專利名稱：碳燃料元件及制備碳燃料元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及會(huì)產(chǎn)生類似于煙草煙霧的吸煙制品，而且該煙霧僅僅含有極其少量的不完全燃燒物或高溫?zé)峤猱a(chǎn)物。
許多年以來，特別是近20至30年間已經(jīng)推薦過許多吸煙制品，但是這些制品中沒有一件曾經(jīng)獲得過商業(yè)上的成功。
盡管經(jīng)過數(shù)十年的關(guān)心和努力，可是在市場上仍還沒有給吸普通香煙提供便利和有益的吸煙制品，而不產(chǎn)生相當(dāng)大量的不完全燃燒物或高溫分解產(chǎn)物。
本發(fā)明涉及在產(chǎn)品使用期限的開始和結(jié)束都能夠產(chǎn)生相當(dāng)大的量的煙霧的吸煙制品，而沒有煙霧形成物的有效熱損失和相當(dāng)大量的高溫分解或不完全燃燒產(chǎn)物，并更可取的是沒有相當(dāng)大量的側(cè)流煙霧。根據(jù)本發(fā)明的吸煙制品在沒有燃燒煙葉時(shí)就會(huì)給使用者提供吸香煙的感覺和益處。
這些和其它的優(yōu)點(diǎn)是通過細(xì)長的香煙型吸煙制品來獲得，使用一種“燃燒元件”最好是用碳素材料，連結(jié)一個(gè)與燃燒元件有傳導(dǎo)熱交換關(guān)系的并實(shí)際上是分離的煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)。在點(diǎn)燃時(shí)，燃料元件就產(chǎn)生熱量，該熱量用來揮發(fā)煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)的煙霧生成物質(zhì)或各種物質(zhì)。于是這些揮發(fā)物特別在抽煙期間吸向嘴端，并進(jìn)入吸煙者嘴里，是類似于普通香煙的煙霧。
最好，燃料元件的長度小于30毫米，其最佳長度小于15毫米，具有至少0.5克/厘米3的密度，并且設(shè)有一個(gè)或一個(gè)以上縱向的通道。有利的是，煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)包括含有一種或一種以上煙霧生成物質(zhì)的熱穩(wěn)定基質(zhì)，最好，燃料元件和煙霧發(fā)生器之間的熱交換關(guān)系通過導(dǎo)熱構(gòu)件，例如金屬薄片予以實(shí)現(xiàn)，該構(gòu)件有效地從燃燒的燃燒元件到煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)傳導(dǎo)或傳遞熱量。這個(gè)導(dǎo)熱構(gòu)件更好使燃料元件和煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)至少沿著他們的外周一部分表面接觸。另外，最好燃料元件至少有一部分套有一個(gè)外部絕熱的部件，例如絕熱纖維做的外套，這外套最好是有彈性的和至少有0.5毫米厚，該外套可以減少熱幅射損失和促使熱量從燃料元件維持和引向煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)。這絕熱部件最好至少把燃料元件的部分緊緊包裹起來，而且其優(yōu)越之處是至少把煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)的部分緊緊包裹起來。
