MX2014015719A - Fuente de calor combustible con agente de union mejorado. - Google Patents

Fuente de calor combustible con agente de union mejorado.

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Abstract

Una fuente de calor combustible (4) para un artículo para fumar (2) comprende carbono y un agente de unión. El agente de unión incluye una combinación de tres componentes aglutinantes: un material aglutinante polimérico orgánico, una sal de quemado de carboxilato y un material aglutinante inorgánico no combustible. Al menos el material aglutinante inorgánico no combustible comprende una material de lámina de silicato. Preferiblemente, la fuente de calor combustible además comprende un auxiliar de encendido.

Description

FUENTE DE CALOR COMBUSTIBLE CON AGENTE DE UNION MEJORADO La presente invención se refiere a una fuente de calor combustible para un artículo para fumar, comprendiendo la fuente de calor carbono y un agente de unión mejorado incluyendo una combinación de materiales aglutinantes orgánicos e inorgánicos. La invención se refiere además a un artículo para fumar calentado que comprende tal fuente de calor combustible y un substrato formador de aerosol.
Una variedad de artículos para fumar en los cuales el tabaco es calentado en lugar de quemado han sido propuestos en la téenica. Un objetivo de tales artículos para fumar “calentado” es reducir los constituyentes dañinos de humo conocidos del tipo producido por la combustión y la degradación pirolítica de tabaco en cigarrillos convencionales.
En un tipo conocido de artículo para fumar calentado, un aerosol es generado por la transferencia de calor a partir de una fuente de calor combustible a un substrato formador de aerosol ubicado corriente debajo de la fuente de calor combustible. Durante el fumar, los compuestos volátiles son liberados del substrato formador de aerosol mediante transferencia de calor a partir de la fuente de calor combustible y atrapados en aire arrastrado a través del artículo para fumar. Conforme los compuestos liberados se enfrían, se condensan para formar un aerosol que es inhalado por el usuario.
Por ejemplo, WO-A-2009/022232 describe un artículo para fumar comprendiendo una fuente de calor combustible, un substrato formador de aerosol corriente abajo de la fuente de calor combustible, y un elemento conductor de calor alrededor y en contacto con una porción posterior de la fuente de calor combustible y una porción frontal adyacente del substrato formador de aerosol. El elemento conductor de calor en el artículo para fumar de WO-A-2009/022232 ayuda a transferir el calor generado durante la combustión de la fuente de calor al substrato formador de aerosol.
Algunas fuentes de calor basadas en carbono incorporan un aglutinante orgánico, tal como un derivado de celulosa, para ayudar a mejorar la integridad de la fuente de calor durante la fabricación, procesamiento y almacenamiento. Sin embargo, los aglutinantes orgánicos son normalmente combustibles a las temperaturas alcanzadas dentro de la fuente de calor durante el quemado. Como resultado, se ha encontrado que los aglutinantes orgánicos se desintegran durante el fumado del artículo para fumar calentado, conduciendo a una pérdida de integridad de la fuente de calor.
La desintegración del aglutinante orgánico puede resultar en la deformación de la fuente de calor durante y después del quemado, lo cual puede provocar, a su vez, agrietado o ruptura de la fuente de calor o la liberación de ceniza a partir de la fuente de calor quemada. Adicionalmente, durante el quemado del aglutinante orgánico, los gases son normalmente liberados, los cuales crean presión dentro de la fuente de calor, incrementando adicionalmente la probabilidad de agrietado o ruptura.
Sería deseable proporcionar una fuente de calor combustible para un artículo para fumar calentado, la cual tenga integridad mejorada durante y después del fumado. Sería particularmente deseable proporcionar tal fuente de calor combustible, la cual también tenga propiedades de quemado mejoradas.
De acuerdo con la invención, se proporciona una fuente de calor combustible para un artículo para fumar, comprendiendo la fuente de calor combustible carbono y un agente aglutinante incluyendo al menos un material aglutinante polimérico orgánico, al menos una sal de quemado de carboxilato y al menos un material aglutinante inorgánico no combustible, en donde el al menos material aglutinante inorgánico no combustible comprende un material de lámina de silicato.
De acuerdo con la invención, también se proporciona un artículo para fumar comprendiendo una fuente de calor combustible de acuerdo con la invención, como se define antes, y un substrato formador de aerosol corriente debajo de la fuente de calor combustible.
La invención proporciona además el uso de un agente aglutinante para mejorar la integridad de una fuente de calor combustible conteniendo carbono para un artículo para fumar, el agente aglutinante comprendiendo al menos un material aglutinante polimérico orgánico, al menos una sal de quemado de carboxilato y al menos un material aglutinante inorgánico no combustible, en donde el al menos un material aglutinante inorgánico no combustible comprende un material de lámina de silicato.
La invención proporciona además un método para producir una fuente de calor combustible teniendo integridad mejorada, comprendiendo el método los pasos de: combinar uno o más materiales conteniendo carbono, con un agente aglutinante incluyendo al menos un material aglutinante polimérico orgánico, al menos una sal de quemado de carboxilato y al menos un material aglutinante inorgánico no combustible, en donde el al menos un material aglutinante inorgánico no combustible comprende un material de lámina de silicato; pre-formar la mezcla del uno o más materiales conteniendo carbono y el agente aglutinante en una barra alargada; y secar la barra alargada.
La fuente de calor combustible de la invención puede ser una fuente de calor extruida, formada por un proceso de extrusión, como se describe con más detalle más adelante. De manera alternativa y preferible, la fuente de calor combustible de la invención puede ser una fuente de calor prensada, formada mediante un proceso de prensado, como también se describe en detalle más adelante. Se ha encontrado que las fuentes de calor prensadas muestran la mayor mejora en integridad como un resultado del uso de un agente aglutinante incluyendo la combinación de los tres componentes definidos antes.
El término “agente aglutinante” es usado en la presente para referirse al componente de la fuente de calor combustible que se une al carbono y cualquier otro aditivo dentro de la fuente de calor juntos, de manera que puede formarse una fuente de calor sólida que retiene su estructura.
El término “sal de quemado de carboxilato” es usado en la presente para referirse a una sal de un ácido carboxílico, la cual se cree que modifica la combustión de carbono. De preferencia, la sal de quemado de carboxilato comprende un catión monovalente, divalente o trivalente y un anión de carboxilato a temperatura ambiente, en donde el anión de carboxilato se quema cuando la fuente de calor combustible es encendida. Más preferiblemente, la sal de quemado de carboxilato es una sal de quemado de carboxilato de metal alcalino comprendiendo un catión de metal alcalino monovalente y un anión de carboxilato a temperatura ambiente, en donde el anión de carboxilato se quema cuando la fuente de calor combustible es encendida. Ejemplos específicos de sales de quemado de carboxilato que pueden ser incluidas en el agente aglutinante de la fuente de calor combustible de la invención incluyen, pero no están limitadas a, acetatos de metales alcalinos, citratos de metales alcalinos y succinatos de metales alcalinos.
En ciertas modalidades, el agente aglutinante puede incluir una al de quemado de carboxilato simple. En otras modalidades, el agente aglutinante puede comprender una combinación de dos o más diferentes sales de quemado de carboxilato diferentes. Las dos o más sales de quemado de carboxilato diferentes pueden comprender diferentes aniones de carboxilato. De manera alternativa o adicional, las dos o más sales de quemado de carboxilato diferentes pueden comprender cationes diferentes. A manera de ejemplo, el agente aglutinante puede comprender una mezcla de un citrato de metal alcalino y un succinato de metal alcalino-térreo.
El término “no combustible” es usado en la presente para referirse a un material aglutinante inorgánico que no se quema o descompone durante la ignición y quemado de la fuente de calor combustible de la invención. El material aglutinante inorgánico no combustible es por lo tanto estable a las temperaturas a las cuales el agente aglutinante es sometido durante el quemado de la fuente de calor combustible y permanecerá substancialmente intacta durante y después del quemado.
Los términos “corriente arriba”, “frente”, “corriente abajo” y “posterior” son usados en la presente para describir las posiciones relativas de componentes o porciones de componentes de artículos para fumar de la invención en relación a la dirección de aire arrastrado a través de los artículos para fumar durante el uso.
En la fuente de color combustible de la invención, el carbono es combinado con un agente aglutinante formado de una combinación novedosa específica de materiales aglutinantes orgánicos e inorgánicos. En particular, un material aglutinante polimérico orgánico, tal como aquéllos usados en las fuentes de calor combustible de la téenica anterior, se combina con al menos una sal de quemado de carboxilato y al menos un material aglutinante inorgánico no combustible, en donde el al menos un material aglutinante inorgánico no combustible comprende un material de silicato de lámina. En la siguiente descripción, el material aglutinante polimérico orgánico, la sal de quemado de carboxilato y el material aglutinante inorgánico no combustible son referidos colectivamente como los “componentes aglutinantes”.
