RO110195B1 - Componenta pentru articole pentru fumat, procedeu de formare a acesteia si instalatie de realizare a procedeului - Google Patents

Description

Prezenta invenție se referă la componentele combustibile, pentru articolele de fumat, cum ar fi țigaretele, un procedeu de formare a acestor componente și la o instalație de realizare a procedeului.

Țigaretele, trabucurile și pipa sunt formele cele mai populare, de articole pentru fumat tutun. Au fost propuse de-a lungul timpului multe produse pentru fumat și articole pentru fumat, pentru îmbunătățirea acestora sau ca alternative ale acestor articole pentru fumat tutun. Exemple de articole pentru fumat îmbunătățite sunt țigaretele și pipele descrise în brevetele US 4793365, 4771795, 4756318, 4714082 și 4708151 care, în general, conțin un element combustibil, un mijloc de generare a aerosolului, separat fizic și un muștiuc.

în publicațiile EP 0174645(A2) și 0212234(A2) sunt prezentate o serie de alternative ale articolelor pentru fumat care conțin un cartuș pentru generarea aerosolului, care comportă un element combustibil, pentru generarea căldurii care se transferă la un material generator de aerosoli, care poate conține materiale cu arome de tutun, un manșon sau o cămașă care circumscrie cartușul, manșonul cuprinzând un material izolator, în jurul elementului combustibil și un material conținând tutun în jurul materialului generator de aerosoli, sau ca alternativă, un material izolator în jurul întregului cartuș de generare a aerosolului, și, eventual, (3) un muștiuc, care poate conține un filtru. în general, cartușul generator de aerosol conține o capsulă cu materialul generator de aerosol și la unul din capete, un element combustibil.

Este cunoscută din brevetul US 5129133 o țigaretă extrudată, în care un material cărbunos este extrudat în jurul unui material generator de aerosoli, învelit, astfel că materialul cărbunos și materialul generator de aerosoli au între ele o barieră longitudinală. Ca variantă, materialul generator de aerosoli poate circumscrie materialul cărbunos, între ele fiind un strat cu rol de barieră.

în procedeele cunoscute de obținere a țigărilor și a altor articole pentru fumat, care utilizează elemente combustibile cărbunoase, separate de mijloacele de generare a aerosolului, este necesar să se obțină inițial elementul combustibil cărbunos și apoi să se introducă, cu orientarea corectă, elementul combustibil în structura țigării. Elementul combustibil se obține dintr-o pastă apoasă de carbon sau material cărbunos, prin extrudere printr-o filieră, având forma dorită a secțiunii transversale, solidificarea pastei extrudate și tăierea extrudatului solidificat în elemente combustibile având lungimea dorită.

Introducerea acestor elemente combustibile în țigară sau în alte articole pentru fumat este un proces complex care necesită orientarea elementului combustibil, adaptarea elementului combustibil orientat la un dispozitiv care să combine elementul combustibil cu mijloacele de generare a aerosolului, separate fizic, în general, prin introducerea elementului combustibil orientat în capătul deschis al unui tub metalic, care conține un substrat, având materialul generator de aerosol. Combinația element combustibil/generator de aerosol trebuie orientată, alimentată într-un aparat pentru introducere și introdusă în restul structurii țigării. Sunt cunoscute astfel, din brevetul US 4893637, o instalație și un procedeu pentru obținerea componentelor unui articol pentru fumat. în procedeul descris, pentru obținerea manșonului sau cămășii, având un suport care poate fi îndepărtat, suportul, de preferință un tub, este circumscris cu un material rezilient, compresibil, folosind un dispozitiv de formare, care asigură o producție continuă și o productivitate ridicată. Formarea dispozitivului de fumat a implicat introducerea elementului combustibil/generator de aerosol în manșon sau cămașă, în timp ce elementul de suport s-a îndepărtat.

în cadrul procedeelor cunoscute, se consideră impractic să se extrudeze direct un element combustibil, în componentul combustibil, deoarece la extrudare, compoziția combustibilă are integritate structurală foarte mică și, prin urmare, suportă greu condițiile impuse operației de extrudare. Extruderele variază considerabil, din punct de vedere al productivității, datorită variațiilor din amestec, reologiei materialelor care trec prin filieră și a altor factori. Tipurile de mașini care asamblează componentele combustibile, pentru articolele pentru fumat, necesită o asigurare constantă de material pentru a realiza o producție consistentă. Alte probleme includ integritatea structurală a componentului final, extruderea unui combustibil, drept într-un strat, care-1 circumscrie, a fost considerată o problemă de nerezolvat. Cu alte cuvinte, fie înainte, fie după aprindere, elementul combustibil putea cădea din stratul care-1 circumscria.

în procedeul descris în brevetul US 4782644, extrudatul trebuie să treacă printr-o serie lungă de mijloace de uscare, cum ar fi pernele de uscare pentru a usca segmentele de material combustibil, astfel ca ele să poată fi manipulate și stocate. Segmentele trebuie apoi strânse, puse în tăvi, care se încarcă în mașinile de alimentare, pentru alimentarea elementelor combustibile în mașina de inserție, în orientare adecvată.

S-a constatat că este posibil să se extrudeze elemente combustibile, direct, și să se obțină componente combustibile, într-un procedeu eficient și să se ofere, în acest fel, un component combustibil, în care elementul combustibil este legat de stratulde material de menținere, care îl circumscrie, rezolvând problema căderii acestuia.

Prezenta invenție înlătură dezavantajele cunoscute din stadiul tehnicii, prin aceea că prezintă o componentă pentru articol de fumat, care conține un element combustibil extrudat, a cărui suprafață exterioară este circumscrisă cu un strat de menținere comprimabil și elastic ,de material adecvat, la suprafața longitudinală a elementului combustibil.

într-o variantă de realizare, stratul comprimabil și activ cuprinde fibre de sticlă conținând pectină.

Compoziția combustibilă este cărbunoasă.

