可感应加热的烟草产品 |
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| 申请号 | CN201580001022.2 | 申请日 | 2015-05-21 | 公开(公告)号 | CN105307516B | 公开(公告)日 | 2017-05-03 |
| 申请人 | 菲利普莫里斯生产公司; | 发明人 | O·米洛诺夫; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了用于产生气雾的可 感应加热 的 烟草 产品，包括包含多个微粒形式的 感受器 的气雾形成基质。气雾形成基质是卷曲烟草片，卷曲烟草片包括烟草材料、 纤维 、粘和剂、气雾形成剂和多个微粒形式的感受器。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于产生气雾的可感应加热的烟草产品，所述烟草产品包括包含多个微粒形式的感受器的气雾形成基质，其中，所述气雾形成基质是卷曲烟草片，所述卷曲烟草片包括烟草材料、纤维、粘和剂、气雾形成剂和所述多个微粒形式的感受器。 |
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| 说明书全文 | 可感应加热的烟草产品技术领域[0001] 本发明涉及一种用于产生气雾的可感应加热的烟草产品。烟草产品特别适用于用于产生气雾的感应加热装置。 背景技术[0002] 在例如为由包含烟草微粒和甘油作为气雾形成剂的烟草片制成的烟草成型件的可电加热的吸烟装置中，通过可加热叶片进行加热。使用中，烟草成型件被推送至叶片上，使得成型件材料与加热的叶片紧密热接触。在气雾产生装置中，烟草成型件被加热以使成型件材料中的挥发性化合物蒸发，优选地不使烟草如在常规香烟中那样燃烧。但是，为了加热用于产生气雾的成型件的远程边缘区域，邻近加热叶片的材料不得不被过度地加热，使得可能无法完全阻止叶片的附近的烟草的燃烧。 [0003] 已建议利用用于气雾形成基质的感应加热。还已提议在烟草材料内分散离散的感受器材料。然而，并未提出用于对由卷曲的烟草片制成的烟草成型件的最佳加热的方案。 [0004] 因此，需要一种优化用于产生气雾的可感应加热的烟草产品。特别地，需要这样一种烟草产品，该烟草产品允许由包含卷曲的烟草片的气雾形成剂制成的烟草成型件的优化的气雾产生。 发明内容[0005] 根据本发明的一个方面，提供一种用于产生气雾的可感应加热的烟草产品。该烟草产品包括包含多个微粒形式的感受器的气雾形成基质。气雾形成基质是卷曲烟草片，卷曲烟草片包括烟草材料、纤维、粘和剂、气雾形成剂和多个微粒形式的感受器。烟草产品内的感受器具有将作为磁波传递的能量转化成热的能力，在此称之为热损失。热损失越高，则通过感受器转化成热的作为磁波传递至感受器的能量越多。在应用于设置成激励感受器的回路的单个正弦曲线循环期间，优选地，0.008焦耳每千克或更大的热损失，大于0.05焦耳每千克的热损失，优选地大于0.1焦耳每千克的热损失是可能的。通过改变回路的频率，可以改变每千克每秒的热损失。一般地，高频电流通过电源提供并且流过感应器用于激励感受器。感应器中的频率或回路的频率分别可以在1MHz和30MHz之间的范围内，优选地在1MHz和10MHz之间或者1MHz和15MHz之间的范围内，甚至更优选地在5MHz和7MHz之间的范围内。术语“在…之间的范围内”在此以及在下文中理解为还明确地公开了相应的边界值。 [0006] 在优选的实施例中，根据本发明的烟草产品具有至少0.008焦耳每千克的热损失。