NO180665B

NO180665B - Karbonholdig blanding for brenselelementer i röykeartikler

Info

Publication number: NO180665B
Application number: NO922529A
Authority: NO
Inventors: Dennis Michael Riggs; Alvaro Gonzalez-Parra
Original assignee: Reynolds Tobacco Co R
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1992-06-26
Publication date: 1997-02-17
Also published as: FI95436B; AU643929B2; NO180665C; GEP19981478B; GR3023661T3; KR100238017B1; CA2072306C; NO922529L; CA2072306A1; DE69219413D1; TW221787B; ZA924208B; BR9202491A; FI922898A; ES2100975T3; KR930000049A; PL168878B1; IE921837A1; DK0525347T3; CN1068024A

Description

" Foreliggende oppfinnelse vedrører røykeartikler såsom sigaretter, og spesielt slike røykeartikler som har et kort brenselelement og en fysisk adskilt aerosoldannende anord-ning. Røykeartikler av denne type og fremgangsmåter og appa-rater for fremstilling av disse, er beskrevet i US-patenter nr. 4.708.15, 4.714.082, 4.732.168, 4.756.318, 4.782.644, 4.793.365, 4.802.562, 4.827.950, 4.870.748, 4.881.556, 4.893.637, 4.893.639, 4.903.714, 4.917.128, 4.928.714, 4.938.238, og 4.989.619, samt i monografien med tittelen Chemical and Biological Studies of New Cigarette Prototypes That Heat Instead of Bum Tobacco, R.J. Reynolds Tobacco Company, 1988 (RJR Monograph). Disse røykeartikler er i stand til å gi røykeren nytelsen ved å røyke (f.eks. røyke-smak, røykefølelse, røyketilfredsstillelse o.l.).

Sigaretter, sigarer og piper er populære røykeartikler som anvender tobakk i forskjellige former. Som diskutert i bakgrunnsavsnittene i de foran nevnte patenter, er det fore-slått mange røykeartikler som forbedringer av, eller alterna-tiver til, de forskjellige populære røykeartikler.

Røykeartiklene beskrevet i de foran nevnte patenter og/eller publikasjoner anvender et brennbart karbonholdig brenselelement for varmeutvikling, og aerosoldannende sub-stanser plassert fysisk adskilt fra, og i varmeutvekslings-forhold med brenselelementet.

Karbonholdige brenselelementer for slike røykeartikler omfatter typisk en blanding av karbon og et bindemiddel. Alternative tilsetninger såsom flammeretardasjonsmidler, brennemodifikasj onsmidler, karbonmonoksydkatalysatorer o.l. er også blitt anvendt i slike brenselelementblandinger. Energiinnholdet i slike brenselelementer, dvs. ulmevarmen og suge- (eller dampe-) varmen har ofte vært vanskelig å kontrollere, og er i stor grad blitt manipulert ved modifikasjon av brenselelementets utforming, f.eks. antallet av og plasseringen av passasjeveier gjennom brenselelementet og/eller på omkretsen av dette.

Det ville være fordelaktig å ha en lettere metode til å regulere energiinnholdet i slike karbonholdige brenselelementer, slik at designparameterne for røykeartikler som anvender slike brenselelementer, kan varieres basert på en kontrollert mengde energi utviklet av brenselelementene.

Overraskende er det blitt oppdaget at natriuminnholdet i karbonholdige brenselelementer av den type som er beskrevet ovenfor, er én faktor som kontrollerer energiinnholdet i brenselelementene under damping og ulming. Det er også blitt oppdaget at natriuminnholdet i disse brenselelementer har en virkning på antennelsesevnen for slike brenselelementer.

Mengden av natrium som brenselelementene inneholder, og den form hvori natriumet blir innbefattet ved fremstillingen av brenselelementet, har svært vesentlige virkninger på brenselelementets forbrenningsegenskaper. Den natriummengde som tilsettes under fremstillingen av brenselelementene, og den form som den blir tilsatt i, kan således varieres for å forbedre røykeartiklenes yteevne, og øke kontrollen over brenselelementets brenneegenskaper.

Foreliggende oppfinnelse vedrører nye blandinger som kan anvendes for fremstilling av karbonholdige brenselelementer for sigaretter og andre røykeartikler for å oppnå større kontroll over brenselelementenes brenneegenskaper.

Én foretrukket brenselblanding ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter en grundig blanding av:

(a) fra 80 - 99 vekt-% karbon,

(b) fra 1-20 vekt-% av et bindemiddel; og (c) et natrium- (Na) innhold på fra 2000 til 20.000

ppm.

En annen foretrukket brenselblanding ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter en grundig blanding av: (a) fra 60 - 98 vekt-% karbon; (b) fra 1-20 vekt-% av et bindemiddel;

(c) fra 1 til 20 vekt-% tobakk; og

(d) et natrium- (Na) innhold på fra 2000 til 20.000

ppm.

Foretrukne utførelser ifølge den foreliggende oppfinnelse er karbonholdige brenselblandinger som omfatter en tredelt blanding av (1) karbon, (2) et egnet bindemiddel, dvs. et ikke-natriumholdig bindemiddel, som blir foretrukket, et bindemiddel med lavt natriuminnhold, eller en bindemiddel-blanding med et kontrollert natriuminnhold, og (3) om nødven-dig," tilsatt natrium, f.eks. via Na2C03, for å bringe natriuminnholdet innenfor området på 2000 til 20.000 ppm.

Om ønsket kan det tilsettes et ikke-brennende fyll-materiale såsom kalsiumkarbonat, agglomerert kalsiumkarbonat e.l. til brenselblandingen for å hjelpe til å regulere de kalorier som dannes av brenselelementet under forbrenningen, ved å redusere mengden av brennbart materiale som er tilstede deri. Fyllmaterialet omfatter typisk mindre enn 50 vekt-% av brenselblandingen, fortrinnsvis mindre enn 30 vekt-%, og mest foretrukket fra 5 til 20 vekt-%.

Hensiktsmessig valg av brenselblandingen som anvendes ved fremstilling av brenselet tillater regulering av energi-overføringen under dampingen (f.eks. konveksjonsvarme), ener-gioverføringen under ulmingen (f.eks. stråle- og/eller ledende varme), forbedrer brenselelementets antennelsesevne og forbedrer den samlede aerosolutvikling av sigaretter som anvender brenselelementene, samt gir andre fordeler.

Det karbon som anvendes i brenselblandingen kan være en hvilken som helst type karbon, aktivert eller ikke-aktivert, men er fortrinnsvis et karbon av matvarekvalitet, med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på ca. 12 /im.

Bindemidlet som anvendes heri er bindemidler, eller blandinger av bindemidler, inneholdende mindre enn 3000 ppm, mest fortrinnsvis mindre enn 1500 ppm natrium (dvs. et ikke-natrium-basert eller et bindemiddel med lavt natriuminnhold), og er fortrinnsvis ikke et natriumsaltmateriale. Natrium som naturlig er tilstede i bindemidlet (dvs. opprinnelig til stede), dersom det er under 3000 ppm, er akseptabelt. Bindemidler som er akseptable omfatter ammoniumalginat, som er spesielt foretrukket, karboksymetylcellulose o.l.. Natrium-saltbindemidler (såsom natriumkarboksymetylcellulose), selv om det ikke er foretrukket, kan anvendes, men bør fortynnes ved utblanding med andre ikke-natrium- eller lavt natriumholdige bindmidler for å redusere det samlede natriuminnhold til innenfor det ønskede området på 2000 til 20.000 ppm. Det er blitt funnet at natriuminnholdet i det endelige brenselelement, når det er avledet fra natriumsaltet av bindemidlet, ikke er så effektivt som natrium tilsatt til brenselblandingen i andre former som tilveiebringes ifølge denne oppfinnelse.