Invenția se referă și la un procedeu de formare a unei componente pentru articol de fumat, care constă în extrudarea continuă a unei compoziții suport combustibile, pentru a obține un extrudat cu formă prestabilită, formarea unui element compozit, prin circumscrierea compoziției extrudate cu un strat de material de menținere, comprimabil și activ, lierea stratului de menținere la compoziția combustibilă, urmată, eventua,l de tăierea compozitului în lungimi predeterminate și învelirea elementului compozit, până la grosimea suficientă pentru a obține diametrul exterior al componentului.

A

Intr-o variantă de realizare, cuprinde umectarea stratului de menținere și/sau extrudatului, înainte de etapa circumscrierii.

Instalația de realizare a procedeului conține un extruder, niște mijloace pentru măsurarea vitezei liniare a extrudatului, niște mijloace de învelire, pentru învelirea extrudatului, niște mijloace de transport, pentru transportul extrudatului de la extruder la mijloacele de învelire și niște mijloace de compensare, între viteza de extrudare de la extruder și viteza mijloacelor de învelire.

într-o variantă de realizare, instalația include niște mijloace pentru umectarea învelișului, înainte de învelirea extrudatului.

în cadrul instalației, conform invenției, mijloacele de compensare conțin mijloace de măsurare a vitezei liniare, a extrudatului și mijloace de schimbare a vitezei de învelire, cu răspuns la viteza măsurată a extrudatului.

Invenția prezintă o serie de avantaje expuse, pe larg, în cele ce urmează.

Unul din principalele avantaje ale prezentei invenții îl constituie controlul conținutului de umiditate al pastei cărbunoase, care este extrudată în elementul combustibil. S-a constatat că, conținutul de umiditate al pastei cărbunoase trebuie menținut în intervalul aproximativ 20 =45% în greutate, de preferință, aproximativ 34=40% în greutate, în funcție de condițiile de extrudare și de compoziția amestecului combustibil pentru a obține o pastă, care are proprietăți reologice, ce permit extrudarea, manipularea extrudatului, pentru a obține un element combustibil coerent.

Valoarea din cadrul intervalului dat, la care trebuie menținut conținutul de apă, pentru a obține extrudabilitate optimă, depinde, într-o anumită măsură, de temperatura de ieșire a extruderului și filierei folosite la obținerea extrudatului. De exemplu, extruderele tip piston, deși nu sunt continue, tind să extrudeze la temperaturi mai scăzute și, ca urmare, pot fi folosite compoziții combustibile cu un conținut, în umiditate, mai scăzut. Extruderele tip șnec produc extrudate la o temperatură mai ridicată, exemplu 50=80°C. în asemenea cazuri, o mare parte din apă se evaporă din compoziția combustibilă, când extrudatul părăsește filiera. Extrudatul se răcește, ca urmare a acestei evaporări, dar extrudatul rezultat poate avea un conținut prea mic de apă pentru a asigura o bună manipulare în operațiile ulterioare. In acest caz, trebuie folosite concentrații inițiale de apă mai ridicate.

Un alt avantaj al prezentei invenții este folosirea vitezei de obținere a extrudatului din extruder, pentru a controla viteza mașinii, care circumscrie stratul de material din jurul elementului combustibil, extrudat. De preferință, aceasta se realizează prin prinderea extrudatului cu un mijloc de măsurare a vitezei după ieșirea lui din extruder și folosirea vitezei determinate în acest fel, pentru controlul vitezei mijlocului de învelire. Această evaluare contribuie la compensarea variațiilor vitezei de debitare a extruderelor.

O altă modalitate de a compensa variația debitării extruderului este de a include o buclă de întârziere în linia de alimentare, între extruder și mijlocul de învelire. Bucla de întârziere trebuie să aibă o mărime și geometrie care să compenseze variațiile normale ale extrudatului și trebuie să evite plierile extrudatului pentru a împiedica fisurarea sau ruperea acestuia. De preferință, se utilizează ambele posibilități atât controlul mijlocului de învelire, cât și bucla de întârziere, pentru a stabiliza viteza de debitare a extrudatului la mijlocul de învelire.

Un alt aspect al prezentei invenții, avantajos în procesul de fabricare, este folosirea unei perne de aer, pentru susținerea extrudatului în timpul trecerii acestuia de la extruder la mijloacele de învelire. Perna de aer este o modalitate de susținere, prin care extrudatul parcurge distanța dintre extruder și mijlocul de învelire și, care este, cel puțin parțial, susținută de jeturi de aer, decât de contact mecanic. Un astfel de suport este important în obținerea elementelor combustibile, care să nu prezinte neuniformități și defecte mecanice. Perna de aer contribuie și la răcirea și uscarea într-o oarecare măsură a extrudatului, în timpul transportului acestuia la dispozitivul de învelire.

Procedeul conform invenției este adaptabil obținerii elementelor combustibile, în multiplii care sunt apoi uniți cu alte părți ale țigării, folosind tehnologia cunoscută, de fabricare a țigărilor.

Extruderul lucrează la viteză ridicată putând să producă 400 picioare lineare/min. de extrudat. Tăiat în multiplii de 4 sau mai mult, procedeul poate produce, astfel, mii de componente combustibile per min.

Se asigură, prin intermediul unei perne de aer, mai degrabă, un transfer cu contact minim între extruder și dispozitivul de învelire/tăiere, decât o uscare a extrudatului. Prin metoda injectării directe, posibilă prin prezenta invenție, elementul combustibil are un conținut ridicat de apă, exemplu 28+30%, când este inclus în componentul combustibil. Marea parte a uscării are loc în timp ce elementele combustibile sunt în componentele combustibile, umiditatea finală fiind între 2% și aproximativ 10%, de preferință între 4% și 6% în greutate. Din acest motiv, marea parte a echipamentului de uscare este eliminată, tăvile, manipularea, mașina de alimentare, mașina de inserție și ca urmare întregul proces de inserție.