在应用于回路的单个循环期间可以获得热损失，该回路设置用于激励感受器并且该回路优选地具有在1MHz和10MHz之间的范围内的频率。 [0007] 可替代地，如果已知基于基质组成和尺寸的最小瓦特数或最小焦耳每秒，则感受器可以作为足够获得最小所需瓦特数的重量百分比设置在基质内。 [0008] 如上所述，热损失是感受器将热传递至周围材料的能力。在多个微粒形式的感受器中产生热。感受器主要传导地加热紧密接触的或邻近的烟草材料和气雾形成剂，以放出所需的风味。因此，通过材料和通过感受器与其周围的接触确定热损失。在根据本发明的烟草产品中，感受器微粒优选地匀质地分布在气雾形成基质中。由此，可以实现气雾形成基质中的均匀的热损失，因此在气雾形成基质和烟草产品中产生均匀的热分布，从而引起烟草产品中的均匀的温度分布。 [0009] 烟草产品的均匀或均质的温度分布在此被理解为烟草产品在烟草产品的截面上具有基本相似的温度分布。优选地，烟草产品可被加热，使得烟草产品的不同区域中的温度，比如烟草产品的中心区域和边缘区域的温度，相差小于50％，优选地相差小于30％。 [0010] 已发现烟草产品中的0.05焦耳每千克的特定的最小热损失允许将烟草产品加热至基本均匀的温度，该温度提供良好的气雾产生。优选地，烟草产品的平均温度为大约200摄氏度至大约240摄氏度。已经发现这是产生所需量的挥发性化合物的温度范围，特别是在由具有作为气雾形成剂的甘油的均质烟草材料制成的烟草片中，特别是在以下将更详细地说明的铸型叶中。在这些温度下，尽管感受器微粒可以达到直至大约400至450摄氏度的温度，也不会实现烟草产品的单独区域的显著过热。 [0011] 感受器微粒嵌入在烟草片中，并且因此嵌入在气雾形成基质中。使微粒固定并且保持在初始位置处。微粒可以嵌入在烟草片上或嵌入在烟草片内。优选地，微粒匀质地分布在气雾形成基质中。通过感受器微粒在基质中的嵌入，还依据通过卷曲烟草片并形成烟草产品的烟草产品形成使均质分布保持均质。例如，杆可以由卷曲的烟草片形成，所述杆可被切割成烟草产品的所需杆长度。 [0012] 优选地，烟草片是铸型叶。铸型叶是由浆料形成的复原烟草的形式，浆料包括烟草微粒、纤维微粒、气雾形成剂、粘和剂和例如还有调味味。 [0013] 根据所需的片厚度和铸型间隙，烟草微粒可以具有烟草粉末的形式，烟草粉末具有约为30微米至250微米、优选地约为30微米至80微米或100微米至250微米的微粒，在此铸型间隙一般限定片的厚度。 [0014] 纤维微粒可以包括烟草茎材料、梗或其他烟草植物材料以及比如为具有低木质素含量的木纤维的其他纤维素基纤维。可以基于产生铸型叶的足够抗拉强度相对于低杂质率(例如大约2％至15％之间的杂质率)的期望，来选择纤维微粒。可替代地，比如为植物纤维的纤维可以与上述纤维微粒一起使用或用于包括大麻和竹材的替代物中。 [0015] 包括在形成铸型叶的浆料中的气雾形成剂可以基于一个或多个特征进行选择。功能上来说，气雾形成剂提供这样的机制，所述机制在被加热至气雾形成剂的特定的挥发温度以上时允许气雾形成剂挥发并且在气雾中传送烟碱或风味或两者。不同的气雾形成剂一般地在不同温度下挥发。可以基于气雾形成剂的例如在室温下或在室温附近保持稳定但是能够在例如40摄氏度和450摄氏度之间的更高温度下挥发的能力，来选择气雾形成剂。气雾形成剂还可以具有保湿剂类型的特性，在基质由包括烟草微粒的烟草基产品组成时，保湿剂类型的特性帮助保持气雾形成基质中的期望水平的水分。特别地，一些气雾形成剂是作用为保湿剂的吸湿性材料，即帮助使包含保湿剂的基质保持潮湿的材料。 [0016] 一个或多个气雾形成剂可以组合以利用组合的气雾形成剂的一个或多个特性。例如，甘油三醋酸酯可以与甘油和水相结合以利用甘油三醋酸酯的传送活性组分的能力和甘油的保湿剂特性。 [0017] 气雾形成剂可以选自多元醇、二醇醚、多元醇酯、酯类和脂肪酸，并且可以包括以下化合物中的一种或多种：甘油、丁四醇、1,3-丁二醇、四甘醇、三甘醇、柠檬酸三乙酯、碳酸丙烯酯、十二烷酸乙酯、甘油三醋酸酯、赤藓糖醇、甘油二醋酸精混合物、辛二酸二乙酯、柠檬酸三乙酯、苯甲酸苄酯、苯甲基醋乙酸苯酯、香兰酸乙酯、甘油三丁酸酯、十二烷基醋酸酯、十二烷酸、十四烷酸和丙二醇。 [0018] 生产铸型叶的典型工艺包括制备烟草的步骤。为此，将烟草粉碎。粉碎的烟草然后与其他种类的烟草进行混和并且研磨。一般地，其他种类的烟草是比如为弗吉尼亚烟或白肋烟的其他类型的烟草，或者也可以例如是进行不同处理的烟草。混和和研磨步骤可以交换。纤维单独地制备并且优选地单独制备以便用于溶液形式的浆料。溶液和制备的烟草然后混合，优选地与感受器微粒一起。为了形成铸型叶，浆料被传送至片形成设备。这可例如是表面，例如浆料可以连续地在其上铺开的环形带的表面。浆料分布在表面上以形成片。片然后被干燥，优选地通过加热，并且干燥之后冷却。感受器微粒也可以在被形成为片形式之后但在片被干燥之前应用于浆料。由此，感受器微粒不均质地分布在片材料的内部，但是仍可以均质地分布在通过卷曲烟草片形成的烟草产品中。在将铸型叶绕制在用于进一步使用的线轴上之前，铸型叶的边缘被修整并且可以切开片。但是，也可以在将片绕制在线轴上之后执行切开。线轴然后可被传送至片处理设备，例如卷曲和杆形成单元，或者可被推送至线轴存储器以备将来之用。 [0019] 卷曲的烟草片例如铸型叶的厚度可以在大约0.5毫米和大约2毫米之间的范围内，优选地在大约0.8毫米和大约1.5毫米之间的范围内，例如为1毫米。由于制造公差可能出现达到大约30％的厚度偏差。 [0020] 感受器是能够被感应地加热的导体。感受器能够吸收电磁能并且将其转化成热。在根据本发明的烟草产品中，改变由感应加热装置的一个或数个感应线圈产生的电磁场会加热感受器，感受器然后主要通过热传导将热传递至烟草产品的气雾形成基质。为此，感受器热邻近烟草材料和气雾形成基质的气雾形成剂。由于感受器的微粒特性，根据微粒在烟草片中的分布产生热。 [0021] 在根据本发明的烟草产品的一些优选的实施例中，烟草材料是均质烟草材料，气雾形成剂包括甘油。优选地，烟草产品由如上所述的铸型叶制成。 [0022] 还发现，仅具有特定特征的特定的感受器微粒适用于与由包含气雾形成剂的卷曲烟草片制成的烟草产品结合，特别是与由卷曲铸型叶以及优选地包含作为气雾形成剂的甘油制成的烟草产品结合，以便提供足够的热用于最佳的气雾形成，但优选地不使烟草或纤维燃烧。 [0023] 根据微粒在烟草片中的最佳选择和分布，可以减少用于加热所需的能量。但是，仍提供从基质释放挥发性化合物的足够的能量。能量减少可以不仅减小与烟草产品一起使用的用于产生气雾的感应加热装置的能量消耗，而且可以降低使气雾形成基质过热的风险。还通过以非常均质和完全的方式实现烟草产品中的气雾形成剂的消耗来获得能量效率。特别地，烟草产品的边缘区域也可以有助于气雾形成。由此，比如烟草成型件的烟草产品可被更加有效地利用。例如，吸烟体验可被加强，或者可以通过从烟草产品蒸发与在传统上更加广泛地加热或更大的气雾形成基质中相同量的挥发性化合物来减小烟草产品的尺寸。因此，可以节约成本并且可以减少浪费。 [0024] 根据本发明的烟草产品的一方面，感受器微粒的尺寸在大约5微米至大约100微米的范围内，优选地在大约10微米至大约80微米的范围内，例如感受器微粒的尺寸在20微米和50微米之间。已发现对于用作感受器的微粒的这些范围内的尺寸是在允许烟草片中的均质分布的最佳范围内。由于趋肤效应而不能使小微粒有效地产生热，因此太小的微粒不是所需要的。