El uso de un agente aglutinante incluyendo una combinación específica de un material aglutinante polimérico orgánico, una sal de quemado de carboxilato y un material aglutinante inorgánico no combustible que comprende un material de lámina de silicato, ha sido encontrado ventajosamente como que aumenta la integridad de la fuente de calor combustible durante y después del quemado, comparado con una fuente de calor comprendiendo solo material aglutinante orgánico. La fuente de calor combustible de la invención exhibe deformación reducida debido al quemado, de manera que la ocurrencia de grietas, ruptura o fragmentación de la fuente de calor es reducida. Adicionalmente, la fuente de calor combustible de la invención forma una ceniza más cohesiva después del quemado, de manera que las partículas o fragmentos de la ceniza son menos probables de separarse de la fuente de calor. También se encontró que se mejoraba la apariencia de la ceniza, con una consistencia más uniforme y un color más obscuro y más uniforme.
El término “integridad” es usado en la presente para referirse a la capacidad de la fuente de calor combustible de la invención para permanecer entera o intacta. Cualquier pérdida de integridad significativa de la fuente de calor combustible puede resultar en agrietado o ruptura de la fuente de calor. La pobre integridad de una fuente de calor combustible también puede ser indicada por la generación de chispas o flamas durante el encendido de la fuente de calor.
Como se describe en más detalle más adelante, una medida cuantitativa de la integridad de una fuente de calor combustible puede ser provista usando una prueba experimental en la cual se mide la probabilidad de una parte de la fuente de calor combustible dentro de un artículo para fumar calentado que se desprenda bajo condiciones de quemado controladas, conocida como “desprendimiento”. En particular, la prueba proporciona una comparación directa de la integridad de fuentes de calor combustible incluyendo diferentes agentes aglutinantes. Se ha encontrado que la probabilidad de desprendimiento para una fuente de calor combustible de la invención es reducida comparada con la probabilidad de desprendimiento bajo las mismas condiciones para una fuente de calor combustible de la téenica anterior, incluyendo solo material aglutinante orgánico.
Mientras menor sea la probabilidad de desprendimiento para una fuente de calor combustible, mejor se considerará la integridad de la fuente de calor combustible. De preferencia, la probabilidad de desprendimiento para una fuente de calor combustible de la invención es menor que 20 por ciento, más preferiblemente menor que 10 por ciento y muy preferiblemente cerca de 0 por ciento bajo las condiciones experimentales descritas a continuación.
La mejora provista en la integridad de la fuente de calor combustible como un resultado del uso de la combinación específica de componentes aglutinantes definida antes es mayor que lo que se podría predecir con base en el comportamiento de los componentes aglutinantes individuales. Además, se ha mostrado que el uso de la combinación de los tres componentes aglutinantes proporciona una mejora inesperada en la fuerza mecánica de la fuente de calor combustible, como se demostró por un aumento en la fuerza compresiva de la fuente de calor combustible. Por lo tanto, el agente aglutinante proporciona efectos ventajosos sorprendentes sobre las propiedades físicas de la fuente de color combustible de la invención.
También ha sido ventajoso que la proporción de los tres componentes aglutinantes del agente aglutinante de la fuente de calor combustible de la invención puede ser ajustada con el fin de modificar y mejorar las propiedades de quemado de la fuente de calor. Por ejemplo, la proporción de los componentes aglutinantes pueden ser adaptados para aumentar la temperatura de quemado o el tiempo de vida de quemado de la fuente de calor comparado con una fuente de calor incluyendo solo material aglutinante orgánico.
También ha sido mostrada ventajosamente que el uso de un agente aglutinante comprendiendo la combinación de tres componentes aglutinantes diferentes en la fuente de calor combustible de la invención, aumenta la velocidad de propagación de combustión del carbono de la fuente de calor desde el extremo frontal al extremo posterior de la fuente de calor después de la ignición del extremo frontal de la misma. La propagación de la combustión del carbono a través de la fuente de calor combustible es mostrada claramente por un cambio en color en la superficie de la fuente de calor combustible debido al movimiento corriente debajo de un frente de deflagración desde el extremo frontal al extremo posterior de la fuente de calor combustible. La propagación más rápida de la combustión del carbono a través de la fuente de calor combustible después de la ignición reduce ventajosamente el tiempo de la primera bocanada. Como se describe con más detalle más adelante, los tres- componentes aglutinantes diferentes del agente aglutinante proporcionan cada uno una estructura y función diferente dentro de la fuente de calor combustible. Adicionalmente, los componentes aglutinantes se comportan cada uno de manera diferente sobre el quemado de la fuente de calor combustible. La combinación de las diferentes propiedades comportamientos de los componentes aglutinantes proporciona efectos aglutinantes mejorados y en particular la mejora sorprendente en la integridad de la fuente de calor combustible.
El aglutinante polimerico orgánico en el agente aglutinante de la fuente de calor combustible de la invención normalmente está formado por polímeros orgánicos largos y flexibles. El material aglutinante polimérico orgánico normalmente es un buen combustible, lo cual mejora las cualidades de quemado de la fuente de calor combustible. Como se expone antes, el material aglutinante polimérico orgánico también ayuda a aglutinar el carbono durante la producción de la fuente de calor combustible y antes del quemado. Sin embargo, el material aglutinante polimérico orgánico se consume después de la ignición déla fuente de calor y no proporciona algún efecto aglutinante significativo durante o después del quemado.
El material aglutinante polimérico orgánico puede incluir cualquier aglutinante polimérico orgánico adecuado que no produzca subproductos dañinos sobre calentamiento o quemado. El material aglutinante polimérico orgánico puede incluir un tipo simple de polímero orgánico o una combinación de dos o más tipos diferentes de polímero orgánico.
De preferencia, el material aglutinante polimérico orgánico comprende uno o más materiales poliméricos celulósicos. Los materiales poliméricos celulósicos adecuados incluyen, pero no están limitados a, celulosa, celulosa modificada, metil celulosa, carboximetil celulosa, hidroxipropil celulosa, hidroxipropil metilcelulosa y combinaciones de las mismas. En modalidades particularmente preferidas de la invención, el material aglutinante polimérico orgánico comprende carboximetil celulosa (CMC). Una fuente adecuada de CMC para uso en la invención está disponible de Phrikolat GmbH, Alemania. De manera alternativa o adicional a uno o más materiales poliméricos celulósicos, el material aglutinante polimérico orgánico puede comprender uno más materiales poliméricos no celulósicos, incluyendo pero no limitando a gomas, tal como por ejemplo, goma guar; harina de trigo, almidones; azúcares; aceites vegetales y combinaciones de los mismos.
De preferencia, el agente aglutinante incluye entre aproximadamente 25 por ciento en peso y aproximadamente 80 por ciento en peso del material aglutinante polimérico orgánico, más preferiblemente entre aproximadamente 30 por ciento en peso y aproximadamente 75 por ciento en peso del material aglutinante polimérico orgánico.
En contraste con el material aglutinante polimérico orgánico, la sal de quemado de carboxilato en el agente aglutinante de la fuente de calor combustible de la invención normalmente comprende iones que son generalmente más pequeños que las otras moléculas más grandes en la fuente de calor. La sal de quemado de carboxilato promueve la combustión de la fuente de calor. Además, a diferencia del aglutinante orgánico, se ha encontrado que la sal de quemado de carboxilato retiene una estructura cohesiva alrededor de las otras moléculas dentro de la fuente de calor combustible durante y después del quemado, lo cual ayuda a aglutinar los materiales de fuente de calor juntos. Por lo tanto, la sal de quemado de carboxilato mejora la integridad de la fuente de calor combustible durante y después del quemado y reduce la probabilidad de deformación y ruptura de la fuente de calor. La retención del efecto aglutinante de la sal de quemado de carboxilato después del quemado mejora adicionalmente la cohesión y apariencia del material de ceniza.
La inclusión de una sal de quemado de carboxilato en la fuente de calor combustible de la invención proporciona adicionalmente mejora en las propiedades de quemado de la fuente de calor combustible. En particular, la promoción de combustión de la fuente de calor por la sal de quemado de carboxilato puede permitir que una fuente de calor combustible de una mayor densidad sea usada en un artículo para fumar calentado. Esto permite que una fuente de calor combustible sea producida con una mayor cantidad del combustible de carbono para una fuente de calor de un tamaño dado, lo cual puede mejorar adicionalmente el tiempo de quemado de la fuente de calor combustible.
De preferencia, la sal de quemado de carboxilato es una sal de potasio o sodio de un ácido carboxílico, tal como un citrato, acetato o succinato. En modalidades preferidas, la sal de quemado de carboxilato es una sal de citrato de metal alcalino. En modalidades particularmente preferidas de la invención, la sal de quemado de carboxilato es citrato de potasio, muy preferiblemente, citrato de mono-potasio.