Dar nu numai că procedeul și echipamentul sunt mai simple, manipularea redusă în mod substanțial, ci și produsul rezultat este mult îmbunătățit. Prin faptul că elementul combustibil este legat de materialul care îl înconjoară, este prevenită desprinderea elementului combustibil. Reducerea mijloacelor de prelucrare, la care sunt supuse, în continuare, elementele combustibile, conduc la o îmbunătățire substanțială a calității produsului și la reducerea rebuturilor.

Mai mult, plasarea elementelor combustibile, în componentul combustibil, este mai compactă, comparativ cu elementele, obținute prin procedee cunoscute. Astfel, produsele pentru fumat, finale, pot fi făcute mai compacte, fără a ridica dificultăți fumătorului, în încercarea de a aprinde un element combustibil.

Depreferință, elementele combustibile, conform prezentei invenții, sunt folosite împreună cu un mijloc de generare a aerosolului, separat fizic, care conține un substrat având un material generator de aerosoli. Mijlocul de generare a aerosolului este plasat longitudinal adiacent elementului combustibil, de preferință distanțat cu 1 + 10 mm în spatele elementului combustibil pentru a reduce efectul de fitil. Substratul preferat este un substrat de hârtie.

De preferință, articolele pentru fumat, cum sunt țigările, care au încorporate elemente combustibile, conform prezentei invenții, utilizează un muștiuc, la partea dinspre gurăm a țigării, pentru a transporta aerosolul produs de țigară la fumător. Muștiucurile preferate includ un segment de hârtie de tutun rulată, plasată după mijlocul de generare a aerosolului cu un filtru cu eficiență scăzută, exemplu - un filtru din polipropilenă, plasat după partea din hârtie de tutun, în muștiucul țigării.

în timpul fumatului, căldura produsă prin arderea elementului combustibil este transferată rapid, la mijlocul pentru generarea aerosolului în țigară, folosind componentele prezentei invenții și această căldură produce volatilizarea materialului generator de aerosoli, conținut și care aerosol asemănător fumului ajunge, prin muștiuc, la fumățtor.

Pe lângă avantajele menționate, anumite componente preferate ale prezentei invenții, pot produce un aerosol care este simplu, din punct de vedere chimic, format, în principal, din aer, oxizi de carbon, apă, materialul producător de aerosol, conținând orice aromă dorită sau alte materiale volatile, dorite și urme de alte materiale.

Componentele pot cuprinde anumite cantități de tutun în compoziția combustibilă și/sau conțin anumite forme de tutun, exemplu umplutură tăiată, hârtie de tutun, extract de tutun, etc. în stratul izolator care înconjoară elementul combustibil și/sau înconjoară generatorul de aerosoli. Asemenea articole pentru fumat eliberează o aromă îmbunătățită,a fumului. Valorile WTPM produs de țigaretele cu componentă, conform prezentei invenții, au o activitate mică sau nemăsurabilă, determinată prin testul Ames, adică există o mică sau nesemnificativă relație de răspuns la doză între WTPM produs de țigările cu componenta conform prezentei invenții și numărul de revertanți din testul standard de microorganisme expuse la acești produși. Conform testul Ames, un răspuns semnificativ la doză indică prezența materialelor mutagene în produșii testați (vezi: Ames ș.a., Mut.Res. 31:347-364 (1975).

Se dă, în continuare, un exemplu concret de realizare a prezentei invenții, în legătură și cu fig.l-e-6, în care:

-fig.l, secțiune longitudinală, care prezintă o realizare a componentei combus8 tibile pentru articolele pentru fumat, conform prezentei invenții;

- fig.2, vedere de capăt, a realizării din fig.l;

- fig.3, vedere a secțiunii longitudinale, a unei țigări realizată cu o componentă combustibilă, ilustrată în fig. 1 și 2;

- fig.4, ilustrare schematică, a unei instalații pentru obținerea componentelor pentru articolele pentru fumat, conform prezentei invenții;

- fig.5, ilustrare schematică, a unei alte realizări a instalației pentru obținerea componentelor pentru articolele pentru fumat, în conformitate cu prezenta invenție;

- fig.6, ilustrare schematică, a sistemului de pulverizare preferat, utilizat cu aparatul prezentat în fig.4.

Utilizat aici și numai în scopul prezentei invenții, termenul aerosol include vapori, gaze, particole ș.a., vizibile și invizibile și, în special, acei componenți percepuți de fumător de a fi asemănători fumului, generați prin acțiunea căldurii provenită de la elementul combustibil în ardere, asupra substanțelor conținute în mijlocul de generare a aerosolului sau în altă parte a articolului pentru fumat. Cum este definit, termenul aerosol include și agenții de aromatizare volatili și/sau agenți volatili, indiferent dacă ei produc un aerosol vizibil.

Utilizat aici, termenul cărbunos” se referă la folosirea a cel puțin 50% carbon în materialul solid, al elementului combustibil sau în pasta folosită, pentru obținerea acestuia.

Conform prezentei invenții, componentele combustibile pentru articolul pentru fumat pot fi obținute într-un proces continuu. Referitor la desene și în special la fig.l, fiecare componentă combustibilă 10 cuprinde o compoziție extrudată 12 circumscrisă și legată de un material de menținere 15 și, de preferință învelit cu o învelitoare exterioară 15 asemănătoare hârtiei. Componentele tipice au un diametru de aproximativ 7-4-8 mm, cu o lungime variind în funcție de caracteristicile dorite de generare a căldurii a elementului combustibil în articolul pentru fumat. Lungimea este, de preferință, aleasă astfel, ca, după ce elementul combustibil se stinge, o porțiune a elementului combustibil rămâne încă legată de stratul de menținere. Elementele combustibile având alte diametre și alte configurații pot fi obținute ușor.

Pentru realizările prezentei invenții, folosind o compoziție extrudată 12 conținând un material combustibil, cărbunos pentru elementul combustibil, materialul combustibil este, în general, preparat dintr-un material celulozic, fîbros prin piroliză, la aproximativ 400-j-900°C, de preferință de la aproximativ 550-5-750°C, într-o atmosferă neoxidantă. Materialul pirolizat este tocat, amestecat cu un liant, apă și alte materiale adecvate, cum ar fi carbonatul de sodiu sau altă sursă de sodiu, pentru realizarea caracteristicilor de aprindere și ardere mocnită, asparagină pentru ajustarea produșilor din fum, o foiță de tutun pentru obținere de aromă, sau alte materiale dorite, după care se extrudează în forma dorită. Controlul nivelului de sodiu în combustibil și folosirea asparaginei sunt cunoscute și descrise în brevet US 5178167.