Overraskende er det blitt funnet at ikke bare er mengden av'natriuminnholdet i det endelige brenselelement viktig, men også kilden for dette natrium er av svært stor viktighet. Den mest foretrukne natriumkilde for anvendelse i brenselblandingen ifølge denne oppfinnelse er natriumkarbonat (Na^jCO^) . Tilsetningen av natriumkarbonat som en vandig løs-ning er effektiv til å gi det nødvendige natriuminnhold i brenselblandingen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Selv om anvendelse av vandige løsninger av varierende styrke (f.eks. 0,1% - 10%, fortrinnsvis 0,5% - 7%) er den foretrukne fremgangsmåte for tilsetning av natrium til brenselblandingen, kan også andre fremgangsmåter, f.eks. tørrblanding, anvendes om ønsket. I tillegg til natriumkarbonat kan andre natriumforbindelser såsom natriumacetat, natriumoksalat, natriummalat, o.l. anvendes heri. Natriumkilder såsom nat-riumklorid (NaCl) er imidlertid ikke særlig effektive.

Som beskrevet ovenfor tillater veloverveid variasjon av natrium- (Na) innholdet i brenselblandingen innenfor området fra 2000 til 20.000 ppm (samlet Na-innhold = opprinnelig Na + tilsatt Na) at det resulterende brenselelement får utvalgte og bestemmbare brenneegenskaper.

Den foreliggende oppfinnelse angår således en natrium-og karbonholdig brenselblanding for brenselelementer i røyke-artikler, hvor blandingen er en intim blanding som i hovedsak omfatter karbon, et bindemiddel, og minst én natriumforbindelse som et forbrenningsmodifiserende middel, karakterisert ved at blandingen omfatter (a) fra 60 til 99 vekt-% karbon; (b) fra 0 til 20 vekt-% tobakk, og for forbedring av

brenselelementets antenneIsesevne

(c) fra 1 til 20 vekt-% av et bindemiddel, hvor bindemidlet

har et naturlig natriuminnhold på under 1500 ppm, samt (d) minst ett ikke-bindemiddel i form av en natriumforbindelse i en mengde som er tilstrekkelig til å øke natriuminnholdet av den karbonholdige brenselblanding til innenfor området fra 3 000 til 10 000 ppm, idet natriumforbindelsen er valgt fra gruppen som består av

natriumkarbonat, natriumacetat, natriumoksalat og natriummalat.

Andre tilsetninger som kan innbefattes i brenselblandingen ifølge den foreliggende oppfinnelse, omfatter forbindelser som er i stand til å frigjøre ammoniakk under brennebetingelsene for brenselblandingen. Slike forbindelser er blitt funnet nyttige i brenselblandingen i mengder fra 0,5 til 5,0%, fortrinnsvis fra 1 til 4% og mest foretrukket fra 2 til 3%, for å redusere innholdet av noen karbonylforbindelser i forbrenningsproduktene fra det brennende brensel. Egnede forbindelser som frigjør ammoniakk under brenningen av brenselblandingen omfatter urea, uorganiske og organiske salter (f.eks. ammoniumkarbonat, ammoniumalginat, eller mono-, di-eller tri-ammoniumfosfat); aminosukkere (f.eks. prolino-fruktose eller asparaginofruktose); aminosyrer, spesielt a-aminosyrer (f.eks. glutamin, glycin, asparagin, prolin, alanin, cystin, asparaginsyre, fenylalanin eller glutamin-syre); di-, eller tri-peptider; kvaternære ammoniumforbindel-ser , o.l..

Én spesielt foretrukket ammoniakkfrigjørende forbindelse er aminosyren asparagin. Asparagin (Asn) kan tilsettes i brenselblandingen i mengder fra 1% til 3%, som et middel til å redusere karbonylforbindelser som fremkommer under forbrenningen .

I én foretrukket utførelse ifølge denne oppfinnelse, når natriuminnholdet i brenselblandingen ligger i området fra 3500 til 9.000 ppm, er brenselelementet svært lett å antenne.

Ulmehastigheten for et brennende karbonholdig brenselelement kan reguleres til å være i alt vesentlig så hurtig eller så langsom som ønsket, ved å forandre natriuminnholdet i brenselblandingen til innenfor et område fra 3000 til 9000 ppm.

Ulmetemperaturen for et brennende karbonholdig brenselelement fremstilt fra en blanding omfattende en blanding av karbon og et ikke-natriumbasert bindemiddel, kan økes ved å justere natriuminnholdet i brenselelementblandingen til innenfor et område mellom 2500 og 10.000 ppm.

Dampetemperaturen for et brennende karbonholdig brenselelement fremstilt ut i fra en blanding omfattende en blanding av karbon og et ikke-natriumbasert bindemiddel, kan reguleres som ønsket (høy/middels/lav) ved å justere natriuminnholdet i brenselelementblandingen slik at natriuminnholdet faller mellom 6500 og 10.000 ppm. Fig. 1 illustrerer utformingen av sigaretten beskrevet i RJR-monografien (referansesigaretten), med tverrsnittet av brenselelementet modifisert som vist i fig. IA og med brenselblandingen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. IA er et tverrsnitt av brenselelementet i sigaretten vist i fig. 1. Fig. 2 illustrerer en annen utførelse av en sigarett som kan anvende et karbonholdig brenselelement fremstilt ut i fra brenselblandingen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2A er et tverrsnitt av brenselelementet i sigaretten vist i fig. 2. Fig. 3 viser overflatetemperaturene under damping av brenselelementer ifølge fig. IA fremstilt med forskjellige innhold av tilsatt Na2C03 i vandige løsninger (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% og 7,0%). Fig. 4 viser ulmetemperaturene i brenselelementer ifølge fig. IA fremstilt med forskjellige innhold av tilsatt Na2C03 i vandige løsninger (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% og 7,0%) målt 15 sekunder etter at det er tatt et drag. Fig. 5 illustrerer "bakside"-temperaturene av brenselelementer ifølge fig. IA fremstilt med forskjellige innhold av tilsatt Na2C03 i vandige løsninger (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% og 7,0%). Fig. 6 gir kapselveggtemperaturene for kapsler utstyrt med brenselelementer ifølge fig. IA fremstilt med forskjellige innhold av tilsatt Na2C03 i vandige løsninger (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% og 7,0%). Fig. 7 gir diagrammer av utløpsgasstemperaturene drag for drag, bestemt på baksiden av kapslene anvendt i fig. 6. Fig. 8 illustrerer utløpsgasstemperaturen fra munnside-delene av sigarettene som anvender brenselelementer ifølge fig. IA fremstilt med forskjellige innhold av tilsatt Na2C03 i vandige løsninger (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% og 7,0%). Fig. 9 viser fingertemperaturene for sigarettene fremstilt med brenselelementer ifølge fig. IA fremstilt med forskjellige innhold av tilsatt Na2C03 i vandige løsninger (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% og 7,0%). Fig. 10 illustrerer kalorikurvene som drag for drag utvikles av brenselelementer ifølge fig. IA fremstilt med forskjellige innhold av tilsatt Na2C03 i vandige løsninger (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% og 7,0%). Fig. 11 gir de antente trykktap som oppnås fra sigaretter ifølge fig. 1 under røyking ved betingelser på 50 cm /30 sek. med brenselelementer ifølge fig. IA fremstilt med forskjellige innhold av tilsatt Na2C03 i vandige løsninger (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% og 7,0%). Fig. 12 illustrerer drag for drag diagrammene av aerosoltettheter for sigaretter ifølge fig. 1 under røyking ved betingelser på 50 cm^/30 sek. med brenselelementer ifølge fig. IA fremstilt med forskjellige innhold av tilsatt Na2C03 i vandige løsninger (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% og 7,0%). Fig. 13 og 14 illustrerer det samlede aerosolutbyttet som funksjon av hhv. styrken av natriumkarbonatløsningen og det virkelige natriuminnhold i deler pr. million i hvert av brenselelementene. Fig. 15 og 16 representerer hhv. glyserol- og nikotin-utbyttene drag for drag, for sigaretter ifølge fig. 1 under røyking ved betingelser på 50 cm /30 sek. med brenselelementer ifølge fig. 1, fremstilt med forskjellige innhold av tilsatt Na2C03 i vandige løsninger (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% og 7,0%).