La naturaleza del catión y la naturaleza del anión seleccionada para la sal de quemado de carboxilato tienen ambas un impacto sobre las propiedades de quemado de la fuente de calor combustible y en particular, sobre el tiempo de vida de quemado, la temperatura de quemado y la temperatura inicial durante la ignición de la fuente de calor combustible. La naturaleza de la sal de quemado de carboxilato y la cantidad de sal de quemado de carboxilato incorporada en el agente aglutinante puede ser ajustada por lo tanto, dependiendo de las propiedades de quemado deseadas de la fuente de calor combustible.
De preferencia, el agente aglutinante comprende entre aproximadamente 5 por ciento en peso y aproximadamente 50 por ciento en peso de la sal de quemado de carboxilato, más preferiblemente entre aproximadamente 8 por ciento en peso y aproximadamente 40 por ciento en peso de la sal de quemado de carboxilato.
El material aglutinante inorgánico no combustible comprende un material de lámina de silicato.
El material aglutinante inorgánico es formado de preferencia de un material con moleculas relativamente grandes, planas e inflexibles. El material aglutinante inorgánico es no combustible a las temperaturas alcanzas dentro de la fuente de calor combustible durante el quemado, de manera que el aglutinante inorgánico todavía está presente después de la ignición y quemado de la fuente de calor. Por lo tanto, el material aglutinante inorgánico retiene sus propiedades aglutinantes y continuará aglutinando los materiales de fuente de calor después de que el aglutinante orgánico se ha consumido. En ciertos niveles, la adición de un material aglutinante inorgánico puede aumentar adicionalmente la temperatura de quemado de la fuente de calor combustible, de manera que puede ajustarse las propiedades de quemado. En particular, el nivel del material aglutinante inorgánico no combustible puede ser ajustado para aumentar la temperatura de la fuente de calor durante la ignición.
El material aglutinante inorgánico puede incluir cualquier aglutinante inorgánico adecuado que sea inerte y no se querne o descomponga durante la combustión de la fuente de calor. El material aglutinante inorgánico no combustible puede incluir un solo tipo de aglutinante inorgánico o una combinación de dos o más tipos diferentes de aglutinante inorgánico. Materiales de lámina de silicato adecuados para inclusión en el material aglutinante inorgánico no combustible pueden incluir, pero no están limitados a, arcillas, micas, serpentinitas y combinaciones de las mismas. En modalidades particularmente preferidas, el material aglutinante inorgánico combustible comprende una o más arcillas. Otros aglutinantes inorgánicos adecuados para inclusión en el material aglutinante inorgánico no combustible incluyen, pero no están limitados a, derivados de alúmina-silicato, silicatos alcalinos, derivados de cal, compuestos alcalino-térreos y derivados, compuestos de aluminio y derivados y combinaciones de los mismos.
El término “arcilla” es usado en la presente para referirse a materiales de filosilicato de aluminio formados de láminas bidimensionales de silicato e iones de aluminato, los cuales forman una estructura estratificada distinta dentro de la arcilla. Las arcillas adecuadas para uso en el agente aglutinante de la fuente de calor combustible de la invención incluyen, pero no están limitadas a, bentonita, montmorillonita y caolinita. Arcillas adecuadas están disponibles de Worlee-Chimie GmbH, Alemania o Nanocor.
De forma especialmente preferible, la una o más arcillas usadas en el agente aglutinante de la fuente de calor combustible de la invención son arcillas exfoliadas. El término “arcillas exfoliadas” es usado en la presente para referirse a arcillas, las cuales han experimentado un proceso de exfoliación o delaminación, en el cual la separación entre las capas de láminas de silicato y aluminato es incrementada, en algunos casos por hasta 20 veces o más.
La estructuran plana y grande de materiales de láminas de silicato, tales como arcillas está en contraste con las moléculas largas y flexibles del material aglutinante orgánico y los pequeños iones de la sal de quemado de carboxilato. Se ha encontrado que la combinación de las moléculas aglutinantes con estas estructuras diferentes es efectiva para proporcionar propiedades aglutinantes mejoradas, no solo durante la producción y almacenamiento de la fuente de calor combustible de la invención, sino también durante y después del quemado.
De preferencia, el agente aglutinante comprende entre aproximadamente 10 por ciento en peso y aproximadamente 35 por ciento en peso del material aglutinante inorgánico no combustible, más preferiblemente entre aproximadamente 15 por ciento en peso y aproximadamente 35 por ciento en peso del material aglutinante inorgánico no combustible.
En modalidades particularmente preferidas de la invención, la fuente de calor combustible comprende un agente aglutinante que comprende una combinación de carboximetil celulosa como el material aglutinante orgánico, citrato de potasio como la sal de quemado de carboxilato y arcilla como el material aglutinante inorgánico no combustible. En ciertas modalidades preferidas, el agente aglutinante comprende aproximadamente 73 por ciento en peso de carboximetil celulosa como el material aglutinante orgánico, aproximadamente 17 por ciento en peso de citrato de potasio como la sal de quemado de carboxilato y aproximadamente 10 por ciento en peso de arcilla como el material aglutinante inorgánico no combustible.
Se ha encontrado que esta combinación de componentes aglutinantes muestra propiedades aglutinantes particularmente efectivas y las fuentes de calor combustible resultantes retienen integridad, con poca o ninguna deformación o agrietado visible durante o despues del quemado. También se ha encontrado que la ceniza que permanece después de la combustión de la fuente de calor combustible incluyendo esta combinación de componentes aglutinantes tiene una cohesión y apariencia mejoradas comparadas con fuentes de calor combustible de la téenica anterior incluyendo solo material aglutinante orgánico.
Las fuentes de calor combustible de la invención de preferencia comprenden entre aproximadamente 2 por ciento en peso y aproximadamente 10 por ciento en peso del agente aglutinante incluyendo los tres componentes aglutinantes diferentes, más preferiblemente entre aproximadamente 4 por ciento en peso y aproximadamente 10 por ciento en peso del agente aglutinante y muy preferiblemente entre aproximadamente 5 por ciento en peso y aproximadamente 9 por ciento en peso del agente aglutinante. En ciertas modalidades preferidas, las fuentes de calor combustible de la invención comprenden aproximadamente 8 por ciento en peso del agente aglutinante.
El agente aglutinante es de preferencia incorporado en la fuente de calor combustible de la invención durante la producción de la fuente de calor. Una combinación de los tres componentes aglutinantes del agente aglutinante puede incorporarse en el material de fuente de calor en un paso simple durante la producción o los tres componentes aglutinantes pueden adicionarse en dos o tres pasos separados.
Uno o más componentes aglutinantes del agente aglutinante pueden adicionarse a los otros componentes de la fuente de calor combustible en la forma de un polvo sólido, substancialmente seco. De manera alternativa, uno o más de los componentes aglutinantes dela gente aglutinante puede adicionarse a los otros componentes de la fuente de calor combustible en la forma de una solución aglutinante comprendiendo el uno o más componentes aglutinantes disueltos o suspendidos en un solvente adecuado, tal como agua. De preferencia, al menos la sal de quemado de carboxilato es adicionada a los otros componentes de la fuente de calor combustible en la forma de una solución. Por ejemplo, donde la sal de quemado de carboxilato comprende citrato de potasio, puede usarse una solución de entre 5% en peso y 10% en peso de citrato de potasio en agua.
Donde uno o más de los componentes aglutinantes del agente aglutinante son incorporados en la forma de una solución aglutinante, el pH de la solución aglutinante es adaptado de preferencia a un pH básico de al menos pH 8, más preferiblemente al menos pH 10 y muy preferiblemente aproximadamente pH 12. El pH natural de la solución normalmente será ácido, y en tales casos el pH puede ser incrementado fácilmente a traves de la adición de un álcali adecuado.
Los componentes aglutinantes y en particular el material aglutinante polimérico orgánico son normalmente sensibles a cambios en el pH. Esto puede ser particularmente cierto para un material aglutinante polimérico orgánico cargado, para el cual un aumento en el pH de la solución aglutinante puede influenciar la carga sobre las moléculas aglutinantes y por lo tanto, la configuración molecular y las propiedades aglutinantes. Se ha encontrado que el uso de una solución aglutinante teniendo un pH básico (pH 8 o por arriba) mejora las propiedades de quemado de la fuente de calor combustible de la invención comparado con una fuente de calor combustible similar formada usando una solución aglutinante ácida. En particular, se ha encontrado que la fuente de calor combustible tiene una vida de quemado incrementada, de manera que la fuente de calor combustible puede continuar quemándose durante un tiempo más largo.
Adicionalmente, se ha encontrado que el uso de una solución aglutinante básica produce una fuente de calor combustible de densidad incrementada y mejora la integridad de la fuente de calor combustible después del quemado comparado con una fuente de calor combustible similar formada usando una solución aglutinante ácida.
Las fuentes de calor combustible de la invención son fuente de calor conteniendo carbono comprendiendo carbono como un combustible. De preferencia, las fuentes de calor combustible de acuerdo con la invención tienen un contenido de carbono de al menos aproximadamente 35 por ciento, más preferiblemente de al menos aproximadamente 40 por ciento, muy preferiblemente de al menos aproximadamente 45 por ciento en peso seco de la fuente de calor combustible.