Configurația combustibilului și compoziția depind de caracteristicile elementului combustibil, folosit în articolul pentru fumat. De exemplu, elementele combustibile pot fi fabricate dintr-un amestec conținând 90% în greutate pulpă carbonizată, de lemn de esență tare Kraft, mărunțită, la o mărime medie a particulelor de 12 μ și 10% liant alginat de amoniu Kelco HV. Acest amestec de pudră de carbon și liant este, de preferință, amestecat cu o soluție apoasă de carbonat de sodiu de tărie adecvată pentru a forma amestecuri extrudabile, din care să se obțină elemente combustibile în forma lor finală, conținând aproximativ 2000-5-20000 ppm sodiu (Na), determinat prin spectroscopie de emisie atomică cu plasmă cuplată inductiv (ICP-AES). Aproximativ 30% în greutate din soluția de Na^O, poate fi adăugată la amestec, înlocuind parțial sau total apa, pentru a obține diferite amestecuri de extrudere.

Alte surse de materiale cărbunoase sunt cărbunele din coji de nuci de cocos, cum ar fi carbonul PXC accesibil ca PCB și carbonul experimental accesibil ca Lot B11030-CAC-5, Lot-B-11250-CAC-115 și Lot 089-A12-CAC-45 de la Calgon Carbon Corporation, Pittsburgh, PA.

Carbonul din pulpă de lemn de esență tare poate fi preparat prin carbonizarea hârtiei din lemn de esență tare Grand Prairie Canadian Kraft, fără talc, sub atmosferă de azot și cu creșterea temperaturii într-o asemenea manieră, încât să fie minimizată oxidarea hârtiei, la o temperatură de carbonizare finală de cel puțin 750°C. Carbonul rezultat s-a răcit, sub azot, la mai puțin de 35 °C și apoi s-a mărunții la o pulbere, având o mărime medie a particulelor de aproximativ 12 microni în diametru (măsurată cu un Microtac).

Amestecul combustibil este extrudat printr-o filieră care asigură forma secțiunii transversale a elementelor combustibile.

De exemplu, după cum se vede în fig.l-5-3, sulurile combustibile extrudate au 6 caneluri periferice echidistante, fiecare având o adâncime de aproximativ 7,6 . 10^-4 m și o lățime de aproximativ 6 . 10* m. De preferință, suprafața internă a canelurilor este rotunjită pentru a avea o integritate structurală îmbunătățită.

într-o realizare preferată a prezentei invenții, componentul format conține un element combustibil extrudat alungit, circumscris de și legat la un strat de menținere, de preferință format dintr-un material rezilient, comprimabil, stratul de menținere fiind circumscris cu un material de învelire, hârtie sau alte materiale. Folosit aici, de legat și legătură, se referă la materialul din stratul de menținere, care este legat sau aderat la suprafața exterioară a elementului combustibil, într-o astfel de manieră că anumite porțiuni ale materialului de menținere ale elementului combustibil sau a agentului care creează adeziunea sau legătura trebuie rupt pentru a separa materialul de extrudat.

în anumite realizări preferate, elementul combustibil extrudat conține un material cărbunos folosit drept combustibil, de preferință conținând o pastă de carbon, liant și apă, cu sau fără alți aromatizanți sau materiale, care este ulterior uscat pentru a forma elementul combustibil.

în anumite realizări preferate, elementul combustibil conține, de asemenea, tutun sau o sursă de tutun sau alte arome. De exemplu, elementul combustibil poate conține până la aproximativ 20% în greutate tutun, de preferință de la aproximativ 5 % la aproximativ

15% în greutate, pentru a da un gust de tutun produsului de fumat rezultat.

Stratul de menținere rezilient, comprimabil este, de preferință format, folosind un material fibros sub formă de bandă, având o lățime suficientă să învelească de jur împrejur compoziția extrudată și o grosime suficientă pentru a asigura diametrul exterior dorit al componentului.

în anumite realizări preferate, se folosesc o multitudine de straturi reziliente. Sunt preferate, în mod special, acele realizări în care elementul combustibil este circumscris cu un strat de izolator, cum ar fi fibrele de sticlă, care, la rândul lui, este circumscris cu un strat de hârtie de tutun și care și el este circumscris cu un alt strat de fibre de sticlă.

De preferință, sulul învelit este, în continuare, circumscris cu o învelitoare exterioară similară hârtiei pentru a forma un element compozit și care asigură diametrul exterior dorit pentru component.

Elementul combustibil este menținut în componentul combustibil, conform prezentei invenții, prin stratul de menținere. De preferință, mijloacele de menținere circumscriu întreaga periferie longitudinală a elementului combustibil. Stratul se poate întinde dincolo de ambele capete ale elementului combustibil, acoperind efectiv elementul combustibil, separându-1 de alte componente ale țigării. Natura rezilientă a mijloacelor de menținere poate permite acestora să se extindă parțial în canelurile periferice existente pe periferia elementului combustibil. Mijloacele de menținere preferate pot contribui la menținerea căldurii și limitarea cantității de aer atmosferic care ar putea să treacă pe lângă elementul combustibil în timpul utilizării. în acest fel, mijloacele de menținere preferate acționează ca un element izolator.

Materialul de menținere poate conține fibre de sticlă (exemplu, sticlă Opens-Goming C), un amestec de umplutură tutun/fibră de sticlă, hârtie de tutun aglomerată sau gofrată, hârtie carbon aglomerată sau gofrată, umplutură tăiată de tutun ș.a.