另外，较小的微粒可以穿过如用于吸烟制品的常规过滤嘴。这种过滤嘴也可以与根据本发明的烟草产品结合使用。较大的微粒使得片材料中的均质分布、特别是在通过卷曲烟草片形成的烟草产品中的均质分布是困难或不可能的。较大的微粒可能不能像较小的微粒那么精细地分布在烟草片中。另外，较大的微粒倾向于从烟草片突出，使得微粒可能在使烟草片卷曲后彼此接触。由于局部增强的热量产生，上述情况是不利的。微粒的尺寸在此被理解为等效球体直径。由于微粒可以具有不规则形状，因此等效球体直径限定了与不规则形状的微粒具有等效体积的球体的直径。 [0025] 根据本发明的烟草产品的另一个方面，多个微粒的量在烟草产品的大约4重量％和大约45重量％之间的范围内，优选地在大约10重量％和大约40重量％之间的范围内，例如为烟草产品的30重量％。现在对于本领域普通技术人员来说明显的是，虽然以上提供了感受器的各种重量百分比，但是对于包括烟草产品的元件的组成的改变，包括对烟草、气雾形成剂、粘合剂和水的重量百分比的改变，将需要对有效地加热烟草产品所需的感受器的重量百分比进行调整。 [0026] 已发现感受器微粒的相对于烟草产品的重量的这些重量范围内的量是在提供整个烟草产品上的均质热分布的最佳范围内。另外，感受器微粒的这些重量范围是在提供足够的热以将烟草产品加热至均质和平均温度的最佳范围内，均质和平均温度例如为200摄氏度和240摄氏度之间的温度。 [0027] 根据本发明的烟草产品的另一个方面，微粒包括烧结材料或由烧结材料制成。烧结材料提供多种电特性、磁特性和热特性。烧结材料可以具有陶瓷、金属或塑料特性。优选地，用于感受器微粒，采用金属合金。根据制造工艺，这种烧结材料可以针对具体应用进行定制。优选地，用于在根据本发明的烟草产品中使用的微粒的烧结材料具有高热导率和高磁导率。 [0028] 根据本发明的烟草产品的另外的方面，微粒包括为化学惰性的外表面。化学惰性表面防止微粒发生化学反应或可能用作催化剂以在烟草产品被加热时起始不希望的化学反应。惰性化学外表面可以是感受器材料本身的化学惰性表面。惰性化学外表面也可以是将感受器材料包封在化学惰性盖内的化学惰性覆盖层。覆盖材料可以承受与微粒被加热一样高的温度。包封步骤可以结合到制造微粒时的烧结过程中。在此相对于通过加热烟草产品产生以及存在于烟草产品中的化学物质来理解化学惰性。 [0029] 在根据本发明的烟草产品的一些优选的实施例中，微粒由铁氧体制成。铁氧体是具有高磁导率并且特别适用作感受器材料的铁磁体。铁氧体的主要成分是铁。其他金属成分，例如锌、镍、锰或例如为硅的非金属成分，可以以不同的量存在。铁氧体是相对廉价的市场上可买到的材料。铁氧体可以在用于根据本发明的烟草产品的微粒的尺寸范围内的微粒形式获得。优选地，微粒是经充分烧结的铁氧体粉末，例如通过美国的粉末加工技术公司(Powder Processing Technology LLC)获得的FP350。 [0030] 根据本发明的烟草产品的仍然的另一方面，感受器的居里温度在大约200摄氏度和大约450摄氏度之间，优选地在大约240摄氏度和大约400摄氏度之间，例如为大约280摄氏度。 [0031] 包括具有在指示范围内的居里温度的感受器材料的微粒允许获得烟草产品的相当均质的温度分布以及在大约200摄氏度和240摄氏度之间的平均温度。另外，气雾形成基质的局部温度一般不超过或不显著地超过感受器的居里温度。因此，局部温度可以在大约400摄氏度以下，大约400摄氏度以下不存在气雾形成基质的显著的燃烧。 [0032] 当感受器材料到达其居里温度时，磁特性改变。在居里温度下，感受器材料从铁磁相改变成顺磁相。此时，基于能量损失的加热由于铁磁畴的方向而停止。