En algunas modalidades, la fuente de calor combustible de acuerdo con la invención es una fuente de calor basada en carbono. Como se usa en la presente, el término “fuente de calor basada en carbono” es usado para describir una fuente de calor comprendida principalmente de carbono. Las fuentes de calor basadas en carbono combustibles para uso en artículos para fumar de acuerdo con la invención pueden tener un contenido de carbono de al menos aproximadamente 50 por ciento, de preferencia de al menos aproximadamente 60 por ciento, más preferiblemente de al menos aproximadamente 70 por ciento, muy preferiblemente de al menos aproximadamente 80 por ciento en peso seco de la fuente de calor basada en carbono combustible.
Las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden ser formadas de uno o más materiales conteniendo carbono.
Los materiales conteniendo carbono adecuados son bien conocidos en la téenica e incluyen, pero no están limitados a, polvo de carbono.
Las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención de preferencia comprenden además al menos un auxiliar de ignición.
Como se usa en la presente, el término “auxiliar de ignición” denota un material que ligera uno o ambos de energía y oxígeno durante la ignición de la fuente de calor combustible, donde la velocidad de liberación de uno ambos de energía y oxígeno por el material no es difusión de oxígeno ambiente limitada. En otras palabras, la velocidad de liberación de uno o ambos de energía y oxígeno por el material durante la ignición de la fuente de calor combustible es mayormente independiente de la velocidad a la cual el oxígeno ambiente puede alcanzar el material. Como se usa en la presente, el término “auxiliar de ignición” también denota un metal elemental que ligera energía durante la ignición de la fuente de calor combustible, en donde la temperatura de ignición del metal elemental está por debajo de aproximadamente 500°C y el calor de combustión del metal elemental es al menos aproximadamente 5 kJ/g.
Como se usa en la presente, el término “auxiliar de ignición” no incluye sales de quemado de carboxilato, como se define antes.
Los auxiliares de ignición adecuados para uso en la fuente de calor combustible de la invención son conocidos en la técnica.
Las fuentes de calor combustibles de acuerdo con loa invención pueden comprender uno o más auxiliares de ignición consistiendo de un solo elemento o compuesto que libera energía sobre ignición de la fuente de calor combustible. La liberación de energía por el uno o más auxiliares de ignición sobre ignición de la fuente de calor combustible provoca directamente un “refuerzo” en temperatura durante una etapa inicial de combustión de la fuente de calor combustible.
Por ejemplo, en ciertas modalidades, las fuentes de calor combustible de acuerdo con la invención pueden comprender uno o más materiales energéticos consistiendo de un solo elemento o compuesto que reacciona exotérmicamente con oxígeno sobre ignición de las fuentes de calor combustibles. Ejemplos de materiales energéticos adecuados incluyen, pero no están limitados a, aluminio, hierro, magnesio y circonio.
De manera alternativa o adicional, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender uno o más auxiliares de ignición comprendiendo dos o más elementos o compuestos que reaccionan unos con otros para liberar energía sobre ignición de la fuente de calor combustible.
Por ejemplo, en ciertas modalidades, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender una o más termitas o compuestos de termitas comprendiendo un agente reductor, tal como por ejemplo, un metal y un agente oxidante, tal como por ejemplo, un óxido de metal, que reaccionan unos con otros para liberar energía sobre ignición de las fuentes de calor combustibles. Ejemplos de metales adecuados incluyen, pero no están limitados a, magnesio, y ejemplos de óxidos de metales adecuados incluyen, pero no están limitados a, óxido de hierro (Fe2O3) y óxido de aluminio (Al203).
En otras modalidades, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender uno o más auxiliares de ignición comprendiendo otros materiales que experimentan reacciones exotermicas sobre ignición de la fuente de calor combustible. Ejemplos de metales adecuados incluyen, pero no están limitados a, materiales intermetálicos y bi-metálicos, carburos de metales e hidruros de metales.
En modalidades preferidas, las fuentes de calor combustible de acuerdo con la invención comprenden al menos un auxiliar de ignición que libera oxígeno durante la ignición de la fuente de calor combustible.
En tales modalidades, la liberación de oxígeno por el al menos un auxiliar de ignición sobre ignición de la fuente de calor combustible resulta indirectamente en un “refuerzo” en temperatura durante una etapa inicial de combustión de la fuente de calor combustible al incrementar la velocidad de combustión de la fuente de calor combustible.
Por ejemplo, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender uno o más agentes oxidantes que se descomponen para liberar oxígeno sobre ignición de la fuente de calor combustible. Las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender agentes oxidantes orgánicos, agentes oxidantes inorgánicos o una combinación de los mismos. Ejemplos de agentes oxidantes adecuados incluyen, p ero no están limitados a: nitratos, tales como por ejemplo, nitrato de potasio, nitrato de calcio, nitrato de estroncio, nitrato de sodio, nitrato de bario, nitrato de litio, nitrato de aluminio y nitrato de hierro; nitritos; otros compuestos nitro orgánicos e inorgánicos; cloratos tales como, por ejemplo, clorato de sodio y clorato de potasio; percloratos, tales como, por ejemplo, perclorato de sodio; cloritos; bromatos tales como, por ejemplo, bromato de sodio y bromato de potasio; perbromatos; bromitos; boratos, tales como por ejemplo, borato de sodio y borto de potasio; ferratos, tal como por ejemplo, ferrato de bario; ferritos; manganatos, tal como por ejemplo, manganato de potasio; permanganatos, tal como por ejemplo, permanganato de potasio; peróxidos orgánicos, tales como por ejemplo, peróxido de benzoilo y peróxido de acetona; peróxidos inorgánicos, tales como por ejemplo, peróxido de hidrógeno, peróxido de estroncio, peróxido de magnesio, peróxido de calcio, peróxido de bario, peróxido de cinc y peróxido de litio; superóxidos, tales como por ejemplo, superóxido de potasio y superóxido de sodio; yodatos, peryodatos; yoditos; sulfatos; sulfitos; otros sulfóxidos; fosfatos; fosfinatos; fosfitos; y fosfanitos.
De manera alternativa o adicional, las fuentes de calor combustible de acuerdo con la invención pueden comprender uno o más materiales de almacenamiento o secuestrantes de oxígeno que liberan oxígeno sobre la ignición de la fuente de calor combustible. Las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender materiales de almacenamiento o secuestrantes de oxígeno que almacenan y liberan oxígeno por medio de encapsulación, fisisorción, quimiosorción, cambio estructural o una combinación de los mismos. Ejemplos de materiales de almacenamiento o secuestrantes de oxígeno adecuados incluyen, pero no están limitados a: superficies de metal, tales como por ejemplo, superficies de plata metálica u oro metálico; óxidos de metales mezclados; tamices moleculares; zeolitas; marcos de trabajo metal-orgánicos; marcos de trabajo orgánicos covalentes; espinelas; y perovskitas.
Las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender uno o más auxiliares de ignición consistiendo de un solo elemento o compuesto que libera oxígeno sobe ignición de la fuente de calor combustible. De manera alternativa o adicional, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender uno o más auxiliares de ignición comprendiendo dos o más elementos o compuestos que reaccionan unos con otros para liberar el oxígeno sobre ignición de la fuente de calor combustible.
Las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender uno o más auxiliares de ignición que liberan tanto energía como oxígeno sobre ignición de la fuente de calor combustible. Por ejemplo, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender uno o más agentes oxidantes que se descomponen exotérmicamente para liberar el oxígeno sobre ignición de la fuente de calor combustible.
De manera alternativa o adicional, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender uno o más primeros auxiliares de ignición que liberan energía sobre ignición de la fuente de calor combustible y uno o más segundos auxiliares de ignición, los cuales son diferentes del uno o más primeros auxiliares de ignición y que liberan oxígeno sobre ignición de la fuente de calor combustible.
En ciertas modalidades, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender al menos una sal de nitrato de metal teniendo una temperatura de descomposición termica de menos de aproximadamente 600°C, más preferiblemente de menos de aproximadamente 400°C.
De preferencia, la al menos una sal de nitrato de metal tiene una temperatura de descomposición de entre aproximadamente 150°C y aproximadamente 600°C, más preferiblemente de entre aproximadamente 200°C y aproximadamente 400°C.
En tales modalidades, cuando la fuente de calor combustible es expuesta a un encendedor de flama amarilla convencional u otro medio de ignición, la al menos una sal de nitrato de metal se descompone para liberar oxígeno y energía. Esto provoca un refuerzo inicial en la temperatura de la fuente de calor combustible y también ayuda en la ignición de la fuente de calor combustible. Siguiendo la descomposición de la al menos una sal de nitrato de metal, la fuente de calor combustible continua quemándose a una temperatura menor.