După cum se vede în fig.3, un articol pentru fumat, tip țigară, încorporând componente combustibile, conform prezentei invenții, cuprind un element combustibil 10, care este adiacent, longitudinal, cu mijlocul de generare a aerosolului 20. Mijlocul de geerare a aerosolului conține un substrat 21 care conține un material generator de aerosoli, cum ar fi glicerina, cu o învelitoare 22, exemplu, o hârtie barieră. Mijlocul de generare a aerosolului 20 poate fi circumscris de o supraînvelitoare sau tub 23 din hârtie tare sau alte materiale adecvate. Mijlocul de generare a aerosolului este poziționat în tubul 23, astfel că el este distanțat de capete. în funcție de lungimea substratului, poate exista un gol sau un spațiu 26 între substrat și capătul din față al muștiucului 30. Acest spațiu poate conține tutun, cum ar fi umplutura tăiată sau hârtia de tutun, dacă se dorește. De preferință, generatorul de aerosol și componentul combustibil sunt unite printr-o altă hârtie învelitoare 25, care poate fi distanțată de capătul de aprindere al componentului combustibil. Substratul 21 și elementul combustibil 12 sunt, de preferință, separate printr-un spațiu 24, care contribuie la evitarea migrării materialului generator de aerosoli și împiedică supraîncălzirea substratului.

Țigara mai conține un muștiuc 30 făcut dintr-un sul 31 de hârtie de tutun sau alte materiale adecvate, unite cu un filtru cu eficiență mică 35, de exemplu, făcut din polipropilenă sau alte materiale adecvate.

Pentru ușurința manipulării, sulul din hârtie de tutun 31 și filtrul 35 sunt învelite cu hârtie 32 și respectiv 36 și aceste două componente pot fi, la rândul lor, combinate cu o supraînvelitoare 33.

De preferință, muștiucul 30 este unit de capătul din față al țigării, printr-o altă învelitoare din hârtie 37, cum se vede în fig.3.

Un mijloc preferat pentru generarea aerosolului include un material generator de aerosoli (exemplu glicerină), tutun în anumite forme (exemplu pulbere de tutun, extract de tutun sau praf de tutun) și alte materiale generatoare de aerosoli și/sau agenți de aromatizare a tutunului, cum ar fi cacao, licorice și zaharuri. Materialul generator de aerosoli este susținut de un substrat, cum ar fi hârtia gofrată, hârtia de tutun gofrată sau alte forme de substrat. Materialul de tutun poate înconjura elementul combustibil, substratul și/sau poate fi folosit în oricare altă parte, în articolele pentru fumat, conform prezentei invenții.

De preferință, substratul este un substrat monolit. Când substratul este un material tip hârtie, este preferabil ca un astfel de substrat să fie poziționat, distanțat de elementul combustibil. Această poziționare distanțată este dorită, pentru a minimiza contactul dintre elementul combustibil și substrat, prevenind, în acest mod, migrarea materialului generator de aerosol la combustibil, cât și limitarea oricărei întăriri sau aprinderi a substratului din hârtie. Spațiul 24 poate fi creat, prin natura cu caneluri a elementului combustibil, în mijlocul de menținere și izolare, sau prin crearea unui spațiu fizic între elementul combustibil și substrat, în timpul fabricării.

Muștiucul 30 are rolul de a trimite aerosolul în gura fumătorului. în general, muștiucul are o formă tubulară și conține materiale din tutun (exemplu, o umplutură cilindrică din tutun aglomerat) și un filtru.

O compoziție combustibilă, adecvată, conține aproximativ 60-^90% în greutate carbon, aproximativ l-e-20% în greutate liant, aproximativ l-e-5% în greutate compus care eliberează amoniac și aproximativ 2000 +20000 ppmn sodiu (Na), determinat prin spectroscopie de Emisie Atomică cu Plasmă Cuplată Inductiv (ICP-AES). Compușii capabili de a elibera amoniac, în condiții de ardere a compoziției combustibile, includ uree, săruri organice și anorganice (exemplu, carbonat de amoniu, alginat de amoniu, mono, di- sau tri- fosfat de amoniu), aminozaharuri (exemplu, prolinofructoză sau asparagin fructoză), aminoacizi, în special alfa aminoacizi (exemplu, glutamină, glicină, asparagină, prolină, alanină, cistină, acid aspartic, fenilalanină sau acid glutamic), di- sau trz-peptide, compuși cuatemari de amoniu ș.a. Aceste compoziții combustibile sunt cunoscute și descrise în brevet US 5178167.

Referitor la fig.4, amestecul umed poate fi extrudat, folosind un extruder cu piston 50, cum ar fi HET 120A de la Hydramet American Inc. Amestecul extrudat 12 părăsește filiera, sub forma unui extrudat continuu, având forma dorită a secțiunii transversale și este depozitat pe un transportor cu pernă de aer 52. Extrudatul 12 contactează o rolă 53, care poate fi un tahometru, pentru a măsura viteza liniară a obținerii extrudatului, care viteză poate fi folosită pentru a determina viteza mijlocului de învelire 60, cum ar fi cel KDF-2 modificat. în mod normal, extrudatul formează o întârziere ori o buclă de decalaj 55 între rola tahometrului 53 și rola conducătoare 54 pentru a compensa variațiile între vitezele componentelor aparatului, în special între extruderul 50 și KDF-260. Materialul reținut 58 este pentru circumscrierea extrudatului, cu un strat de material. De preferință, stratul de menținere este dintr-un material care contribuie Ia formarea unei legături cu suprafața exterioară a elementelor combustibile, înainte de a fi învelit în jurul elementelor combustibile. In cazul în care stratul de menținere este un strat din fibră de sticlă, conținând, de exemplu, 3-5-5% în greutate pectină, legătura poate fi realizată prin pulberizarea a cel puțin unei părți din suprafața rețelei de fibră de sticlă cu apă, pentru ca pectina din fibra de sticlă să se activeze în vederea legării de elementele combustibile.