由于最佳的燃料元件是相當(dāng)短的，熱的燃燒火焰圓錐形頭部始終緊靠于煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)，尤其在裝在傳導(dǎo)構(gòu)件的實(shí)施方案中，由于其熱傳導(dǎo)構(gòu)件在那里熱量傳遞達(dá)到最大和產(chǎn)生的煙霧也達(dá)到最大。在極接近于短的燃料元件處，最好選用比較短的，低質(zhì)量基質(zhì)或載體作為煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)，也可以借助于使基質(zhì)的熱消耗減至最小來增加煙霧的產(chǎn)生。因?yàn)闊熿F生成物質(zhì)實(shí)質(zhì)上是和燃料元件分離的，它顯示出實(shí)際上比存在于燃燒火焰圓錐的溫度要低的溫度，從而使煙霧生成物熱分解的可能性減至最小。此外，特別是選用了實(shí)質(zhì)上無揮發(fā)性的有機(jī)物質(zhì)的碳素燃料元件，避免了相當(dāng)大的高溫分解或不完全燃燒產(chǎn)物的存在，并且排除了相當(dāng)大的側(cè)流煙霧的產(chǎn)生。
通常本發(fā)明的吸煙制品設(shè)置帶有例如縱向道管那樣機(jī)構(gòu)的煙嘴接管，為將煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的揮發(fā)物傳送到使用者。有利的是這制品具有與一般香煙同樣的總體尺寸，而結(jié)果接管和煙霧傳遞機(jī)構(gòu)通常延展至制品的長度一半以上。用另一種方法燃料元件和煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)可被制成活路接管或沒有煙霧傳遞機(jī)構(gòu)，以便與一個(gè)分開的一次性使用或多次使用的接管連用。
本發(fā)明的吸煙制品也可包含煙葉的填料或填塞，用來增加煙霧的煙草香味。煙葉最好裝在煙霧發(fā)生器的口端，或者與煙霧形成物的載體混合。香味劑也可以加在煙制品中以便傳送給使用者煙霧香味。
本發(fā)明的較佳實(shí)施方案能在FTC吸煙條件下吸煙時(shí)，所噴的頭三口煙，至少含有0.6毫克的煙霧，此數(shù)據(jù)是測量其總濕潤物質(zhì)粒子而得。[FTC吸煙條件由冒煙58秒鐘后噴出2秒鐘煙(總體積為35毫升)組成]。
本發(fā)明的更佳實(shí)施方案能在頭三口煙中放出1.5毫克以上的煙霧，最佳狀態(tài)可在FTC吸煙條件下抽煙時(shí)，頭三口煙中噴出3毫克以上煙草。此外，本發(fā)明的較佳實(shí)施方案在FTC吸煙條件下作至少六次噴煙，最佳方案則至少十次，可放出平均每次噴煙含0.8毫克總濕潤物質(zhì)粒子。
本發(fā)明的煙霧制品也能夠提供化學(xué)性質(zhì)上簡單的煙霧，這種煙霧主要由碳的氧化物，空氣，水組成及還能提供帶有任何你所喜歡的香精或其它你想要的揮發(fā)物質(zhì)和微量其他物質(zhì)的煙霧。煙霧最好沒有按照下文所要詳述的Ames試驗(yàn)提到的誘變活性。另外，制品實(shí)際上可做成無灰的，以便使用者在使用期間不必清理任何煙灰。
本文中所指煙霧，而且僅僅為了本申請(qǐng)案的目的來說，“煙霧”被規(guī)定為含有蒸氣，氣體，微粒等等，同時(shí)在可見及不可見的形態(tài)方面，特別是那些被使用者直接感覺到“香煙煙霧似的”組成部分，此煙霧部分是由燃燒的燃料元件中的熱量作用在容納于煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)內(nèi)的物質(zhì)或制品的別處所產(chǎn)生的。正如規(guī)定的那樣，“煙霧”這一術(shù)語也包含揮發(fā)性香料及藥理或生理性活性劑而不考慮它們是否產(chǎn)生可見的煙霧。