Som beskrevet ovenfor vedrører den foreliggende oppfinnelse spesielt en brenselblanding som kan anvendes for brenselelementer i røykeartikler, såsom referansesigaretten (fig. 1) og andre røykeartikler, såsom dem som er beskrevet i US-patenter nr. 4.793.365, 4.928.714, 4.714.082, 4.756.318, 4.854.331, 4.708.151, 4.732.168, 4.893.639, 4.827.950, 4.858.630, 4.938.238, 4.903.714, 4.917.128, 4.881.556, 4.991.596, og 5.027.837. Se også europeisk patentpublikasjon nr. 342.538.

Fig. 1 og IA er hver for seg generelt representative for en referansesigarett med en modifisert brenselelementutfonn-ing. Sigaretten har et karbonholdig brenselelement 10 som er laget av brenselblandingen ifølge den foreliggende opp-finnélse, omsluttet av en kappe av isolerende glassfibrer 16. Plassert i lengderetningen bak brenselelementet, og i kontakt med en del av den bakre omkrets derav, er en kapsel 12. Kapselen inneholder et substratmateriale 14 som inneholder aerosoldannende materialer og smaksmidler. Omgivende kapselen 12 er en rull av tobakk 18 i form av oppkappet fyllstoff. Sigarettens munnsidedel omfattes av to deler, et tobakkspapirsegment 20 og et polypropylenfiltermateriale 22 med lav virkningsgrad. Som illustrert anvendes flere papirsjikt for å holde sigaretten og dens enkelte komponenter sammen.

Varme fra det brennende brenselelement overføres ved ledning og konveksjon til substratet i kapselen. Under damping kondenseres aerosolen og smaksmidlene som bæres av substratet, slik at det dannes en røyklignende aerosol som trekkes gjennom røykeartikkelen, idet den absorberer ytterligere tobakks- og andre smaksstoffer fra andre komponenter i røyke-artikkelen og kommer ut av munnsidedelen 22.

Med referanse i detalj til fig. 2 og 2A illustreres en annen sigarettutforming og brenselelement for denne, som kan anvende brenselblandingen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Som illustrert omfatter sigaretten et segmentert karbonholdig brenselelement 100 omgitt av en kappe av isolerende materiale 102. Isolasjonsmaterialet 102 kan være glassfibrer eller tobakk, behandlet slik at det er i alt vesentlig ikke-brennende. Som vist vil isolasjonsmaterialet 102 strekke seg forbi hver ende av brenselelementet. Med andre ord er brenselelementet kortere enn isolasjonskappen. Plassert i lengderetningen bak brenselelementet 100 er et substrat 104, som med fordel er laget av en rull eller samlet vev av cellulosemateriale, f.eks. papir eller tobakkspapir. Dette substrat 104 omsluttes av en elastisk kappe 106 som fordelaktig kan omfatte glassfibrer, tobakk, f.eks. i form av oppkappet fyllstoff, eller blandinger av disse materialer. Plassert bak substratet er en munnsidedel 107 omfattende to segmenter, et tobakkspapirsegment 108 og et polypropylen-filtersegment 110 med lav virkningsgrad. Flere papirsjikt anvendes for å holde sigaretten og dens enkelte komponenter sammen.

I en mindre foretrukket utførelse (ikke vist), men som ligner utførelsen vist i fig. 2, kan substratet (f.eks. et samlet papir) plasseres inne i et rør som i sin tur omsluttes av oppkappet tobakksfyllstoff eller isolasjonsmateriale. Røret har tilstrekkelig lengde til å strekke seg gjennom tomrommet mellom brenselelementets bakre ende og forsiden av substratet og omgi en del av lengden av brenselelementets bakre ende. Som sådant er røret plassert mellom den isolerende kappe og brenselelementet, og omslutter og kontakter den bakre ende av brenselelementet. Røret fremstilles fortrinnsvis av et ikke-sugende, varmebeståndig materiale (f.eks. et varmebestandig plastrør, et rør av behandlet papir, eller et papirrør foret med folie.

Som i sigaretten i fig. 1 vil varme fra det brennende brenselelement i denne sigarett overføres til substratet. I denne sigarett er imidlertid konveksjonsvarmen den over-veiende måte for energioverføringen. Denne varme vil for-flyktige aerosolen og de smaksstoffer som bæres av substratet og som kondenseres til å danne en røyklignende aerosol som trekkes gjennom røykeartikkelen under dampingen og kommer ut av munnsidedelen 106.

Andre røykeartikler som med hell kan anvende brenselblandingen ifølge den foreliggende oppfinnelse, er beskrevet i de patenter som tidligere er inkorporert heri ved referanse. I mange av de tidligere nevnte patenter anvender de karbonholdige brenselelementer for røykeartiklene et bindemiddel av natriumkarboksymetylcellulose (SCMC) i en mengde på ca. 10 vekt-%, i grundig sammenblanding med ca. 90 vekt-% karbonpulver. Brenselelementer fremstilt ut i fra denne blandingen har følgende fysiske egenskaper: (1) de er av og til vanskelige å tenne; (2) de brenner svært varmt; (3) de brenner svært raskt; (4) de kan danne et høyt innhold av karbonmonoksyd. Forsøk på å forbedre egenskapene for disse brenselelementer førte til den foreliggende oppfinnelse, hvori det er blitt funnet gjennom elementanalyse av brenselblandingen, at natriuminnholdet i brenselblandingen var én faktor som var ansvarlig for brenselblandingens brenneegenskaper.