La inclusión de al menos una sal de nitrato de metal resulta ventajosamente en ignición de la fuente de calor combustible que es iniciada internamente, y no solo en un punto en la superficie de la misma. En ciertas modalidades, la al menos una sal de nitrato de metal es distribuida substancialmente de manera homogénea a lo largo de la fuente de calor combustible.
De preferencia, la al menos una sal de nitrato de metal está presente en la fuente de calor combustible en una cantidad de entre aproximadamente 20 por ciento y aproximadamente 50 por ciento en peso seco de la fuente de calor combustible.
De preferencia, la al menos una sal de nitrato de metal es seleccionada del grupo que consiste de nitrato de potasio, nitrato de sodio, nitrato de calco, nitrato de estroncio, nitrato de bario, nitrato de litio, nitrato de aluminio y nitrato de hierro.
En ciertas modalidades, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender al menos dos sales de nitrato de metal diferentes.
En una modalidad, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención comprenden nitrato de potasio, nitrato de calcio y nitrato de estroncio. De preferencia, el nitrato de potasio está presente en una cantidad de entre aproximadamente 5 por ciento y aproximadamente 15 por ciento en peso seco de las fuentes de calor combustibles. El nitrato de calcio está presente en una cantidad de entre aproximadamente 2 por ciento y aproximadamente 10 por ciento en peso seco de la fuente de calor combustible y el nitrato de estroncio está presente en una cantidad de entre aproximadamente 15 por ciento en peso y aproximadamente 25 por ciento en peso seco de la fuente de calor combustible.
En otras modalidades, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender al menos un peróxido o superóxido que emite oxígeno a una temperatura de menos de aproximadamente 600°C, más preferiblemente a una temperatura de menos de aproximadamente 400°C.
De preferencia, el al menos un peróxido o superóxido emite activamente oxígeno a una temperatura de entre aproximadamente 150°C y aproximadamente 600°C, más preferiblemente de entre aproximadamente 200°C y aproximadamente 400°C, muy preferiblemente a una temperatura de aproximadamente 350°C.
En uso, cuando la fuente de calor combustible es expuesta a un encendedor de flama amarilla u otro medio de ignición, el al menos un peróxido o superóxido se descompone para liberar oxígeno. Esto provoca un refuerzo inicial en la temperatura de las fuentes de calor combustibles y tambien ayuda en la ignición de las fuentes de calor combustibles. Siguiendo la descomposición del al menos un peróxido o superóxido, la fuente de calor combustible continúa quemándose a una temperatura menor.
De preferencia, el al menos un peróxido o superóxido está presente en las fuentes de calor combustibles en una cantidad de entre aproximadamente 20 por ciento y aproximadamente 50 por ciento en peso seco de las fuentes de calor combustibles, más preferiblemente en una cantidad de entre aproximadamente 30 por ciento y aproximadamente 50 por ciento en peso seco de la fuente de calor combustible.
Los peróxidos y superóxidos adecuados para inclusión en las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención incluyen, pero no están limitadas a, peróxido de calcio, peróxido de estroncio, peróxido de magnesio, peróxido de bario, peróxido de litio, peróxido de cinc, superóxido de potasio y superóxido de sodio.
De preferencia, el al menos un superóxido es seleccionado del grupo que consiste de peróxido de calcio, peróxido de estroncio, peróxido de magnesio, peróxido de bario y combinaciones de los mismos.
De manera alternativa o adicional a al menos un auxiliar de ignición, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender uno o más aditivos diferentes para mejorar las propiedades de las fuentes de calor combustibles. Los aditivos adecuados incluyen, pero no están limitados a, aditivos para promover la consolidación de la fuente de calor combustible (por ejemplo, auxiliares de sinterizado) y aditivos para promover la descomposición de uno o más gases producidos por combustión de la fuente de calor combustible (por ejemplo, catalizadores, tales como CuO, Fe2O3 y Al203).
Las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención son formadas de preferencia al mezclar uno o más materiales conteniendo carbono con el agente aglutinante y otros aditivos, donde se incluyen, y pre-formar la mezcla en una forma deseada. La mezcla de uno o más materiales conteniendo carbono, el agente aglutinante y otros aditivos opcionales pueden ser pre-formados en una forma deseada usando cualquier método formador de cerámica conocidos adecuados, tales como por ejemplo, vaciado de deslizamiento, extrusión, moldeo por inyección, compactación por dado o prensado. En ciertas modalidades preferidas, la mezcla es pre-formada en una forma deseada mediante extrusión o prensado.
De preferencia, la mezcla de uno o más materiales conteniendo carbono, agente aglutinante y otros aditivos es pre-formado en una barra alargada. Sin embargo, se apreciará que la mezcla de uno o más materiales conteniendo carbono, agente aglutinante y otros aditivos pueden ser pre-formados en otras formas deseadas.
Después de la formación, en particular después de la extrusión, la barra alargada u otra forma deseada se seca de preferencia para reducir su contenido de humedad y entonces es pirolizada en una atmósfera no oxidante a una temperatura suficiente para carbonizar el agente aglutinante y substancialmente eliminar cualquier volátil en la barra alargada u otra forma. La barra alargada u otra forma deseada es pirolizada, de preferencia en una atmósfera de nitrógeno a una temperatura de entre aproximadamente 700°C y aproximadamente 900°C.
La fuente de calor combustible de preferencia tiene una porosidad de entre aproximadamente 20 por ciento y aproximadamente 80 por ciento, más preferiblemente de entre aproximadamente 20 por ciento y 60 por ciento. Aún más preferiblemente, la fuente de calor combustible tiene una porosidad de entre aproximadamente 50 por ciento y aproximadamente 70 por ciento, más preferiblemente de entre aproximadamente 50 por ciento y aproximadamente 60 por ciento como es medido mediante, por ejemplo, porosimetría de mercurio o pienometría de helio. La porosidad requerida puede ser lograda fácilmente durante la producción de la fuente de calor combustible usando métodos y teenología convencionales.
Ventajosamente, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención tienen una densidad aparente de entre aproximadamente 0.6 g/cm3 y aproximadamente 1.0 g/cm3.
De preferencia, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención tienen una masa de entre aproximadamente 300 mg y aproximadamente 500 mg, más preferiblemente de entre aproximadamente 400 mg y aproximadamente 450 mg.
De preferencia, las fuentes de color combustibles de acuerdo con la invención tienen una longitud de entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 20 mm, más preferiblemente de entre aproximadamente 7 mm y aprioxmadamente 15 mm, muy prefriblemente de entre aproximadamente 1 1 mm y aproximadamente 13 mm. Como se usa en la presente, el término “longitud” denota la dimensión longitudinal máxima de fuentes de calor combustibles alargadas de acuerdo con la invención entre el extremo corriente arriba y el extremo corriente debajo de las mismas.
De preferencia, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención tienen un diámetro de entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 10 mm, más preferiblemente de entre aproximadamente 7 mm y aproximadamente 8 mm. Como se usa en la presente, el término “diámetro” denota la dimensión transversal máxima de fuentes de calor combustibles alargadas de acuerdo con la invención.
De preferencia, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención son de diámetro substancialmente uniforme. Sin embargo, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden ser ahusadas de manera alternativa, de manera que el diámetro de la porción posterior de la fuente de calor combustible es mayor que el diámetro de la porción frontal de la misma. Particularmente preferidas son las fuentes de calor combustibles que son substancialmente cilindricas. La fuente de calor combustible puede ser, por ejemplo, un cilindro o cilindro ahusado de sección transversal substancialmente circular o un cilindro o cilindro ahusado de sección transversal substancialmente elíptica.
Las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden ser fuentes de calor combustibles “ciegas”. Como se usa en la presente, el término “fuente de calor combustible ciega” es usado para denotar una fuente de calor combustible que no contiene algún canal de flujo de aire longitudinal. Como se usa en la presente, el término “canal de flujo de aire longitudinal” es usado para denotar un orificio que pasa a través de una porción interior de la fuente de calor combustible y que se extiende a lo largo de la longitud completa de la fuente de calor combustible.
De manera alternativa, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender al menos un canal de flujo de aire longitudinal. Por ejemplo, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender uno, dos o tres canales de flujo de aire longitudinales. En tales modalidades, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención de preferencia comprenden un canal de flujo de aire longitudinal simple, más preferiblemente un solo canal de flujo de aire longitudinal substancialmente central. El diámetro del canal de flujo de aire longitudinal simple está de preferencia entre aproximadamente 1.5 mm y aproximadamente 3 mm.
La superficie interior del al menos un canal de flujo de aire longitudinal de fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención puede ser parcial o completamente recubierta. De preferencia, el recubrimiento cubre la superficie interior de todos los canales de flujo de aire longitudinales.