道里所使用的，“傳導(dǎo)熱交換關(guān)系”這個(gè)短語是指煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)和燃料元件的機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而實(shí)質(zhì)上在整個(gè)燃料元件的燃燒周期中，熱量從燃燒的燃料元件到煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)通過傳導(dǎo)加以傳遞。傳導(dǎo)熱交換關(guān)系可以通過使煙霧發(fā)生器處在同燃料元件接觸和緊靠燃料元件的燃燒部位和(或)利用一個(gè)導(dǎo)熱另件把燃燒燃料釋放的熱量傳到煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)加以獲得。最好提供傳導(dǎo)熱傳送的二種方法都加以采用。
本發(fā)明使用的“碳素”這個(gè)術(shù)語意味著主要含有碳。
本文所使用的，“絕熱機(jī)構(gòu)”這個(gè)術(shù)語應(yīng)用于所有主要起絕熱作用的材料。這些材料在使用期間最好不燃燒，但是它們可能包含緩慢燃燒的碳類和諸如此類的材料，以及在使用期間熔化的材料，例如低溫級(jí)的玻璃纖維。絕熱體具有不到大約0.5克-卡/(秒)(厘米5)(℃/厘米)，最好小于0.02，最佳小于0.005的導(dǎo)熱系數(shù)。參見哈克赫的(Hackh's)化學(xué)詞典(1969年第4版)34頁和蘭格的(Lange')化學(xué)手冊(cè)(1973年第11版)10，272-272。
本發(fā)明的吸煙制品伴隨發(fā)明的附圖和詳細(xì)說明作十分詳盡描述如下

圖1直到圖9是本發(fā)明的各種實(shí)施方案的縱向視圖;
圖1A是圖1實(shí)施方案沿著圖1的1A-1A線所作的斷面視圖;
圖2A是圖2的實(shí)施方案改良的錐形燃料元件的縱向視圖;
圖3A是圖3的實(shí)施方案沿圖1的3A-3A線所作的斷面視圖;
圖10描繪在使用期間例5的吸煙制品的平均峰值溫度分布。
在圖1中所例示的發(fā)明實(shí)施方案，最好它具有普通香煙的直徑，包括一個(gè)短的，可燃碳素燃料元件[10]，一個(gè)相接的煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)[12]和一個(gè)襯有金屬薄片的管[14]，以及由該紙管形成制品接嘴[15]。在這個(gè)實(shí)施方案中，燃料元件[10]是一個(gè)炭質(zhì)“吹管”，也就是碳化的木材，該燃料元件設(shè)有5個(gè)縱向延伸孔[16]，見圖1A，長度約20毫米的燃料元件，可以選用香煙紙裹起來，以便改善活性炭燃料的點(diǎn)燃。這種紙可以用已知的燃燒添加劑加以處理。
煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)[12]含在許多涂煙霧形成物或各物質(zhì)，例如甘油的玻璃小珠[20]。玻璃小珠被固定在靠近多孔的圓盤[22]適當(dāng)位置，該小珠由醋酸纖維制成。這個(gè)圓盤具有一系列提供圓盤和襯有金屬薄片管[14]之間通路的圓周槽[24]。
形成制品接嘴的襯有金屬薄片的紙管[14]，包住煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)[12]和后部的，燃料元件[10]的非點(diǎn)火端。這管還形成一個(gè)在煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)[12]和制品的接嘴端[15]之間的煙霧釋放通道[26]。
使燃料元件[10]的非點(diǎn)火端同煙霧發(fā)生器[12]結(jié)合的襯有金屬薄片的紙管[14]的存在，也增加煙霧發(fā)生器的熱傳遞。這薄片還有助于熄滅圓錐形火焰。當(dāng)僅僅有少量的不燃燒燃料保留時(shí)，通過金屬薄片的熱量損失充當(dāng)有助于熄滅圓錐形火焰的熱穴。
用于本制品的金屬薄片典型的是一種厚度0.35密耳(0.0089毫米)的鋁箔，但是，為達(dá)到任何所要求的熱量傳遞的程度，所采用的金屬的厚度和(或)類型可以加以改變。象可以從聯(lián)合碳化物公司得到的Grafoil這樣的其它類型導(dǎo)熱部件也以采用。