Følgende tabell gir elementanalysen av kationiske forurensninger som er tilstede i blandede brenselelementblandinger bestående av karbon (90%) og en gradient av to bindemidler, SCMC og ammoniumalginat (Alg). Ut i fra tabell 1 vil det bemerkes at det fullstendige SCMC-bindemiddel har et basislinje-natriuminnhold på 7741 ppm, mens basislinje-natriuminnholdet i det fullstendige alginatbindemiddel bare er 2911 ppm. Det er blitt funnet at ved å variere natriuminnholdet i brenselblandingen, f.eks. ved å blande sammen bindemidler med høyt og lavt natriuminnhold, eller mer foretrukket ved å anvende et bindemiddel med lavt natriuminnhold og tilsette natriumforbindelser såsom natriumkarbonat, natriumacetat, natriumoksalat, natriummalat, o.l., kan det oppnås variasjon i brenselelementets brenneegenskaper, og til-passes til å tilfredsstille energibehovet i en hvilken som helst røykeartikkel.

Som beskrevet ovenfor vil én hovedbestanddel av brenselelementblandingen ifølge den foreliggende oppfinnelse være et karbonholdig materiale. Foretrukne karbonholdige materialer har et karboninnhold over 60 vekt-%, mer foretrukket over 75 vekt-%, og mest foretrukket over 85 vekt-%.

Karbonholdige materialer tilveiebringes typisk ved å karbonisere organisk materiale. Én spesielt egnet kilde for slikt organisk materiale er papirmasse av hardved. Andre egnede kilder for karbonholdige materialer er karbon fra kokosnøttskall, såsom de PXC-karbontyper som er tilgjengelige som PCB og de eksperimentelle karbontyper som er tilgjengelige som Lot B-11030-CAC-5, Lot B-11250-CAC-115 og Lot 089-A12-CAC-45 fra Calgon Carbon Corporation, Pittsburgh, PA.

Brenselelementer kan fremstilles fra blandingen ifølge den foreliggende oppfinnelse ved forskjellige bearbeidings-metoder, omfattende støping, maskinering, trykkforming eller ekstrudering til den ønskede form. Støpte brenselelementer kan ha passasjeveier, spor eller hule områder deri.

Foretrukne ekstruderte karbonholdige brenselelementer kan fremstilles ved å blande sammen opptil 95 deler karbonholdig materiale, opptil 20 deler bindemiddel og opp til 20 deler tobakk (f.eks. tobakkstøv og/eller et tobakksekstrakt) med tilstrekkelig vandig Na2C03-løsning (med en forut valgt løsningsstyrke) for å gi en ekstruderbar blanding. Blandingen kan deretter ekstruderes ved anvendelse av en ekstruder av ram- eller stempeltypen eller en compounderingsskrue til et ekstrudat av den ønskede form med det ønskede antall passasjeveier eller tomrom.

Som beskrevet ovenfor, kan det tilsettes et ikke-brennende fyllstoffmateriale såsom kalsiumkarbonat, agglomerert kalisumkarbonat, e.l. til brenselblandingen for å hjelpe til å kontrollere de kalorier som utvikles av brenselelementet under forbrenningen, ved å redusere mengden av brennbart materiale som er tilstede deri. Fyllstoffmaterialet omfatter typisk mindre enn 50 vekt-% av brenselblandingen, fortrinnsvis mindre enn 30 vekt-%, og mest foretrukket fra 5 til 20 vekt-%. For detaljer angående slike fyllstoffer, se europeisk patentpublikasjon nr. 419.981.

Som beskrevet ovenfor kan brenselblandingen ifølge den foreliggende oppfinnelse inneholde tobakk. Tobakkens form kan variere, og mer enn én form av tobakk kan inkorporeres i brenselblandingen om ønsket. Tobakkstypen kan variere og omfatter røykkonservert, Burley, Maryland og orientalsk tobakk, de sjeldne og spesialtobakker, samt blandinger derav.

Én egnet tobakksform for innbefatning i brenselblandingen er et fint oppdelt tobakksprodukt som omfatter både tobakksstøv og fint oppdelte tobakksblader.

En annen form av tobakk som kan anvendes i brenselblandingen, er et tobakksekstrakt eller blandinger av tobakksekstrakter. Tobakksekstrakter tilveiebringes typisk ved å ekstrahere et tobakksmateriale ved anvendelse av et løsnings-middel såsom vann, karbondioksyd, svovelheksafluorid, et hydrokarbon såsom heksan eller etanol, et halogenkarbon såsom en kommersielt tilgjengelig Freon, samt andre organiske og uorganiske løsningsmidler. Tobakksekstrakter kan omfatte forstøvningstørkede tobakksekstrakter, frysetørkede tobakksekstrakter, tobakkaromaoljer, tobakkessenser og andre typer av tobakksekstrakter. Fremgangsmåter for å tilveiebringe egnede tobakksekstrakter er fremsatt i US-patenter nr. 4.506.682, 4.986.286, 5.005.593, og 5.060.669, og europeisk patentpublikasjon nr. 338.831.

Egnede bindemidler for anvendelse i den foreliggende blanding vil ikke i vesentlig grad tilføre natrium til brenselblandingen. Karbon- og bindemiddel-baserte brenselblandinger som har et basis-linje natriuminnhold på ca. 3000 ppm Na eller mindre er ønsket. Denne basis-linjebegrensning på Na-innholdet tillater kontrollert tilsetning av et ønsket Na-innhold ved tilsetning av vandig Na2C03, og de resulterende brenselelementer har uttalte fordeler derav. Natriumsalter, uten at de er fortynnet, vil derfor vanligvis ikke kvalifisere som bindemidler heri. Bindemidler som har andre kationiske elementer, f.eks. kalium, ammonium, osv. er vanligvis akseptable.

Den foretrukne fremgangsmåte for tilsetning av natrium til ikke-natriumbaserte bindemidler (eller bindemidler med lavt natriuminnhold) er ved å blande en vandig løsning av natriumforbindelsen med bindemidlet og det karbonholdige materialet. Fortrinnsvis vil styrken av den vandige løsning ligge i områder fra 0,1 til 10 vekt-%, mest foretrukket fra 0,5 til 7 vekt-%. Selv om den mest foretrukne natriumkilde for anvendelse i brenselblandingene ifølge denne oppfinnelse er natriumkarbonat (Na2C03), vil andre anvendbare natriumforbindelser være natriumacetat, natriumoksalat, natriummalat, o.l.. Selv om den ikke blir foretrukket kan tørr-blanding (med tilstrekkelig blanding) fordele natrium-forbindelsene i bindemidlet og det karbonholdige materialet, og danne en egnet blanding.

Det mest foretrukne ikke-natriumbaserte bindemiddel for brenselblandingene ifølge den foreliggende oppfinnelse er ammoniumalginat HV som kan leveres fra Kelco Co. i San Diego, CA. Andre anvendbare ikke-natriumbaserte bindemidler omfatter polysakkaridgummiene, såsom planteekstrudatene; Arabisk, Tragacanth, Karaya, Ghatti; planteekstraktene, pektin, arabinoglaktan; mel av plantefrø, johannesbrød, guar, alginater, kruskarragen, furcellaran, kornstivelser, mais, hvete, ris, voksaktig mais, durra, voksaktig durra, knoll-stivelser, potet, maranta, tapioka; mikrobielle fermen-teringsgummier, Xanthan og dekstran; de modifiserte gummier omfattende cellulosederivater, metylcellulose, karboksymetylcellulose, hydroksypropylcellulose, o.l..