Opcionalmente, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender uno o más, de preferencia hasta e incluyendo seis, ranuras longitudinales que se extienden a lo largo de parte de o la periferia completa de las fuentes de calor combustibles. Si se desea, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden comprender una o más ranuras longitudinales y al menos un canal de flujo de aire longitudinal. De manera alternativa, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden ser fuentes de calor combustibles ciegas comprendiendo una o más ranuras longitudinales.
De preferencia, al menos una parte de las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención es envuelta en una envoltura resistente a la combustión. El término “resistente a combustión” es usado en la presente para referirse a una envoltura que permanece substancialmente intacta a través de la combustión de la fuente de calor combustible. La envoltura resistente a combustión es envuelta de preferencia alrededor de y en contacto directo con al menos una parte de la fuente de calor combustible. De preferencia, al menos una parte posterior o corriente abajo de la fuente de calor combustible es envuelta en la envoltura resistente a combustión. De preferencia, al menos una parte frontal o corriente arriba de la fuente de calor combustible no es envuelta en la envoltura resistente a combustión.
Las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden ser envueltas en una envoltura resistente a combustión que es conductora de calor.
En uso en artículos para fumar de acuerdo con la invención, el calor generado durante la combustión de fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención envueltas en una envoltura resistente a combustión conductora de calor puede ser transferida por conducción al substrato formador de aerosol de los artículos para fumar vía la envoltura resistente a combustión conductora de calor.
De manera alternativa o adicional, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden ser envueltas en una envoltura resistente a combustión de restricción de oxigeno que restringe o previene el acceso de oxígeno a al menos parte de las fuentes de calor combustibles envueltas en la envoltura resistente a combustión de restricción de oxígeno. Por ejemplo, las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden ser envueltas en una envoltura resistente a combustión substancialmente impermeable a oxígeno. En tales modalidades, la al menos parte de las fuentes de calor combustibles envueltas en la envoltura resistente a combustión de restricción de oxígeno carece substancialmente de acceso a oxígeno y por lo tanto no se quema.
De preferencia, las fuentes de calor combustible de acuerdo con la invención son envueltas en una envoltura resistente a combustión que es tanto conductora de calor como de restricción de oxígeno.
Envolturas resistentes a combustión adecuadas para uso en la invención incluyen, pero no están limitadas a: envolturas de hojuela de metal, tales como por ejemplo, envolturas de hojuela de aluminio, envolturas de hojuela de acero, envolturas de hojuela de hierro y envolturas de hojuela de cobre; envolturas de hojuela de aleación de metal; envolturas de hojuela de grafito; envolturas de fibra de vidrio; envolturas de fibra cerámica; y ciertas envolturas de papel.
En artículos para fumar de acuerdo con la invención, de preferencia al menos una parte posterior de la fuente de calor combustible y al menos una parte frontal del substrato formador de aerosol son envueltas en la envoltura resistente a combustión como se describe antes. De preferencia, una parte frontal de la fuente de calor combustible no es envuelta en la envoltura resistente a combustión. De preferencia, una parte posterior del substrato formador de aerosol no es envoltura en la envoltura resistente a combustión.
De preferencia, la parte posterior de la fuente de calor combustible envuelta en la envoltura resistente a combustión está entre aproximadamente 2 mm y aproximadamente 8 mm de longitud, más preferiblemente entre aproximadamente 3 mm y aproximadamente 5 mm de longitud.
De preferencia, la parte frontal de la fuente de calor combustible no envuelta en la envuelta en la envoltura resistente a combustión está entre aproximadamente 4 mm y aproximadamente 15 mm de longitud, más preferiblemente entre aproximadamente 4 mm y aproximadamente 8 mm de longitud.
De preferencia, el substrato formador de aerosol tiene una longitud de entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 20 mm, más preferiblemente entre aproximadamente 8 mm y aproximadamente 12 mm. De preferencia, la parte frontal del substrato formador de aerosol envuelta en la envoltura resistente a combustión está entre aproximadamente 2 mm y aproximadamente 10 mm de longitud, más preferiblemente entre aproximadamente 3 mm y aproximadamente 8 mm de longitud, muy preferiblemente entre aproximadamente 4 mm y aproximadamente 6 mm de longitud. De preferencia, la parte posterior del substrato formador de aerosol no envuelta en la envoltura resistente a combustión está entre aproximadamente 3 mm y aproximadamente 10 mm de longitud. En otras palabras, el substrato formador de aerosol de preferencia se extiende entre aproximadamente 3 mm y aproximadamente 10 mm corriente abajo más allá de la envoltura resistente a combustión. Más preferiblemente, el substrato formador de aerosol se extiende al menos aproximadamente 4 mm corriente abajo más allá de la envoltura resistente a combustión.
Los artículos para fumar de acuerdo con la invención pueden comprender una fuente de calor combustible de acuerdo con la invención y un substrato formador de aerosol ubicado justo corriente debajo de la fuente de calor combustible. En tales modalidades, el substrato formador de aerosol puede colindar con la fuente de calor combustible.
De manera alternativa, los artículos para fumar de acuerdo con la invención pueden comprender una fuente de calor combustible de acuerdo con la invención y un substrato formador de aerosol ubicado corriente debajo de la fuente de calor combustible, en donde el substrato formador de aerosol está separado de la fuente de calor combustible.
De preferencia, los artículos para fumar de acuerdo con la invención comprenden substratos formadores de aerosol, comprendiendo al menos un formador de aerosol y un material capaz de emitir compuestos volátiles en respuesta a calentamiento.
El al menos un formador de aerosol puede ser cualquier compuesto o mezcla de compuestos conocidos adecuados que, en uso, facilitan la formación de un aerosol denso y estable. El formador de aerosol es resistente de preferencia a degradación térmica a la temperatura de operación del artículo para fumar. Los formadores de aerosol adecuados son bien conocidos en la téenica e incluyen, por ejemplo, alcoholes polihídricos, ésteres de alcoholes polihídricos, tales como mono-, di- o triacetato de glicerol, y ésteres alifáticos de ácidos mono-, di- o policarboxílicos, tales como dodecanodioato de dimetilo y tetradecanodioato de dimetilo. Los formadores de aerosol preferidos para uso en artículos para fumar de acuerdo con la invención son alcoholes polihídricos o mezclas de los mismos, tales como trietilenglicol, 1 ,3-butanodiol y, muy preferida, la glicerina.
De preferencia, el material capaz de emitir compuestos volátiles en respuesta a calentamiento es una carga de material basado en planta, más preferiblemente una carga de material homogeneizado basado en planta. Por ejemplo, el substrato formador de aerosol puede comprender uno o más materiales derivados de plantas incluyendo, pero no limitados a: tabaco; té, por ejemplo, té verde; hierbabuena; laurel; eucalipto; albahaca; salvia; verbena; y estragón. El material basado en planta puede comprender aditivos incluyendo, pero no limitando a, humectantes, saborizantes, aglutinantes y mezclas de los mismos. De preferencia, el material basado en planta consiste esencialmente de material de tabaco, muy preferiblemente material de tabaco homogeneizado.
Los artículos para fumar de acuerdo con la invención pueden comprender un elemento director de flujo de aire corriente abajo del substrato formador de aerosol. El elemento director de flujo de aire define una trayectoria de flujo de aire a través del artículo para fumar. Al menos una entrada de aire es provista de preferencia entre un extremo corriente abajo del substrato formador de aerosol y un extremo corriente abajo del elemento director de flujo de aire. El elemento director de flujo de aire dirige el aire desde la al menos una entrada al extremo de boca del artículo para fumar.
El elemento director de flujo de aire puede comprender un cuerpo hueco substancialmente impermeable al aire, de extremo abierto. En tales modalidades, el aire arrastrado a través de la al menos una entrada de aire es arrastrada primero corriente arriba a lo largo de la porción exterior del cuerpo hueco substancialmente impermeable al aire, de extremo abierto, y entonces corriente abajo a traves del interior del cuerpo hueco substancialmente impermeable al aire, de extremo abierto.
Los artículos para fumar de acuerdo con la invención de preferencia comprenden además una cámara de expansión corriente abajo del substrato formador de aerosol y, donde está presente, corriente abajo del elemento director de flujo de aire. La inclusión de una cámara de expansión permite ventajosamente enfriamiento adicional del aerosol generado por transferencia de calor desde la fuente de calor combustible al substrato formador de aerosol. La cámara de expansión también permite ventajosamente que la longitud global de artículos para fumar de acuerdo con la invención se ajuste a un valor deseado, por ejemplo, a una longitud similar a aquélla de cigarrillos convencionales, a través de la elección apropiada de la longitud de la cámara de expansión. De preferencia, la cámara de expansión es un tubo hueco alargado.
