의 혼합 용액(M)을 준비한다(도 5의 (a)). 다음으로 흡습 단계(s120)로서, 다공성 알갱이(30a)들을 용기(K)로 도입하여 상기 혼합 용액(M)에 적신다(도 5의 (b), (c)). 예를 들어 이 때 다공성 알갱이(30a)가 잘 적셔지도록 교반 작업이 수행될 수 있다. 그로 인하여, 다공성 알갱이(30a)와 액상의 에어로졸 매질과 니코틴과 증점제와 용해제의 혼합 용액(M)이 혼합되며 다공성 알갱이(30a)의 마이크로 기공 및 표면에 상기 혼합 용액(M)이 흡습 내지 수용될 수 있다. 다음으로 분리 단계(s130)로서, 예를 들어 미세 거름망을 이용하여 잔존하는 혼합 용액(M)과 다공성 알갱이(30a)를 분리할 수 있다(도 5의 (d)). 다음으로 고형화 단계(s140)로서, 다공성 알갱이(30a)에 흡습된 혼합 용액(M)에 포함된 용해제를 증발시켜 고형화된 에어로졸 매질 및 고형화 니코틴을 얻는 단계이다. 예를 들어, 혼합 용액(M)을 흡습한 다공성 알갱이(30a)를, 포함된 용해제의 끓는 점보다는 높고, 포함된 액상의 에어로졸 매질과 니코틴 및 증점제의 끓는 점보다 낮은 온도로 가열하여, 혼합 용액(M)에 포함된 용해제를 증발시키고, 에어로졸 매질 및 니코틴과 증점제는 그대로 남도록 하여 고형화된 에어로졸 매질 및 고형화 니코틴을 얻을 수 있다. 이 과정에서 에어로졸 매질 및 니코틴은 다공성 알갱이(30a) 내의 마이크로 기공(A)이나 다공성 알갱이(30a)들 사이의 매크로 기공(B)에 수용된 채 고형화될 수 있다.
이렇게 제조한, 고형화 에어로졸 매질 및 고형화 니코틴을 수용한 다공성 알갱이(30a)들은 도 2에서와 같이 에어로졸 매질 로드의 형태로 랩핑 페이퍼(31)에 의해 랩핑 되거나 소정 공간 내에 장입되어 에어로졸 매질 집합체(30)를 형성하여, 에어로졸을 발생시키는 무화기로서 기능할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
1: 가열식 흡연 물품
10: 필터 로드
20: 냉각 튜브 로드
30: 에어로졸 매질 집합체
30a: 다공성 알갱이
31: 랩핑 페이퍼
32: 다공성 알갱이 누설 방지 구조
40: 랩핑 페이퍼
10: 필터 로드
20: 냉각 튜브 로드
30: 에어로졸 매질 집합체
30a: 다공성 알갱이
31: 랩핑 페이퍼
32: 다공성 알갱이 누설 방지 구조
40: 랩핑 페이퍼
Claims (24)
- 필터 로드와;
상기 필터 로드의 하단에 적층되며 상하 방향으로 중공이 형성된 냉각 튜브 로드와;
상기 냉각 튜브 로드의 하단에 적층되는 에어로졸 매질 집합체와;
상기 필터 로드와 상기 냉각 튜브 로드 및 상기 에어로졸 매질 집합체를 랩핑하여 적층 구조를 유지시키는 랩핑 페이퍼;를 포함하며,
상기 에어로졸 매질 집합체는 가열에 의해 에어로졸을 생성하는 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴; 및
표면이나 내부에 마이크로 기공이 형성된 복수의 다공성 알갱이;를 포함하고,
상기 복수의 다공성 알갱이 사이에는 매크로 기공이 형성되고, 상기 에어로졸 매질과 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴은 상기 마이크로 기공과 상기 매크로 기공에 수용되는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로 기공은 버나드셀 현상을 통하여 형성된 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제1항에 있어서,
상기 다공성 알갱이는 비드 형태나 구형 분말 형태인 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제1항에 있어서,
상기 다공성 알갱이는 금속 성분과 실리케이트로 구성된 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제4항에 있어서,
상기 금속 성분은 알칼리토류족인 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제4항에 있어서,
상기 다공성 알갱이는 섬유 글라스를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제6항에 있어서,
상기 섬유 글라스는 50% 이상의 중량 퍼센트로 SiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로 기공은 20 ㎛ ~ 50 ㎛ 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제1항에 있어서,
상기 매크로 기공은 1 ㎛ ~ 20 ㎛ 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연물품. - 제1항에 있어서,
상기 다공성 알갱이는 마그네슘 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 규산 실리케이트, 제올라이트, 산화 티탄, 탄화 티탄, 지르코니아, 실리카, 탄화규소, 질화규소, 뮬라이트, 코디어라이트, 탄화 텅스텐, 탄화 지르코늄, 질화 알루미늄을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제1항에 있어서,
상기 다공성 알갱이는 10 ㎛ 내지 300 ㎛의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제1항에 있어서,
상기 에어로졸 매질은, 적어도 VG(식물성 글리세린)와 PG(프로필렌 글리콜)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제1항에 있어서,
상기 에어로졸 매질은, 상온을 포함하는 제1 온도 범위에서 겔상, 반고상 혹은 고형화상으로 존재하고, 제1 온도 범위보다 높은 제2 온도 범위에서 액상으로 변화하며, 제2 온도 범위보다 높은 제3 온도 범위에서 에어로졸로 기화하는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제13항에 있어서,
상기 에어로졸 매질은, 적어도 VG(식물성 글리세린)와 카라기난을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제13항에 있어서,
상기 에어로졸 매질은, 적어도 VG(식물성 글리세린)와 증점제를 포함하고, 제3 온도 범위에서 상기 증점제는 기화하지 않고 상기 복수의 다공성 알갱이에 잔류하는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제1항에 있어서,
상기 에어로졸 매질은 액상화된 상태로 상기 복수의 다공성 알갱이와 혼합된 후 다시 겔상화되어 상기 복수의 다공성 알갱이의 마이크로 기공과 매크로 기공에 수용되는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제1항에 있어서,
상기 겔상 니코틴은 증점제를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제1항에 있어서,
상기 겔상 또는 액상 또는 고형화 니코틴은 가열에 의해 에어로졸로 변환될 수 있는 소재로서 향료, VG(식물성 글리세린), PG(프로필렌 글리콜), 약품, 정향 중의 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제1항에 있어서,
상기 겔상 니코틴은 액상화된 상태로 상기 복수의 다공성 알갱이와 혼합된 후 다시 겔상화되어 상기 복수의 다공성 알갱이의 마이크로 기공과 매크로 기공에 수용되는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제1항에 있어서,
상기 액상 니코틴은 상기 복수의 다공성 알갱이와 혼합되며 상기 마이크로 기공과 상기 매크로 기공에 흡습되는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제1항에 있어서,
상기 고형화 니코틴은 적어도 VG(식물성 글리세린)와 증점제를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제21항에 있어서,
상기 증점제는 셀룰로오스 유도체(Cellulose derivatives), 덱스트린 유도체(Dextrin derivatives), 알지네이트 유도체(Alginate derivatives), 검(Gum), 펙틴(Pectin), 헤미셀룰로오스 유도체(Hemicellulose derivatices) 및 젤라틴(Gelatin)을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제1항 내지 제22항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 에어로졸 매질 집합체를 실린더 형상으로 랩핑하는 별도의 랩핑 페이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품. - 제1항 내지 제22항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 에어로졸 매질 집합체의 하단에는 다공성 알갱이 누설 방지 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열식 흡연 물품.
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