Den foreliggende oppfinnelse skal illustreres ytterligere med referanse til følgende eksempler som hjelper til å forstå den foreliggende oppfinnelse. Alle prosentsatser rapportert heri, dersom intet annet er angitt, er vekt-prosenter. Alle temperaturer er uttrykt i grader Celsius.

EKSEMPEL 1

Seks sett med brenselelementer ble fremstilt hvori varierende mengder av natriumkarbonat ble tilsatt til ekstrude-ringsblandingen.

Brenselelementene ble fremstilt fra en blanding inneholdende 90 vekt-% karbonisert masse av Kraft hardved, malt til en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 12 /im (målt ved anvendelse av en Microtrac) og 10% Kelco HV ammoniumalginatbindemiddel. Denne blanding av karbonpulver og bindemiddel ble blandet sammen med vandige løsninger av natriumkarbonat av varierende styrke for å danne ekstruderingsblandinger hvorifra brenselelementene ble fremstilt i sin endelige form. Ca. 30 vekt-% av hver ^ 2^^-løsning ble tilsatt til hver blanding for å lage de forskjellige ekstruderingsblandinger.

Karbonet av hardvedmasse ble fremstilt ved å karbonisere en ikke-talkholdig kvalitet av Grand Prairie Canadian Kraft hardvedpapir under nitrogenatmosfære, ved trinnvis å øke temperaturen tilstrekkelig til å minimalisere oksydasjon av papiret, til en endelig karboniseringstemperatur på minst 750°C. Det resulterende karbonmaterialet ble avkjølt under nitrogen til mindre enn 35°C, og deretter malt til et fint pulver med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på ca. 12 ixm i diameter.

De Na2C03-løsningsstyrker som ble anvendt til å danne ekstruderingsblandingene var: (a) 0%, kontrollen, (b) 0,5%, (c) 1,0%, (d) 3,0%, (e) 5,0%, og (f) 7,0% natriumkarbonat etter vekt i vann.

Brenselblandingen ble ekstrudert ved anvendelse av en stempelekstruder som ga brenselstaver med 6 likelig fordelte perifere passasjeveier i form av slisser eller spor, hvert med en dybde på ca. 0,89 mm og en bredde på ca. 0,69 mm. Utformingen av passasjeveiene (slissene) som strekker seg i lengderetningen langs brenselelementets omkrets, er i alt vesentlig som vist i fig. IA. Etter ekstrudering ble de fuktige brenselstaver tørket til et fuktighetsinnhold på ca. 4,0%. De resulterende tørkede staver ble kappet i 10 mm lengder, som ble brenselelementene.

De fysiske egenskaper for de tørkede og oppkappede brenselelementer er vist nedenfor i tabell 2.

EKSEMPEL 2

Brenselelementene fremstilt i eksempel 1 ble underkastet induktivt koblet plasmaatomemissjonsspektroskopi (ICP-AES) for å bestemme elementsammensetningene derav.

Tabell 3 gir resultatene av ICP-AES-analysene av de 6 forskjellige sett av brenselelementer fremstilt i eksempel 1. Ut i fra tabell 3 kan det sees at natriumkarbonatløsningene fører til signifikant forskjellige opptak av natrium av brenselelementene, avhengig av den anvendte løsningsstyrke. Natriuminnholdet ligger i området fra 1120 ppm for kontrollen (dvs. den opprinnelige mengde) til 17.420 ppm for ammonium-algihatbrenselelementer fremstilt ved anvendelse av 7% natriumkarbonat løsningen .

EKSEMPEL 3

Antennelsestester på de forskjellige sett av brenselelementer fremstilt i eksempel 1 ble gjennomført ved anvendelse av en computerdrevet røykemaskin og luftstempel-apparat.

I denne test ble et brenselelement plassert i en tom aluminiumkapsel som deretter ble omgitt av en isolasjonskappe av C-glass. Denne sammenstilling ble deretter plassert i en holder som ble drevet inn i en propanflamme av det computer-styrte stempel i 2,4 sek.. Et 50 cm<3> drag, med to (2) sekunders varighet, ble tatt mens brenselelementet var i flammen. Deretter ble sammenstillingen trukket tilbake fra flammen med stempelet, og et andre 50 cm drag ble tatt.

Temperaturmålinger av brenselelementet blir deretter overvåket av et infrarødt kamera (Heat Spy). Etter de 2 første drag ble til sammen ytterligere 4 drag på 50 cm<3 >utført på sammenstillingen mens temperaturene i brenselelementet ble konstant overvåket.

Et brenselelement ble betraktet som antent dersom overflatetemperaturen etter alle 6 dragene var over 200°C. Et brenselelement ble ansett for å være delvis antent dersom overflatetemperaturen av brenselelementet var over 200°C etter drag 4, men under 200°C etter drag 6. Et brenselelement ble ansett som ikke-antent når det hadde en temperatur under 200°C etter drag 4.

Ved testing av brenselelementene ble til sammen 10 fra hvert Na2C03 nivå eksponert for testen for å bestemme gjennomsnittlig antennbarhet av denne gruppe.

Det ble funnet at ammoniumalginatbrenselelementene inneholdende intet ekstra natrium, ikke ville la seg antenne under testbetingelsene 100% av tiden. Anvendelse av en 1% natriumkarbonatløsning under blanding av brenselelement-bestanddelene førte imidlertid til fullstendig antennelse i 60% av brenselelementene, 10% delvis antennelse, og bare 30% ingen antennelse under de samme testbetingelser. Ved anvendelse av en 30% løsning av natriumkarbonat i blandingen sank prosentsatsen av brenselelementer som ikke ville antennes til 10%. Ytterligere tilsetninger av natriumkarbonat til blandingene førte til en reduksjon i antennbarhet.

Dette eksempel viser konklusivt at tilsetning av natrium ved anvendelse av en vandig natriumkarbonatløsning til brenselelementene gir dramatiske forbedringer i brenselelementets antennbarhet. Det synes imidlertid å være et punkt hvor ytterligere tilsetninger av natrium til brenselelementene fører til en nedsettelse av antennelselstendensene.

Ut i fra disse data vil den optimale styrke av natrium-karbonatløsningen som skal tilsettes til brenselelementet for å forbedre antennelsesevnen til brenselelementene som har slissemønsteret i fig. IA, være i området 1-3%, som overføres til ét natriuminnhold i brenselelementet som ligger mellom 3800-8700 ppm.

I en annen antennelsestest ble et modifisert brenselelement av referansesigaretten (med slissemønsteret i fig. IA) sammenlignet med brenselelementene ifølge den foreliggende oppfinnelse. Brenselelementet i referansesigaretten var 10 mm langt og 4,5 mm i diameter, med en blanding av 9 deler hardvedkarbon, 1 del SCMC-bindemiddel, og 1 vekt-% K2<"'<",3' som ^ e ^)a^t ^ør anvendelse ved en temperatur over 800°C i to timer for å karbonisere bindemidlet og redusere eller eliminere eventuelle flyktige forbindelser deri.

Brenselelementer fremstilt som i eksempel 1, med fra 3500 til 9000 ppm Na ble funnet å antennes nesten 100% av tiden, mens brenselelementene i referansesigaretten bare ble antent fra 10 til 25% av tiden.