Transportorul cu pernă de aer, preferat 52 este un canal conținând o rețea de găuri, asigurând o presiune mică de aer, pentru a susține extrudatul care iese din extruder, în timpul mișcării sau combinării cu o bandă de material, în timpul intrării în mașina MDF-2. Transportorul cu pernă de aer poate fi întrerupt, de exemplu, folosind role intermediare, pentru a forma o buclă 55 a extrudatului în așa fel, ca fluctuațiile vitezei KDF-2 și extruderului să nu ducă la ruperea extrudatului.

Mijlocul de învelire 60 este, de preferință, o mașină de obținere a filtrului, accesibilă comercial, de la Hauni din Hamburg, sub denumirea KDF-2. Mijlocul de învelire învelește stratul de menținere, circumscris elementului combustibil, într-o hârtie învelitoare și taie elementul compozit, într-o lungime predeterminată.

O altă realizare preferată, a aparatului pentru obținerea componentelor combustibile, conform prezentei invenții, este reprezentată schematic, în fig.5. După cum se vede, amestecul este extrudat în forma dorită, folosind un extruder, cum ar fi extruderul cu dublu șnec 80. Un extruder adecvat, de acest tip, este extruderul Baker-Perkins MP-5035-DE XLT, de preferință, echipat cu un șnec, prevăzut cu o serie de segmente de avansare, segmente cu paleți și segmente de alimentare a șnecului.

După ieșirea din extruder, extrudatul 12 contactează o roată tahometrică 81 a cărei viteză periferică, liniară, este măsurată, cu precizie, cu mijloace adecvate. De exemplu, viteza de rotație a roții tahometrului poate fi măsurată cu un fotosenzor (nefigurat), aranjat să înregistreze pe dintele unei roți dințate, atașată de roata tahometrului 81. Semnalele de la senzorul de viteză sunt transmise la un dispozitiv de control 82, pentru a controla viteza dispozitivului de învelire și de tăiere 100.

După ce părăsește roata tahometrului 81, extrudatul 12 cade într-o buclă de întârziere sau de decalaj 83, care contribuie la compensarea fluctuațiilor între productivitatea extruderului și a dispozitivului de învelire și tăiere.

Extrudatul intră apoi în transportorul cu pernă de aer 84, este transportat la 85, unde stratul de menținere din bandă de material 90 este circumscris în jurul elementului combustibil. De exemplu, elementul combustibil poate fi circumscris de o rețea rezilientă din fibre Owens-Coming C. Pentru detalii referitoare la proprietățile acestui material, (vezi pag.48-^52 din monografia intitulată Chemical and Biological Studies of New Cigarette Prototypes That Heat Instead of Bum Tobacco, R.J. Reynolds Tobacco Corp., 1988).

în mașina de tăiat și învelit 100, stratul din fibră de sticlă este, la rândul său, circumscris de o învelitoare din hârtie, de preferință hârtie ( US 4938238).

Componentele pot fi obținute prin alimentarea extrudatului și a benzii de maerial, de exemplu, la o mașină de obținere a filtrului, Hauni KDF-2 60, echipată cu un dispozitiv de formare ( US 4893637). Elementul compozit este învelit cu hârtie (descrisă în US 4938238) sau alte învelitori din hârtie pentru țigări, în dispozitivul de învelire. După ce este pusă învelitoarea 18 (fig.2) și închisă în jurul stratului rezilient 15, este stabilit diametrul compozitului. Un tăietor este aranjat transversal față de dispozitivul de învelire, pentru tăierea compozitului învelit, în lungimi predeterminate necesare pentru obținerea articolelor pentru fumat. în general, lungimile acestea reprezintă un multiplu al mărimii dorite a fi folosită în fiecare articol pentru fumat. De exemplu, dacă pentru fiecare articol pentru fumat se folosește o lungime a componentului de 10 mm, lungimea elementului compozit învelit poate fi, de exemplu, 40 mm, dând un multiplu de 4 componente combustibile, care pot fi apoi tăiate și unite în substraturile corespunzătoare, pentru a obține capătul din față al țigării, care, la rândul său, poate fi unit cu mușticuri individuale, pentru a obține țigara.

Un element foarte important, în operarea prezentei invenții, este metoda prin care elementul combustibil este legat de materialul care circumscrie. De preferință, materialul care circmscrie este tratat cu un material care induce o legătură, înainte de a fi învelit în jurul elementului combustibil. De exemplu, în cazul materialului care circumscrie din fibre de sticlă, legătura între stratul de fibre de sticlă și elementul combustibil cărbunos, poate fi obținută prin reactivarea agentului de legătură pactinic, care este în mod normal inclus, într-un procent scăzut, în greutate, raportat la materialul de fibră de sticlă, în produsul comercial. De preferință, materialul de fibră de sticlă este umezit cu o cantitate mică de apă, înainte de a fi folosit pentru învelirea extrudatului. Este de preferat ca fibrele de sticlă să se umezească cu o cantitate de apă, iar prin contactul lor cu extrudatul, pectina se umezește și se activează. Cantitatea de umiditate adăugată prin acest procedeu este mică, de preferință, cea necesară pentru activarea pectinei, care să mențină elementul combustibil în componentul combustibil.

în general, cantitatea de apă adăugată este de ordinul l-e-2% din greutatea finală a elementului combustibil final. Apa poate fi aplicată, printr-un tub cu o deschidere mică, de preferință, un tub având o deschidere de 18-τ-20μ. Se preferă, de asemenea, folosirea unei role distribuitoare, astfel că apa aplicată pe materialul rezilient este împrăștiată peste cel puțin o parte din suprafața rețelei de fibră de sticlă care contactează suprafața exterioară a elementului combustibil.