Los artículos para fumar de acuerdo con la invención también pueden comprender además una boquilla corriente abajo del substrato formador de aerosol y, donde está presente, corriente abajo del elemento director de flujo de aire y cámara de expansión. La boquilla puede comprender, por ejemplo, un filtro hecho de acetato de celulosa, papel u otros materiales de filtración conocidos adecuados. De preferencia, la boquilla es de baja eficiencia de filtración, más preferiblemente de muy baja eficiencia de filtración. De manera alternativa o adicional, la boquilla puede comprender uno o más segmentos comprendiendo absorbentes, adsorbentes, saborizantes y otros modificadores de aerosol y aditivos, los cuales son usados en filtros para cigarrillos convencionales, o combinaciones de los mismos.
Si se desea, la ventilación puede ser provista en una ubicación corriente debajo de la fuente de calor combustible de artículos para fumar de acuerdo con la invención. Por ejemplo, donde está presente, la ventilación puede ser provista en una ubicación a lo largo de la boquilla integral de artículos para fumar de acuerdo con la invención.
Los artículos para fumar de acuerdo con la invención pueden ser ensamblados usando métodos y maqumaria conocidos.
La invención será descrita adicionalmente, a manera de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales: La Figura 1 muestra una sección transversal longitudinal esquemática de un artículo para fumar de acuerdo con la invención; y La Figura 2 muestra una gráfica del perfil de temperatura de una fuente de calor combustible de acuerdo con la invención producida de acuerdo con el Ejemplo 1 a continuación y un perfil de temperatura comparativo de una fuente de calor de la téenica anterior.
El artículo para fumar 2 mostrado en la Figura 1 tiene una longitud global de 70 mm, un diámetro de 7.9 mm y comprende una fuente de calor combustible 4 de acuerdo con la invención, un substrato formador de aerosol 6, una cámara de expansión alargada 8 y una boquilla 10. Como se muestra en la Figura 1 , la fuente de calor combustible 4, substrato formador de aerosol 6, cámara de expansión alargada 8 y boquilla 10 están en alineación coaxial colindante y son sobreenvueltos en una envoltura exterior del papel de cigarrillo 12 de baja permeabilidad a aire.
La fuente de calor combustible 4 es de 11 mm de longitud y 7.8 mm de diámetro, y tiene una densidad de aproximadamente 0.84 g/cm3. La fuente de calor combustible 4 comprende un canal de flujo de aire central 16 de sección transversal circular que se extiende longitudinalmente a través de la fuente de calor combustible 4. Un recubrimiento resistente a calor, substancialmente impermeable al aire (no mostrado) que tiene un espesor de 80 mieras, es provisto en la superficie interior del canal de flujo de aire central 16, el cual es de 2 mm de diámetro.
El substrato formador de aerosol 6, el cual es de 10 mm de longitud, 7.8 mm de diámetro y tiene una densidad de aproximadamente 0.8 g/cm3, es ubicada justo corriente debajo de la fuente de calor combustible 4. El substrato formador de aerosol 6 comprende un tapón cilindrico de material de tabaco homogeneizado 18 comprendiendo glicerina como un formador de aerosol y circunscrito por envoltura de tapón de filtro 20. El material de tabaco homogeneizado 18 consiste de filamentos longitudinalmente alineados de material de tabaco extruido.
Una envoltura resistente a combustión 22 que consiste de un tubo de hojuela de aluminio teniendo un espesor de 20 mieras, una longitud de 9 mm y un diámetro de 7.8 mm rodea y está en contacto con una parte posterior 4b de la fuente de calor combustible 4 de 4 mm de longitud y una parte frontal colindante 6a del substrato formador de aerosol 6 de 5 mm de longitud. Como se muestra en la Figura 1 , una parte frontal de la fuente de calor combustible 4 de 7 mm en longitud y una parte posterior del substrato formador de aerosol 6 de 5 mm de longitud no están rodeadas por la envoltura resistente a combustión 22.
La cámara de expansión alargada 8, la cual es de 42 mm de longitud y 7.8 mm de diámetro, está ubicada corriente abajo del substrato formador de aerosol 6 y comprende un tubo cilindrico de extremo abierto de cartón 24. La boquilla 10 del artículo para fumar 2, el cual es de 7 mm de longitud y 7.8 mm de diámetro, está ubicado corriente debajo de la cámara de expansión 8 y comprende un tapón cilindrico de estopa de acetato de celulosa 26 de muy baja eficiencia de filtración circunscrito por envoltura de tapón de filtro 28. La boquilla 10 puede ser circunscrita por papel de punta (no mostrado).
En uso, el consumidor enciende la fuente de calor combustible 4 y entonces arrastra aire a través del canal de flujo de aire central 16 corriente bajo hacia la boquilla 10. La parte frontal 6a del substrato formador de aerosol 6 es calentado principalmente por conducción a través de la parte posterior no de combustión colindante 4b de la fuente de calor combustible 4 y la envoltura resistente a combustión 22. El aire arrastrado es calentado conforme pasa a través del canal de flujo de aire central 16 y entonces calienta el substrato formador de aerosol 6 por convección. El calentamiento del substrato formador de aerosol 6 libera compuestos volátiles y semi-volátiles incluyendo el formador de aerosol a partir del material de tabaco 18, los cuales son atrapados en el aire arrastrado calentado conforme fluye a través del substrato formador de aerosol. El aire calentado y compuestos atrapados pasan corriente abajo a través de la cámara de expansión 8, se enfrían y condensan para formar un aerosol que pasa a través de la boquilla hacia la boca del consumidor a aproximadamente temperatura ambiente.
Para hacer el artículo para fumar 2, una pieza rectangular de la envoltura resistente a combustión 22 es pegada a papel de cigarrillos 12. La fuente de calor combustible 4, el tapón del substrato formador de aerosol 6 y la cámara de expansión 8 son alineados y posicionados de manera adecuada sobre el papel de cigarrillos 12 con la envoltura resistente a combustión unida 22. El papel de cigarrillos 12 con la envoltura resistente a combustión unida 22 es envuelta alrededor de la parte posterior 4b de la fuente de calor combustible 4, el substrato formador de aerosol 6 y la cámara de expansión 8 y se pega. La boquilla 10 es unida al extremo abierto de la cámara de expansión usando teenología de combinación de filtro conocida.
Las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención pueden ser producidas de acuerdo con el Ejemplo 1 o Ejemplo 2 a continuación. El Ejemplo 1 describe un proceso de prensado para producir una fuente de calor combustible y el Ejemplo 2 describe un proceso de extrusión.
Ejemplo 1 - Prensado Las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención fueron preparadas al mezclar los componentes mostrados en la Tabla 1 a continuación para formar una mezcla granulada.
Tabla 1 800 mg de la mezcla fueron introducidos en la cavidad de molde cilindrico de un molde de prensado usando un embudo y la mezcla se pensó dentro de la cavidad de molde usando una prensa manual para obtener una fuente de calor cilindrica teniendo una longitud de 13 mm. La fuente de calor prensada fue removida de la cavidad de molde y entonces secada a aproximadamente 100°C durante aproximadamente 1 hora y acondicionada a aproximadamente 22°C, .30 por ciento de humedad relativa, durante aproximadamente 12 horas. La densidad de la fuente de calor estuvo entre aproximadamente 0.80 g/cm3 y aproximadamente 0.85 g/cm3.
La temperatura de una fuente de calor combustible 4 producida de acuerdo con el Ejemplo 1 durante la ignición y combustión de la fuente de calor combustible 4 fue medida usando un termopar insertado en el medio de la fuente de calor combustible. Los resultados son mostrados en la Figura 2. Para generar el perfil mostrado en la Figura 2, el extremo corriente arriba de la fuente de calor combustible fue encendido usando un encendedor de flama amarilla convencional.
Para fines de comparación, la temperatura de una fuente de calor de téenica anterior incluyendo solo un material aglutinante orgánico fue medida bajo condiciones experimentales similares. La fuente de calor de técnica anterior fue producida de acuerdo con el Ejemplo 1 , pero con los tres componentes aglutinantes reemplazados con 15 gramos de carboximetil celulosa. La densidad de la fuente de calor de técnica anterior fue aproximadamente 0.84 g/cm3. Los resultados también son mostrados en la Figura 2.
Como puede verse a partir de la Figura 2, la fuente de calor combustible 4 de la invención incluyendo el agente aglutinante comprendiendo una combinación de materiales aglutinantes orgánicos e inorgánicos, alcanzó una mayor temperatura de quemado y una vida de quemado más larga que la fuente de calor de la técnica anterior incluyendo solo material aglutinante orgánico. Estos resultados demuestran una mejora en las propiedades de quemado provistas a través del uso del agente aglutinante mejorado incluyendo la combinación especifica de tres componentes aglutinantes, como se describe antes. En particular, estos resultados demuestran que el uso del agente aglutinante mejorado incluyendo la combinación específica de tres componentes aglutinantes resulta sorprendentemente en la fuente de calor combustible 4 de la invención teniendo una vida de quemado más larga que la fuente de calor de la téenica anterior aunque la fuente de calor combustible 4 de la invención comprende menos material orgánico combustible que la fuente de calor de la técnica anterior.