EKSEMPEL 4

Ulmetendensen til et brenselelement beskrevet i eksempel 1 ble målt ved å plassere et brenselelement i en tom kapsel, antenne det og deretter overvåke dets vekttap som en indika-sjon på hvor raskt brenselelementet vil brenne under ulme-perioder i en antent sigarett. Dette gir også et relativt mål på hastigheten for konduktiv energioverføring til kapselen under ulmingen.

Ammoniumalginatbrenselelementer som ikke inneholder noe tilsatt natrium, brenner svært langsomt under ulmeperioden. Tilsetningen av natrium akselererer brennehastigheten, avhengig av den natriummengde som tilsettes til brenselelementet. Mengden av brent karbon økte raskt opp til en konsentrasjon på ca. 3,0% natriumkarbonat i løsningen. Ytterligere økning av tilsatt natrium førte til bare marginalt høyere ulme-hastigheter sammenlignet med brenselelementer laget med 3%-løsningen.

Disse data er signifikante fordi de viser at det er mulig å kontrollere brenselelementenes ulmehastighet, og således deres konduktive energioverføring til kapselen, ved å justere natriuminnholdet.

EKSEMPEL 5

Brenselelementene i eksempel 1 ble underkastet ytterligere analyse omfattende: (a) måling av brenselelementets overflatetemperaturer; (b) måling av brenselelementets baksidetemperatur; (c) måling av kapseltemperaturene;

(d) måling av aerosoltemperaturene, og

(e) måling av fingertemperaturene.

Disse studier ble gjennomført på drag for drag basis ved anvendelse av røykebetingelser bestående av et 50 cm 3 drag av to (2) sekunders varighet, hvert 30. sekund. Denne test-fremgangsmåten refereres til i det følgende som "50/30"-testen.

I fig. 3 er vist overflatetemperaturene som fremkommer av de brennende brenselelementer i eksempel 1 under dampingen. Disse temperaturer ble målt ved anvendelse av et infrarødt Heat Spy camera fokusert på forsiden av brenselelementet .

Som vist i fig. 3 faller temperaturavlesningene for brenselelementet i alt vesentlig i én av to grupper. De brenselelementer som ikke har noe tilsatt natriumkarbonat (kontrollen - dvs. 0% tilsatt Na2C03-løsning) viser den typiske oppførsel hos et karbonbrenselelement med 100% ammoniumalginatbindemiddel; dvs. at dragtemperaturene er høye over hele dragprogrammet.

Med små tilsetninger av natriumkarbonat til brenselelementet (dvs. 0,5% - 1,0% Na2C03-løsning), bemerkes svært liten forskjell i dragtemperaturene sammenlignet med kontrollen. Når det imidlertid anvendes en 3,0% eller høyere løs-ning av natriumkarbonat ved fremstilling av brenselelementene, blir det funnet at det foregår en dramatisk forandring i dragtemperaturen. Dragtemperaturene viser en betydelig nedsettelse sammenlignet med kontrollen, og viser temperaturer mye mer lik dem som henger sammen med et brenselelement med SCMC bindemiddel.

Fig. 4 viser ulmetemperaturene for brenselelementene målt 15 sek. etter at draget er gjennomført. Disse data er identiske med de data som er vist for dragtemperaturene diskutert ovenfor i fig. 3.

Ulmetemperaturene for brenselelementene med det høyere natriuminnhold, er lavere enn de som har lite eller intet tilsatt natrium. Det skal imidlertid bemerkes at til tross for de lave ulmetemperaturer, er ulmehastigheten i virkelig-heten større når høyere natriuminnhold er tilstede. Mer karbon vil brenne ved et hvilket som helst gitt punkt under ulmingen når et høyt innhold av natriumkarbonat er blitt tilsatt til brenselelementet, selv om den generelle for-brenningstemperatur er lavere.

Fig. 5 illustrerer baksidetemperaturene for de brennende brenselelementer ifølge eksempel 1, målt ved innsetting av et tynntrådet termoelement i kapselen mot brenselelementets bak-side. Data i denne figur viser at kontrollbrenselelementet

(som ikke har noe tilsatt natrium) har en lavere baksidetemperatur (ca. 40°C) i løpet av de fleste drag, sammenlignet med den samme type brenselelement med tilsatt natrium. De brenselelementer som har det tilsatte natrium oppfører seg alle på en mer eller mindre identisk måte.

Fig. 6 illustrerer kapselveggtemperaturene målt i et punkt 11 mm fra forsiden av brenselelementet. I denne analyse ble brenselelementene plassert i en 30 mm x 4,5 mm (i.d.) aluminiumkapsel, fylt til en dybde av 25 mm med marumerisert tobakkssubstrat (se US-patent nr. 4.893.639), og kombinasjonen ble omviklet med en isolasjonskappe av C-glass.

Temperaturmålingene ble gjennomført ved å sette inn et tynntrådet termoelement gjennom kappen til et punkt hvor spissen av termoelementet berørte kapselen. Innsettings-hullet ble forseglet før røykingen med en tetningsfor-bindelse. Fig. 6 viser at kontrollbrenselelementene fører til en kapseltemperatur som er betydelig lavere enn den som observeres når det anvendes brenselelementer med natrium-tilsetninger.

Brenselelementer fremstilt med vandige Na2C03-løsninger i området fra 1,0% - 5,0% natriumkarbonat ga kapseltempera-turer som er ca. 50°C varmere enn kontrollen (0% tilsatt). Dette faktum understøtter den hypotese at den raskere ulmehastighet for natriumholdige brenselelementer gir mer konduktiv varme til kapselen, og følgelig kan opprettholde sigarettens driftstemperaturer mer tilfredsstillende enn kontrollbrenselelementet med SCMC-bindemiddel.

Fig. 7 er et diagram over utløpsgasstemperaturene drag for drag, bestemt i kapslenes bakre ende. I denne analyse ble brenselelementene igjen montert i en 30 mmx 4,5 mm (i.d.) aluminiumkapsel, fylt til en dybde på 25 mm med marumerisert tobakkssubstrat (se, White, U.S. patent nr. 4.893.639), og kombinasjonen ble omviklet med en isolasjonskappe av C-glass.

Generelt kan det sees at tilsetning av natriumkarbonat til den blanding som anvendes til fremstilling av brenselelementene, fører til en økning i temperaturen på den aerosol som finnes i kapselen. Et høyt natriuminnhold fører til en økning på ca. 20°C i aerosoltemperaturen sammenlignet med kontrollen.

EKSEMPEL 6

Sigaretter i alt vesentlig som beskrevet i fig. 1 ble fremstilt med brenselelementene ifølge eksemplene 1-5, ved anvendelse av følgende komponentdeler: 1. 30 mm lang slisset aluminiumkapsel fylt til en dybde på 25 mm med fortettet (dvs. marumerisert) tobakkssubstrat,

2. 15 mm isolasjonskapper av C-glass for brenselelement,

3. 22 mm lang tobakksrull omkring kapselen, og

4. en munnendedel bestående av en 20 mm lang seksjon av

10 cm bredt samlet tobakkspapir og 20 mm av polypropylen filtermateriale.

Fremstilling av substrat

Substratet var en fortettet (eller marumerisert) tobakk, fremstilt ved å ekstrudere en pasta av tobakk og glyserol på en hurtig roterende skive som fører til dannelse av små, nesten sfæriske kuler av substratmaterialet. Fremgangsmåten er generelt beskrevet og apparatet identifisert i U.S. patent nr. 4.893.639.