Rețeaua din fibră de sticlă sau alte materiale care circumscriu este de felul celei descrise în SU 4893637 și în care se prezintă mijloace de formare de tipul unei pâlnii, cu suprafețele curbe pentru a ghida marginile benzii în jurul elementului combustibil. în cazul în care se folosește mai mult de un strat de bandă, pot fi folosite o multitudine de mijloace de formare, pentru obținerea fiecărui strat din jurul elementului combustibil. Totuși, materialele similare care constituie banda, pot fi formate simultan, folosind un singur mijloc de formare, conform prezentei invenții. De exemplu, pentru a obține componente combustibile, având structură tip sandwich, adică folosind două straturi de fibră de sticlă, cu un strat intermediar de hârtie de tutun, stratul de hârtie de tutun poate fi alimentat în același mijloc de formare, simultan cu unul sau altul dintre straturile de fibră de sticlă. în acest caz, mijlocul de formare ghidează muchiile atât ale stratului de fibră de sticlă, cât și ale hârtiei de tutun, astfel încât acestea amândouă să circumscrie elementul combustibil.

După cum se vede în fig.5, un mijloc pentru legarea materialului de menținere sau a rețelei la suprafața elementului combustibil include o sursă de material, care induce legarea 91, un canal 92 care duce materialul în vecinătatea rețelei, fiind alimentat în vederea învelirii în jurul extrudatului și un tub cu diametru mic 93 pentru a pulveriza materialul care induce legătura pe suprafața materialului benzii 90, înainte de învelire pe extrudat. Plasarea mijloacelor pentru aplicarea materialului care induce legarea este dependentă de cantitatea de material ce urmează a fi folosit și de orice perioadă de decalaj necesară pentru inducerea suficientă a legăturii, astfel ca legăturile să se realizeze prin contactul dintre elementul combustibil și materialul care circumscrie.

De exemplu, în cazul rețelei din fibră de sticlă, conținând pectină, materialul care induce legătura este cel care activează pectina să formeze legături. Materialul preferat de legătură este apa. Plasarea mijlocului pentru aplicarea materialului care induce legătura este dependentă de conținutul de pectină al rețelei, de viteza sistemului etc., astfel că rețeaua din fibră de sticlă este umectată într-un interval de timp, care permite pectinei sau altor materiale de legătură să fie activate atunci, când sunt circumscrise în jurul elementului combustibil sau încă un timp scurt după aceasta. Cantitatea de apă folosită pentru activarea materialului benzii este foarte mică, de aproximativ 1-^-3% din greutatea componentului combustibil.

Agentul care induce legarea poate fi aplicat pe extrudat, folosind un tub și un element asemănător unui ac, cu o viteză de curgere controlată de viteza de alimentare, care se face sub acțiunea gravitației, dintr-un rezervor plasat mai sus, sau prin dozare, sau prin alte mijloace cunoscute specialiștilor în domeniu.

O reprezentare mai detaliată a unui dispozitiv adecvat pentru aplicarea materialului care induce legarea este cea din fig.6. Apa sau alte materiale care induc legarea 112 este provenită dintr-o sursă 110 și ea este pulverizată printr-un tub cu diametrul mic 111 pe un distribuitor sau o rolă distribuitoare 113. Rola distribuitoare 113 contactează o porțiune a suprafeței stratului de menținere, care contactează suprafața elementului combustibil, în componentul combustibil final. După cum se vede, rola este distanțată, să contacteze stratul de menținere 90, în timp ce este alimentată o suprafață curbă 114 a mijlocului de învelire (cunoscut din US 4893637). în practică, locul de aplicare a materialului pentru inducerea legăturii este determinat de viteza extrudatului și de alți factori menționați anterior, astfel ca să fie aplicat suficient material pentru inducerea legăturii la materialul de circumscriere, pentru o perioadă de timp suficientă, astfel încât să aibă loc o legare adecvată. în cazul rețelei din fibră de sticlă, apa este contactată cu stratul de menținere o perioadă suficient de lungă pentru a permite activarea pectinei sau a altui material, care produce legătura. De preferință, suprafața rolei de distribuție 113 este zimțată pentru a contribui la distribuirea materialului care induce legarea.

Pentru a forma legătura între extrudat și stratul de menținere, stratul de menținere conținând materialul de legătură activabil cu apă este de preferință umezit înainte de circumscrierea elementului combustibil. De preferință, ca agent de umectare se folosește apa pentru a solubiliza sau a activa în alt mod materialele de legătură pe suprafața stratului de material pentru adeziunea sau legarea pe suprafața stratului de extrudat, atunci când se evaporă apa. Alți solvenți adecvați pot fi folosiți în funcție de compoziția stratului de circumscriere, compoziția agentului de legare și compoziția extrudatului. Se poate folosi, de asemenea, un agent de legare suplimentar în solvent sau în agentul de umectare sau pe suprafața extrudatului pentru a promota adeziunea sau legarea. De exemplu, pectina sau NaCMC pot fi dizolvate în apă pentru a promota sau a realiza adeziunea între stratul rezilient și extrudat.

în componentele combustibile preferate, conform prezentei invenții, elementul combustibil este un material cărbunos, conținând cel puțin 50% în greutate carbon elementar. Componentul combustibil are, în general, o lungime de cel puțin 10 mm, de preferință, de cel puțin aproximativ 12 mm. Lungimea maximă a elementului combustibil este de aproximativ 20 mm, preferată fiind lungimea de aproximativ 16 mm mai puțin. Se preferă ca o lungime substanțială a elementului combustibil să fie expusă pentru ardere și o porțiune substanțială a elementului combustibil să fie astfel aranjată în articolul pentru fumat, încât să nu ardă când se fumează articolul pentru fumat. Aceasta permite legăturii dintre o parte a elementului combustibil să rămână neafectată de căldura generată, în procesul de fumare. Astfel, pentru un element combustibil cu lungimea de 16 mm, primii 6 mm pot fi expuși arderii, cu o barieră de oxigen sau un element care captează căldura, plasat astfel ca elementul combustibil să se autostingă, în mod normal, la aproximativ 6 mm. Fumarea unor asemenea articole pentru fumat ar fi de așteptat să ducă la ruperea legăturii între elementul combustibil puțin înapoia punctului de stingere, exemplu la 8 mm de capătul de aprindere al elementului combustibil. Totuși, legăturile între elementul combustibil și materialul care circumscrie țin, exemplu cele între 8 și 16 mm de la capătul de aprindere al elementului, determinând în acest fel elementul combustibil să nu se desprindă.