Durante la ignición de una muestra de fuentes de calor combustibles 4 producidas de acuerdo con el Ejemplol , no fueron visibles chispas o flamas de cualquier fuente de calor. En contraste, durante el encendido de una muestra correspondiente de fuentes de calor de la técnica anterior incluyendo solo material aglutinante orgánico, se observaron chisas o flamas durante el encendido durante al menos dos tercios de las fuentes de calor en la muestra. Esto proporciona una indicación cualitativa de la integridad mejorada de las fuentes de calor combustibles de la invención incluyendo los tres componentes aglutinantes, comparados con las fuentes de calor de la técnica anterior incluyendo solo material aglutinante orgánico.
Con el fin de demostrar más cuantitativamente la integridad mejorada de la fuente de calor combustible producida de acuerdo con el Ejemplo 1 , una prueba de “desprendimiento” fue conducida en una muestra de 20 artículos para fumar calentados incorporando una de las fuentes de calor combustibles preparadas de acuerdo con el Ejemplo 1. Una prueba de desprendimiento correspondiente fue conducida en una muestra de 20 artículos para fumar calentados de la misma construcción pero incluyendo una fuente de calor de la téenica anterior, comprendiendo solo material aglutinante orgánico.
En cada caso, las fuentes de calor combustibles fueron acondicionadoras primero durante 12 horas a 22°C y 50 por ciento de humedad relativa. Cada fuente de calor fue insertada entonces en un artículo para fumar calentado, en donde la misma construcción de artículo para fumar calentado fue usada para todas las muestras para los fines de comparación. Para cada artículo para fumar probado, el artículo para fumar fue montado en una barra de soporte en un bloque de metal. El artículo para fumar montado fue conectado a un sistema de vacío para realizar bocanadas al arrastrar aire a través del artículo para fumar, en donde el sistema de vacío incluye una bomba de vacío capaz de producir 177.8 mmHg durante una bocanada, con una velocidad de flujo de 2 litros por minuto.
La fuente de calor combustible fue encendida usando un encendedor de flama amarilla. Cada artículo para fumar encendido fue sometido entonces a cuatro ciclos de desprendimiento, comprendiendo cada ciclo veinte gotas, en donde el bloque de metal en el cual el artículo para fumar fue montado fue desprendido por una altura de 3.81 cm. Los ciclos de desprendimiento fueron accionados justo después del encendido, 3 minutos después del encendido, 6 minutos después del encendido y 9 minutos después del encendido. Después de cada ciclo, se tomó una bocanada de dos segundos en el artículo para fumar.
Para cada ciclo de desprendimiento, el número de desprendimientos fue observado, en donde un “desprendimiento” es constituido por al menos un sexto de la longitud de la fuente de calor combustible que cae del artículo para fumar. Para la muestra de 20 cigarrillos, el porcentaje de tasa de desprendimiento fue calculada para cada ciclo, al dividir el número de desprendimientos durante ese ciclo por el número total de artículos para fumar, que es 20, y entonces multiplicar este valor por 100.
Durante la prueba conducida con la muestra de 20 artículos para fumar que incorporan fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención, producidas de acuerdo con el Ejemplo 1 , una tasa de desprendimiento de 0 por ciento (0%) fue observada para todos los ciclos de desprendimiento. No se observaron desprendimientos durante la prueba experimental completa.
Durante las pruebas comparativas conducidas con la muestra de 20 artículos para fumar que incorporan fuentes de calor de la téenica anterior incluyendo solo material aglutinante orgánico, una tasa de desprendimiento de al menos 20 por ciento fue observada después del primer ciclo de desprendimiento conducido justo después de la ignición y un porcentaje de desprendimiento de al menos 40 por ciento fue observado después del segundo ciclo de desprendimiento conducido 3 minutos después de la ignición. No se observaron desprendimientos adicionales normalmente durante los ciclos de desprendimiento realizados a 6 y 9 minutos después de la ignición. Estos resultados demuestran que la integridad de las fuentes de calor de la técnica anterior durante el quemado es menor que la integridad de las fuentes de calor combustibles de la invención. Las fuentes de calor de la teenica anterior fueron observadas para volverse más propensas a agrietado y ruptura durante el quemado que la fuente de calor combustible de la invención, que incorpora el agente aglutinante mejorado.
Ejemplo 2 Extrusión Las fuentes de calor combustibles de acuerdo con la invención que tienen propiedades similares a aquéllas exhibidas por las fuentes de calor combustibles preparadas de acuerdo con el Ejemplo 1 , fueron preparadas como se describe a continuación.
Los mismos componentes mostrados en la Tabla 1 fueron mezclados primero en un mezclador amasador de alto corte para formar una mezcla granulada. Usando un extrusor de ariete la mezcla granulada fue extruida entonces a una velocidad de 60 cm3/min a través de un dado teniendo un orificio de dado central de sección transversal circular con un diámetro de 8.7 mm para formar barras cilindricas teniendo una longitud de aproximadamente 20 cm hasta aproximadamente 22 cm y un diámetro de aproximadamente 9.1 mm hasta aproximadamente 9.2 mm.
Las barras cilindricas fueron secadas a aproximadamente 22°C, 45 por ciento de humedad relativa, durante aproximadamente 24 horas. Después del secado, las barras cilindricas fueron cortadas para formar fuentes de calor combustibles individuales teniendo una longitud de aproximadamente 13 mm y un diámetro de aproximadamente 7.8 mm.
Las fuentes de calor combustibles individuales fueron secadas entonces a aproximadamente 100°C durante aproximadamente 1 hora y acondicionadas a aproximadamente 22°C, 30 por ciento de humedad relativa, durante aproximadamente 12 horas. Las fuentes de calor individuales secadas tuvieron una masa de aproximadamente 800 mg.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Una fuente de calor combustible para un artículo para fumar, comprendiendo la fuente de calor combustible: carbono; y un agente aglutinante incluyendo al menos un material aglutinante polimerico orgánico, al menos una sal de quemado de carboxilato y al menos un material aglutinante inorgánico no combustible, en donde el al menos un material aglutinante inorgánico no combustible comprende un material de lámina de silicato.
2. Una fuente de calor combustible de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde la al menos una sal de quemado de carboxilato incluye una o más de: al menos una sal de citrato de metal alcalino; al menos una sal de acetato de metal alcalino; y al menos una sal de succinato de metal alcalino.
3. Una fuente de calor combustible de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la al menos una sal de quemado de carboxilato incluye al menos una sal de citrato de metal alcalino.
4. Una fuente de calor combustible de acuerdo con la reivindicación 1 , 2 o 3, en donde el al menos un material aglutinante polimérico orgánico comprende un material celulósico.
5. Una fuente de calor combustible de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el al menos un material aglutinante inorgánico no combustible comprende una o más arcillas.
6. Una fuente de calor combustible de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el agente aglutinante comprende entre 25 por ciento y 80 por ciento en peso del material aglutinante polimérico orgánico.
7. Una fuente de calor combustible de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el agente aglutinante comprende entre 5 por ciento y 50 por ciento en peso de la sal de quemado de carboxilato.
8. Una fuente de calor combustible de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el agente aglutinante comprende entre 10 por ciento y 35 por ciento en peso del material aglutinante inorgánico no combustible.
9. Una fuente de calor combustible de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende entre 2 por ciento y 10 por ciento en peso del agente aglutinante.
10. Una fuente de calor combustible de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende además al menos un auxiliar de ignición.
11. Una fuente de calor combustible de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el al menos un auxiliar de ignición comprende al menos un peróxido o superóxido.
12. Una fuente de calor combustible de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde la fuente de calor combustible es una fuente de calor prensada, formada mediante un proceso de prensado.
13. Un artículo para fumar que comprende una fuente de calor combustible de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 y un substrato formador de aerosol corriente abajo de la fuente de calor combustible.
14. Un artículo para fumar de acuerdo con la reivindicación 13, en donde al menos una parte posterior de la fuente de calor combustible y al menos una parte frontal del substrato formador de aerosol son envueltos en una envoltura resistente a combustión.
15. El uso de un agente aglutinante para mejorar la integridad de una fuente de calor combustible conteniendo carbono para un artículo para fumar, comprendiendo el agente aglutinante al menos un material aglutinante polimerico orgánico, al menos una sal de quemado de carboxilato y al menos un material aglutinante inorgánico no combustible, en donde el al menos un material aglutinante inorgánico no combustible comprende un material de lámina de silicato.
16. Un método para producir una fuente de calor combustible teniendo integridad mejorada, comprendiendo el método los pasos de: combinar uno o más materiales conteniendo carbono con un agente aglutinante incluyendo al menos un material aglutinante polimérico orgánico, al menos una sal de quemado de carboxilato y al menos un material aglutinante inorgánico no combustible, en donde el al menos un material aglutinante inorgánico no combustible comprende un material de lámina de silicato; pre-formar la mezcla del uno más materiales conteniendo carbono y el agente aglutinante en una barra alargada; y secar la barra alargada.
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