Aluminiumkapsel

En hul aluminiumkapsel ble fremstilt av aluminium ved anvendelse av en metalltrekkefremgangsmåte. Kapselen hadde en lengde på ca. 30 ram, en ytre diameter på ca. 4,6 mm, og en innerdiameter på ca. 4,4 mm. Én ende av beholderen var åpen; og den andre enden var forseglet, bortsett fra to slisse-lignende åpninger som hadde en størrelse på ca. 0,65 mm x 3,45 mm og en avstand fra hverandre på ca. 1,14 mm.

Kapselen ble fylt med det fortettede tobakkssubstrat til en dybde på ca. 25 mm. Brenselelementet ble deretter innsatt 1 beholderens åpne ende til en dybde på ca. 3 mm. Som sådant strakte brenselelementet seg ca. 7 mm utenfor kapselens åpne

ende.

Isolasn onskappe

Et 15 mm langt plastrør med en diameter på 4,5 mm blir omviklet med et isolerende kappemateriale som også er 15 mm langt. I disse sigarettutførelser er isolasjonskappen sammensatt av ett sjikt av Owens-Corning C-glassmatte, ca. 2 mm tykt før sammenpressingen i kappeformemaskinen. Slutt-diameteren for det omkappede plastrør er ca. 7,5 mm.

Tobakksrull

En tobakksrull bestående av en volumekspandert blanding av Burley, røykmodnet og oppkappet fyllstoff av orientalsk tobakk blir omviklet i et papir betegnet som P1487-125 fra Kimberly-Clark Corp., slik at det dannes en tobakksrull med en diameter på ca. 7,5 mm og en lengde på ca. 22 mm.

Sammenstilling av fremre ende

Den isolerende kappeseksjon og tobakksstaven blir sammenføyet med en papiromvikling betegnet som P2674-190 fra Kimberly-Clark Corp., som omskriver lengden av tobakk/- glasskappeseksjonen, samt lengden av tobakksrullen. Munn-enden av tobakksrullen blir utboret for å skape en langs-gående passasjevei derigjennom på ca. 4,6 mm i diameter. Enden av boret er utformet til å entre og fastgjøre plast-røret i den isolerende kappe. Patronsammenstillingen inn-settes fra den fremre ende av den kombinerte isolasjonskappe og tobakksrull, samtidig som boret og det fastgjorte plastrør trekkes ut fra rullens munnende. Patronsammenstillingen inn-settes inntil antennelsesenden av brenselelementet er jamt med den fremre ende av isolasjonskappen. Den samlede lengde av den resulterende frontendesammenstilling er ca. 37 mm.

Munnendedel

Munnendedelen omfatter et 20 mm langt sylindrisk segment av et løst samlet tobakkspapir og et 20 mm langt sylindrisk segment av en samlet vev av ikke-vevet, smelte-blåst polypropylen, hvorav hvert omfatter en ytre papiromvikling. Hvert av segmentene tilveiebringes ved oppstykking i staver fremstilt ved anvendelse av apparatet beskrevet i US patent nr. 4.807.809.

Det første segment er ca. 7,5 mm i diameter, og tilveiebringes av en løst samlet vev av tobakkspapir tilgjengelig som P1440-GNA fra Kimberly-Clark Corp. og som er omsluttet av en papirpluggomvikling tilgjengelig som P1487-184-2 fra Kimberly-Clark Corp.

Det andre segment er ca. 7,5 mm i diameter, og tilveiebringes av en samlet vev av ikke-vevet polypropylen tilgjengelig som PP-100 fra Kimberly-Clark Corp. og som er omsluttet av en papirpluggomvikling tilgjengelig som P1487-184-2 fra Kimberly-Clark Corp.

De to segmenter innrettes aksielt i et sammenbuttende ende til ende forhold, og bindes sammen ved omslutning av lengden av hvert av segmentene med en papiromvikling tilgjengelig som L-1377-196F fra Simpson Paper Company, Vicksburg, Michigan. Lengden av munnendedelen er ca. 40 mm.

SluttsammenstiIling av sigarettene

Frontendesammenstillingen innrettes aksielt i et sammenbuttende ende-til-ende-forhold med munnendedelen, slik at be-holderenden av frontendesammenstillingen kommer nær opp til det samlede tobakkspapirsegment i munnendedelen. Frontendesammenstillingen sammenføyes med munnendedelen ved å omslutte lengden av munnendedelen og en 5 mm lengde av frontendesammenstillingen nær opp til munnendedelen med tippepapir.

Sluttkondisn onering

Alle ferdige sigaretter ble kondisjonert i 4-5 døgn ved 24°C/40% relativ fuktighet (RH) før røykingen.

Anvendelse

Under bruk tenner røykeren brenselelementet med en sigarett -tenner og brenselelementet brenner. Røykeren setter sigarettens munnende inn mellom sine lepper og tar drag av sigaretten. En synlig aerosol som har tobakkssmak blir trukket inn i røykerens munn.

EKSEMPEL 7

Likesom brenselelementene i eksempel 1 ble også sigarettene i eksempel 6 underkastet detaljert analyse, omfattende:

(a) måling av kapselens utløpsgasstemperatur,

(b) måling av munnendedelens fingertemperaturer,

(c) måling av CO/C02-utbyttene,

(d) måling av det samlede kaloriutbyttet,

(e) måling av trykktapet i antent tilstand,

(f) måling av aerosoltetthet drag for drag,

(g) måling av det samlede aerosolutbyttet,

(h) måling av glyserolutbytte drag for drag,

(i) måling av det samlede glyserolutbyttet,

(j) måling av nikotinutbytte drag for drag,

(k) måling av samlet nikotinutbytte.

Disse studier ble gjennomført på drag for drag basis ved anvendelse av én (eller begge) av to typer av røykebetinge1-ser; (1) "50/30"-testen beskrevet ovenfor, og (2) FTC røyke-betingelser.

Diagrammene av utløpsgasstemperaturen fra munnendedelen av sigarettene i eksempel 6 er vist i fig. 8. Aerosoltemperaturene for alle prøver er ca. 40°C eller lavere avhengig av dragantallet. Det vil imidlertid bemerkes ut i fra fig. 8 at tilsetninger av natriumkarbonat til brenselelementet fører til høyere aerosoltemperaturer i de senere drag sammenlignet med kontrollene.

Diagrammene av de forskjellige fingertemperaturer for sigarettene i eksempel 6 er vist i fig. 9. Fingertemperaturen måles ved å plassere et tynntrådet termoelement på sigarettens munnendedel i et punkt ca. 20 mm fra filterets munnende. Fig. 9 viser at fingertemperaturene øker ettersom natriumløsningens styrke øker opp til et nivå på 3,0%. Høyere innhold av tilsatt natriumkarbonat fører deretter til en nedsettelse av fingertemperaturen. Alle verdier for fingertemperaturen som er vist i fig. 9 er bemerkelsesverdig lave sammenlignet med typisk målte verdier på ca. 75°C for referansesigaretten.

CO/C02-utbyttene fra sigaretter i eksempel 6 med varierende innhold av natriumkarbonat ble målt både på en drag for drag basis ved anvendelse av 50/30 dampebetingelser og ved standard FTC-metoden (35 cm 3 dragvolum, 2 sek. varighet; adskilt med 58 sekunders ulming).