在圖1中例示的制品還包括任選的物質(zhì)或煙葉的填塞[28]，以便促使香料加到煙霧劑中。這個(gè)煙葉填塞[28]可放置在孔圓盤[22]的口端，正如圖1所示，或者它可以放在玻璃小球[20]和多孔圓盤[22]之間。它也可以放在和煙霧發(fā)生器[12]隔開的部位的通管[26]中。
在圖2所示的實(shí)施例方案中，短的燃料元件[10]是一種壓制的碳棒或碳柱，長約20毫米，其設(shè)有一個(gè)軸向孔[16]。用另一種方法，燃料元件可以由碳化纖維形成，并且最好也設(shè)有一個(gè)與孔[16]相吻合的軸向通道。因而在這個(gè)實(shí)施方案中，煙霧劑發(fā)生機(jī)構(gòu)[12]含有一個(gè)穩(wěn)定導(dǎo)熱碳素基質(zhì)[30]，例如，一塊已注滿煙霧形成物或各物質(zhì)的多孔碳填塞這種基質(zhì)可以設(shè)一任選的軸向通道[32]，正如圖2所示。這個(gè)實(shí)施方案也包含一堆最好放在基質(zhì)[30]口端的煙草[28]。為了外觀起見，此制品還包括一個(gè)可選擇的高孔隙率的醋酸纖維過濾層[34]，為了使煙霧劑形成物在過濾層[34]和金屬薄片管[34]之間通過，該過濾層可以設(shè)圓周槽[36]。用任選的方法，正如圖2A所示，燃料元件的點(diǎn)火端[11]可以削尖，以便改善點(diǎn)火性能。
圖3所描繪的本發(fā)明實(shí)施方案包含一個(gè)由一根導(dǎo)熱棒[99]和一個(gè)襯有金屬薄片并通向接嘴端[15]的紙管[14]與煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)[12]連接的短的可燃碳素燃料元件[10]。在這個(gè)實(shí)施方案中，燃料元件[10]可以是吹管炭或壓制和擠壓的碳棒，填塞或則其它碳素燃料源。
煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)[12]包括一個(gè)熱穩(wěn)定碳素基質(zhì)[30]，例如多孔性碳的用煙霧劑形成物或各物質(zhì)浸注的填塞。這個(gè)實(shí)施方案在燃料元件[10]和基質(zhì)[30]之間含有一個(gè)空的空間[97]。圍繞這個(gè)空的空間的襯有金屬薄片管[14]的部分含有許多周邊孔[100]該孔容許足夠的空氣進(jìn)入空的空間;而提供適當(dāng)?shù)膲毫怠?br> 如圖3和3A所示，熱傳遞機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)熱棒[99]和襯有金屬薄片管[14]，棒[99]最好由鋁做成，并具有至少一個(gè)，最好2至5個(gè)周緣槽，以便使空氣通道經(jīng)過基質(zhì)。圖3的制品具有被引入空的空間[97]的空氣，因?yàn)樗煌ㄟ^燃燒著的燃料因而含有很少的碳的氧化產(chǎn)物的好處。
圖4例示的實(shí)施方案包括一個(gè)纖維碳燃料元件[10]，例如碳化棉和人造纖維。燃料元件含有一個(gè)軸向孔[16]。煙霧發(fā)生器的基質(zhì)[38]是一種粒狀的熱穩(wěn)定碳。一堆煙草[28]直接地放在基質(zhì)后面。這種制品備有醋酸纖維管[40]代替先前的襯有金屬薄片的紙管。這根管子[40]包含一段圍在如聚丙烯管[44]一類的塑料管上的醋酸纖維束的環(huán)形部分[42]。在這個(gè)元件的接嘴[15]有一個(gè)低功能醋酸纖維過濾塞[45]。制品的全部長度被包在香煙型紙中，栓皮色或白色涂料的涂層可以用到口端，以便摸仿煙嘴。一塊金屬薄片條[50]放置在紙的里面，而接近制品的燃燒端。這薄條最好從燃料元件的后部延伸到煙草填料[28]在口端。