另外，加热则主要基于涡流形成，使得加热过程在达到感受器材料的居里温度时而自动地减弱。降低使气雾形成基质过热的风险可以通过利用具有居里温度的感受器材料来获得支持，这允许由于磁滞损耗而产生的加热过程仅达到某个最大温度。优选地，感受器材料及其居里温度适于气雾形成基质的组成，以便获得烟草产品中的对于最佳气雾产生的最佳温度和温度分布。 [0033] 根据本发明的烟草产品的一方面，烟草产品具有杆的形式，杆的杆直径在大约3毫米至大约9毫米之间的范围内，优选地在大约4毫米至大约8毫米之间的范围内，例如为7毫米。杆的杆长度可以在大约2毫米至大约20毫米之间的范围内，优选地在大约6毫米至大约12毫米之间的范围内，例如为10毫米。优选地，杆具有圆形截面或椭圆形截面。但是，杆也可以具有矩形或多边形的截面。 [0034] 为了便于消费者对烟草杆的简单操纵，杆可以设置在包括顺序地形成的杆、过滤嘴和烟嘴的烟草棒中。过滤嘴可以是能够冷却由杆材料形成的气雾的材料，并且也可以能够改变存在于所形成的气雾中的成分。例如，如果过滤嘴由聚乳酸或由相似的聚合物形成，则过滤嘴可以去除或降低气雾中的酚水平。杆、过滤嘴和烟嘴可以利用具有足够的刚性以便于杆的操纵的纸环绕。烟草棒的长度可以在20mm和55mm之间，优选地长度可以为大约45mm。 [0035] 因此，在本发明的另一个方面中，提供一种例如为烟草棒的烟草材料包含单元，该单元包括如在本申请中所述的烟草产品和过滤嘴。烟草产品和过滤嘴以首尾相连的方式对准，并且用例如为纸的片材料包装，用于将过滤嘴和烟草产品固定在烟草材料包含单元中。附图说明 [0036] 参照通过以下附图示出的实施例进一步描述本发明，其中 [0037] 图1是具有均质烟草材料和感受器微粒的烟草片的示意图； [0038] 图2示出由通过加热叶片加热的卷曲均质烟草片制成的烟草成型件的温度模拟图； [0039] 图3示出由根据图1的烟草片制成的具有均匀的感受器微粒分布的烟草成型件的温度模拟图； [0040] 图4示出根据图2的烟草成型件的模拟的甘油消耗曲线； [0041] 图5示出根据图3的烟草成型件的模拟的甘油消耗曲线； [0042] 图6示出用加热叶片加热并且包括例如根据图2和图3的均匀的感受器微粒分布的烟草成型件的模拟的平均温度相对于时间的曲线。 具体实施方式[0043] 图1示意性地示出烟草片1形式的气雾形成基质。烟草片由均质烟草微粒11制成，以及优选地是如上是限定的铸型叶并且包含感受器微粒10。 [0044] 烟草片的厚度12优选地位于0.8毫米和1.5毫米之间，而感受器微粒的尺寸优选地位于10微米和80微米之间。为了形成根据本发明的烟草产品，将烟草片1卷曲并且折叠以形成烟草杆。这种连续的杆然后被切割成所需尺寸，用于与感应加热装置结合使用以便产生气雾的烟草成型件。 [0045] 图2示出由加热叶片20加热的圆柱形烟草成型件2的截面的模拟温度分布的视图。烟草成型件包括由包含均质烟草材料和作为气雾形成剂的甘油的卷曲烟草片制成的气雾形成基质。形成杆状的卷曲烟草片由例如为纸的包装材料23包装。在烟草成型件的中心，矩形耐热加热叶片20被插入用于加热气雾形成基质。在图2中，已对温度分布进行模拟并且示出用于加热成型件，使得核心温度在中心为大约370摄氏度以及在周缘处低至80摄氏度。叶片20的邻近区域220中的温度高达大约380摄氏度。中间区域221以及远侧的边缘区域222中的温度仍低至大约100-150摄氏度。因此，根据模拟测量，至少在叶片的加热限于不完全燃烧邻近区域220中的烟草时，叶片加热的烟草成型件的中间和边缘区域未参与或仅在有限程度上参与气雾形成。 [0046] 这也在图4中示出。在此，示出根据图2的烟草成型件的甘油消耗。能够看出，在加热五分钟之后在邻近区域220中甘油完全消耗。