Et sammendrag av CO-utbyttene ved 50/30 testen og de tilsvarende CO-utbytter ved FTC-testen er gitt nedenfor i tabell 4. Det kan sees av denne tabell at CO-utbyttene ved FTC-testen er relativt lave.

På lignende måte er et sammendrag av C02-utbyttene både ved 50/30-testen og FTC-testen angitt i tabell 5.

Data for CO/C02-utbyttet gitt ovenfor kan anvendes til beregning av både drag for drag og samlet utbytte av konvek-tiv termisk energi frembrakt av brenselelementene. Vist i fig. 10 er drag for drag kalorikurvene utviklet av de forskjellige brenselelementer når de røykes ved 50/30 test-røykebetingeIser. Fig. 10 viser at tilsetninger av natriumkarbonat til brenselelementene fører til en økning i den konvektive energi, spesielt under de første 8 dragene.

Det samlede kaloriutbyttet for brenselelementene under 50/30 og FTC-røykebetingelser er sammenfattet i tabell 6.

Vist i fig. 11 er trykktapene i antent tilstand som oppnås fra sigaretten under røyking ved anvendelse av 50/30 røykebetingelsene. Fig. 11 viser at alle de testede sigaretter i eksempel 6 ga trykktap i antent tilstand under 500 mm vannsøyle. Tilsetning av natriumkarbonat til brenselelementene førte til en økning i trykktapet i antent tilstand på opp til 100 mm H20 avhengig av innholdet av tilsatt natriumkarbonat sammenlignet med kontrollen.

Tabell 7 representerer en sammenligning av kvalitets-egenskapene for tre identiske sigaretter, bortsett fra at det ble anvendt tre forskjellige bindemidler ved fremstilling av brenselelementene: (1) SCMC (intet tilsatt Na); (2) ammoniumalginat (intet tilsatt Na) ,- og (3) ammoniumalginat tilsatt 3% Na2C03 løsning.

Kvalitetsforskjellene for disse tre sigaretter kan observeres umiddelbart.

"Drag for drag aerosoltetthetene for sigaretter i eksempel 6 omfattende brenselelementer med varierende .innhold av natriumkarbonat tilsatt til mikrostrukturen, ble oppnådd ved å røyke sigarettene på en røykemaskin ved anvendelse av 50/30 røykebetingelser. Tettheten av aerosolen fra munnendedelen ble målt ved å lede aerosolen gjennom et fotometer.

Fig. 12 illustrerer drag for drag diagrammet av aerosoltettheter for sigarettene med de seks forskjellige typer brenselelementer. Av fig. 12 kan det sees at kontroll (0% tilsatt Na2C03) brenselelementet fører til svært liten aero-soldannelse fra sigaretten. Tilsetningen av endog små mengder natriumkarbonat til brenselelementene fører til en dramatisk økning i aerosoltettheten. Brenselelementer fremstilt med 1,0% natriumkarbonatløsninger fører til en 400% økning i samlet aerosolutbytte.

Dette kan sees enda klarere ved å undersøke fig. 13 og 14 hvor det samlede aerosolutbyttet er avsatt som funksjon av hhv. natriumkarbonatløsningens styrke og de aktuelle deler pr. million av natrium i hvert av brenselelementene.

Utbytte av aerosolkomponenter og smaksmidler (f.eks. glyserol og nikotin) ble oppnådd fra sigarettene i eksempel 6 ved anvendelse av 50/30 røykebetingelser. Fig. 15 representerer drag for drag glycerolutbytté. En undersøkelse av fig. 15 viser at sigarettene som anvender kontrollbrenselelementet gir signifikant lavere glycerolutbytté enn de som anvender brenselelementene med natriumkarbonattilsetning.

Den samme oppførsel kan sees når det gjelder nikotin-utbyttene vist i fig. 16.

EKSEMPEL 8

Asparagin (den foretrukne ammoniakkfrigjørende forbindelse) , tilsatt til brenselblandingen i et nivå varierende fra 0% til 3% ble funnet å redusere formaldehydnivået i siga-rettenes forbrenningsprodukter med opp til mer enn 70%.

Eksempel 8A:

Sigaretter av referanse-typen med tobakk/karbonbrensel-elementer ble fremstilt med følgende komponentdeler: Substrat:

Brenselelement (10 mm x 4,5 mm; 5-slisser, innsatt 3 mm) :

Munnendedel:

10 mm tomrom,- 10 mm tobakkspapir; 20 mm polypropylen-filtersegment.

Tobakksrull:

blanding av oppblåste tobakkstyper.

Isolasn onskappe:

15 mm Owens-Corning "C" Glass

Omvikl incrspapir:

KC-1981-152

Røvkeresultater - Innhold av målt formaldehyd:

Eksempel 8B:

Sigaretter av referansetypen med tobakk/karbonbrensel-elementer ble fremstilt med følgende komponentdeler: Marumerisert substrat:

Brenselelement (10 mm x 4,5 mm; 6-slisser, innsatt 3 mm):

Munnendedel:

10 mm tomrom; 10 mm tobakkspapir; 20 mm polypropylen-filtersegment

Tobakksrull:

blanding av oppblåste tobakkstyper

Isolasionskappe:

15 mm Owens-Corning "C" glass

Omviklin<g>s<p>apir:

KC- 1981-152

Røykeresultater - Innhold av målt formaldehyd:

Claims

1. Natrium- og karbonholdig brenselblanding for brenselelementer i røykeartikler, hvor blandingen er en intim blanding

som i hovedsak omfatter karbon, et bindemiddel, og minst én natriumforbindelse som et forbrenningsmodifiserende middel,karakterisert ved at blandingen omfatter (a) fra 60 til 99 vekt-% karbon,- (b) fra 0 til 20 vekt-% tobakk, og for forbedring av brenselelementets antennelsesevne (c) fra 1 til 20 vekt-% av et bindemiddel, hvor bindemidlet har et naturlig natriuminnhold på under 1500 ppm, samt (d) minst ett ikke-bindemiddel i form av en natriumforbindelse i en mengde som er tilstrekkelig til å øke natriuminnholdet av den karbonholdige brenselblanding til innenfor området fra 3 000 til 10 000 ppm, idet natriumforbindelsen er valgt fra gruppen som består av natriumkarbonat, natriumacetat, natriumoksalat og natriummalat.

2. Brenselblanding ifølge krav l,karakterisert ved at natriumforbindelsen er i en vandig løsning i området fra 0,1 til 10 vekt-%.

3. Brenselblanding ifølge krav 2,karakterisert ved at natriumforbindelsen er i en vandig løsning i området fra 0,5 til 7 vekt-%.

4. Brenselblanding ifølge krav 1,karakterisert ved at den dessuten omfatter et ikke-brennende fyllstoffmateriale.

5. Brenselblanding ifølge krav 4,karakterisert ved at fyllstoffmaterialet er kalsiumkarbonat eller agglomerert kalsiumkarbonat.

6. Brenselblandin2g ifølge krav 1,karakterisert ved at bindemidlet er et alginatbindemiddel.

7. Brenselblanding ifølge krav 6,karakterisert ved at alginatbindemidlet er ammoniumalginat. 8. "Brenselblanding ifølge krav 1, karakterisert ved at natriumforbindelsen omfatter natriumkarbonat som gir fra 3500 til 9000 ppm natrium til brenselblandingen.