Elementul combustibil, în conformitate cu prezenta invenție, poate fi extrudat într-o varietate de forme.

Etapele finale ale obținerii componentului combustibil sunt învelirea componentului în țigară sau alte hârtii adecvate, închiderea hârtiei astfel încât componentul să fie menținut împreună și tăierea la lungime dorită. De preferință, toate aceste operații sunt făcute cu același dispozitiv 5 și există o serie de mașini accesibile comercial, care pot efectua aceste operații. Preferată este KDF-2, o mașină pentru obținerea filtrului pentru țigară, fabricată de Hauni din Hamburg, Germania. Se preferă ca viteza 10 mașinii KDF-2 să fie controlată de viteza liniară a extrudatului, cum s-a arătat mai înainte.

Materialele folosite pentru stratul de învelire rezilient, comprimabil 15, în practica 15 prezentei invenții, poate fi din orice material, care poate fi circumscris în jurul extrudatului 12 pentru a furniza un element combustibil 10, având o suprafață cilindrică exterioară, care asigură o anumită reziliență în procesul de 20 fabricare și în timpul utilizării. Materialul rezilient este, de preferință, stabil termic în condițiile de utilizare a articolelor pentru fumat.

Exemple de asemenea materiale, includ 25 fibrele de sticlă sau ceramice, tutunul, compozițiile elastomere, hârtie gofrată ș.a.

Când se folosește tutun sau o hârtie conținând tutun pentru a obține un strat rezilient, tutunul poate elibera aerosol, 30 exemplu arome, când sunt folosite pentru un component generator de aerosoli în conformitate cu prezenta invenție.

Preferabil, materialele, folosite pentru obținerea stratului de menținere în 3 5 componentele combustibile, în conformitate cu prezenta invenție, sunt materiale izolatoare.

Folosit în prezenta invenție, termenul de materiale izolatoare se referă la toate materialele care acționează ca izolatori. De 40 preferință, aceste materiale nu ard semnificativ în timpul utilizării, dar se pot topi în timpul utilizării, cum ar fi fibrele de sticlă de temperaturi joase. Izolatorii adecvați au o conductivitate termică în gcal/ (sec.) (cm²) 45 (°C/cm), mai mică de aproximativ 0,05, de preferință mai mică de aproximativ 0,02 și mai preferat mai mică de 0,005. Vezi: Hech’s Chemical Dictionary, 34,4* ed., 19969 și Lange’s Handbook of Chemistry, 10, 50 2724-274, 11* ed., 1973. Materialele izolatoare preferate formează un strat 15 cu o grosime, în general de cel puțin aproximativ

0,5 mm și mai preferat de cel puțin aproximativ 1,0 mm. Componentele materialului de menținere și/sau izolator, care înconjoară elementul combustibil pot varia. Acest material este, de preferință, unul care nu are tendință de ardere sau un material care arde dar nu se dezintegrează. Exemple de materiale adecvate includ fibrele de sticlă și alte materiale cunoscute (US 5105838 EP 336 690 și pag.45-5-52 din monografia Chemical and Biological Studies of New Cigaretts Prototypes that Heat Instead of Bum Tobacco, R.J. Reynolds Tobacco CO (1988)).

Componentul combustibil 10 este, de preferință, supraînvelit cu unul sau mai multe straturi din hârtie de țigaretă 18. Hârtia preferată trebuie să se aprindă în timpul arderii elementului combustibil. în plus, hârtia, de preferință trebuie să aibe proprietăți controlabile de ardere mocnită și trebuie să producă o cenușă gri.

Claims (8)

1. Revendicări

   1. Componentă pentru articol de fumat, caracterizată prin aceea că aceasta conține un element combustibil extrudat a cărui suprafață exterioară este circumscrisă cu un strat de menținere comprimabil și elastic de material aderat la suprafața longitudinală a elementului combustibil.
2. 2. Componentă pentru articol de fumat, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că stratul comprimabil și activ cuprinde fibre de sticlă conținând pectină.
3. 3. Componentă pentru articol de fumat, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că, compoziția combustibilă este cărbunoasă.
4. 4. Procedeu de formare a unei componente pentru articol de fumat, conform revendicărilor l-e-3, caracterizată prin aceea că, constă în extrudarea continuă a unei compoziții suport combustibile pentru a obține un extrudat cu formă prestabilită, formarea unui element compozit prin circumscrierea compoziției extrudate cu un strat de material de menținere comprimabil și activ, lierea stratului de menținere la compoziția combustibilă, urmată eventual de tăierea compozitului în lungimi predeterminate și învelirea elementului compozit până la grosimea suficientă pentru a obține diametrul exterior al componentului.
5. 5.Procedeu, conform revendicării 4, caracterizat prin aceea că, într-o variantă de realizare cuprinde umectarea stratului de menținere și/sau extrudatului înainte de etapa circumscrierii.
6. 6.Instalație de realizare a procedeului, conform revendicărilor 4 și 5, caracterizată prin aceea că, conține un extruder (50), niște mijloace (53) pentru măsurarea vitezei liniare a extruderului, niște mijloace de învelire (60) pentru învelirea extrudatului, niște mijloace de transport (52) pentru transportul extrudatului de la extruder la mijloacele de învelire și niște mijloace de compensare (54) între viteza de extrudare de la extruder și viteza mijloacelor de învelire.
7. 7.Instalație, conform revendicării 6, caracterizată prin aceea că, într-o variantă de realizare include niște mijloace (110, 111, 113) pentru umectarea învelișului înainte de învelirea extrudatului.
8. 8.Instalație, conform revendicărilor 6 și 7, caracterizată prin aceea că, mijloacele de compensare (54) conțin mijloace de măsurare a vitezei liniare a extrudatului și mijloace de schimbare (82) vitezei de învelire ca răspuns la viteza măsurată a extrudatului.

   Președintele comisiei de examinare: ing.Petrescu Ioan Cristea Examinator: ing.Ionescu Bucura (51) Int.CI/ A 24 D 1/18