在边缘区域222中没有产生消耗，而中间区域221被部分地消耗。由于加热叶片的矩形横截面形状，因此没有消耗的边缘区域222被限制于成型件的部分，上述部分布置为紧接于叶片20的长的侧面。邻近区域220布置成直接靠近加热叶片20并且对于叶片20的每个长的侧面延伸半径的最大大约1/3。 [0047] 图3示出感应加热的圆柱形烟草成型件3的截面的模拟温度分布的视图。烟草成型件由包含如图1中所示的感受器微粒的卷曲烟草片制成。在用于温度模拟的烟草成型件中，具有50微米的平均尺寸的90毫克的FP350铁氧体微粒均匀分布在由烟草微粒、纤维、粘和剂和作为气雾形成剂的甘油的浆料制成的铸型叶中。 [0048] 形成杆状的卷曲烟草片由例如为纸的包装材料13包装。感受器微粒均匀地分布在烟草成型件(未示出)上。通过感应加热的感受器微粒加热成型件。在图3中，温度分布已被模拟并且示出用于以基于成型件内的均匀分布的感受器微粒所预期的更均匀的温度加热成型件。中心区域110中的温度为大约300摄氏度。该圆形中心区域110相当地大，并且延伸烟草成型件的半径的大约一半。窄的环形中间区域111中的温度为大约250摄氏度，周向地布置的边缘区域112的温度为大约200摄氏度。因此，根据模拟测量，甘油在烟草成型件的整个区域或基本整个区域上相当均匀地蒸发。甘油还从烟草成型件的中间区域111和边缘区域112蒸发。因此，烟草成型件的全部区域甚至通过非常低于从中心地和耐热地加热的烟草成型件已知的温度的最大加热温度而用于形成气雾。 [0049] 在图5中示出图3的烟草成型件的甘油消耗。能够看出，甘油仍未完全消耗，甚至在中心区域110中加热五分钟之后也未完全消耗。但是，在中间区域111中已产生一些消耗，并且在边缘区域112中以更少的程度产生一些消耗。 [0050] 根据图2和图3的但是仅加热了大约1分钟和1.5分钟的成型件的温度和甘油消耗模拟示出了相同的相对温度特性。1分钟之后，根据本发明的烟草成型件在中心区域和中间区域上已获得大约150摄氏度和200摄氏度之间的温度。甘油消耗尚未开始。1.5分钟之后，内部边缘区域中的温度已升高至大约200摄氏度，中心区域中的温度升高直至大约280摄氏度。低至150摄氏度的温度仅存在于外部边缘区域112中。因此，在开始加热烟草成型件后1至2分钟，在烟草成型件的大的区域上已发生甘油消耗。 [0051] 与根据本发明的具有感受器微粒的烟草成型件相比，根据图2的具有加热叶片的烟草成型件的温度分布几乎与图2中所示的在加热1.5分钟之后的温度分布相同。在加热1.5分钟之后，邻近区域220具有已高达380摄氏度的温度，并且在中间区域和边缘区域中具有低至大约100摄氏度的温度。在1分钟加热之后，仅加热叶片20周围的非常小的邻近区域被加热至大约200摄氏度。其余区域具有稍微升高的温度或者仍在室温下。 [0052] 在图6中，描绘了根据图1和图3的成型件的烟草成型件体积中的平均温度T与时间t的对比。线35表示根据本发明的具有感受器微粒的烟草成型件的温度曲线，线25表示利用加热叶片加热的烟草成型件的温度曲线。加热叶片的最大加热温度被限制于360摄氏度，而根据本发明的烟草成型件中的感受器的居里温度在350摄氏度和400摄氏度之间。能够看出，在具有均匀分布的微粒的成型件中，平均温度升高得相当更快，并且慢慢地接近大约250摄氏度的最大平均温度。叶片加热的烟草成型件的平均温度花费更长的时间以升高。叶片加热的成型件中的最大平均温度处于大约220摄氏度。由于边缘区域不由加热叶片加热，因此可能达不到更高的平均温度。 |
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