這種薄條可以和紙組合在一起或者它可以是在用紙裹緊前應(yīng)用的分離的薄片。
圖5的實(shí)施方案類似于圖4的那個(gè)制品。在這個(gè)實(shí)施方案中，煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)[12]是由正如附圖所示的裝滿粒狀基質(zhì)的鋁質(zhì)長的容器[52]或者顆粒基質(zhì)的組合物和煙葉[56]構(gòu)成的。鋁質(zhì)長的容器[52]在它的[58]，[60]處是翻邊的，以便把基質(zhì)材料圍住起來和防止煙霧劑形成物的遷移。為了保證傳導(dǎo)的熱量傳遞，燃料端處的翻邊端[58]最好緊靠燃料元件的后端。由翻邊端[58]所形成的空的空間[62]也有助于防止燃料的煙霧形成物的移動(dòng)。縱向通路[59]和[61]被用來作為空氣和煙霧形成物的通道。正如附圖所例示的，通過一般的煙紙[47]，多孔性的陶瓷紙或者金屬薄片條可以把長的容器[52]和燃料元件[10]聯(lián)結(jié)起來。如果使用香煙紙，在燃料的后端鄰接處的窄條[64]應(yīng)該印染或用水玻璃處理，或者其它已知的使紙滅火的材料處理。制品的全長是用一般的香煙紙[46]緊緊包裹的。
圖6表示帶有壓制碳燃料塞[10]的另一個(gè)實(shí)施方案。在這方案中，燃料元件具有一個(gè)較易點(diǎn)火的錐形點(diǎn)火端[11]和一個(gè)容易裝入管形金屬薄片外套[66]的錐形的后端[9]。鄰接燃料元件的后部是一個(gè)帶中心孔[70]的鋁盤[68]。另一個(gè)任選的帶有孔[74]的鋁制圓盤[72]是位于煙霧發(fā)生器[12]的口端。位于圓盤其間是粒狀的基質(zhì)段[76]和煙葉段[78]。安裝燃料元件的金屬外套[66]正伸到第二個(gè)鋁盤[72]背后這個(gè)實(shí)施方案也包括具有聚丙烯內(nèi)管[44]的空心的醋酸纖維棒[42]和醋酸纖維過濾塞[45]。制品的全長最好由香煙紙加以包裹。
圖7所示的實(shí)施方案表示放入燃料元件[10]中的大的空腔內(nèi)的基質(zhì)[80]的運(yùn)用。在這個(gè)實(shí)施方案中，燃料元件最好由擠壓形成，同時(shí)基質(zhì)[80]通常是一種比較硬的多孔材料。制品的全長也是用普通香紙[46]包裹的。這個(gè)實(shí)施方案還可以包含一個(gè)把燃料元件[10]連接到醋酸纖維管[40]和幫助熄滅燃料的金屬薄片條[84]。
在圖8和圖9所示的實(shí)施方案包括圍住燃料元件[10]的非燃燒的絕熱外套[86]，以便隔熱和結(jié)集燃料元件的熱量。這些實(shí)施方案也有助于減少可能引起燃燒火焰圓錐的潛在的任何火焰。
在圖8所示的實(shí)施方案中，燃料元件[10]和基質(zhì)[30]都位于絕熱纖維，例如陶瓷的(例如，玻璃)纖維的環(huán)形外套或管[86]中。不燃燒的碳或石墨纖維可以用來代替陶瓷纖維。燃料元件[10]最好是帶孔[16]的擠壓型的碳塞。在這個(gè)例示的實(shí)施方案中，為了容易點(diǎn)火，點(diǎn)火端[11]稍微伸過外套[86]的邊緣。盡管可以使用其它類型的基質(zhì)，這里基質(zhì)[30]是固體狀多孔碳質(zhì)材料?；|(zhì)和燃料元件的后部用一塊鋁箔[87]加以圍住。正如所示，這個(gè)帶套的燃料一基質(zhì)單元是由煙嘴管加以連接，例如附圖所示的細(xì)長的醋酸纖維管[40]，并用一般的香煙紙緊緊包住。外套[86]延伸到基質(zhì)[30]的口端，然而外套還可以代替醋酸纖維棒[42]。
在圖9所示的實(shí)施方案中，用圖5所示類型的鋁制長的容器來圍住粒狀的基質(zhì)[54]和煙葉[56]。這個(gè)長的容器最好全部安放在絕熱外套[86]內(nèi)。另外，燃料元件的點(diǎn)火端不要伸過外套[86]的前端。最好，長的容器和釋熱元件的后部以類似于圖8所示那種方式用一塊鋁制的金屬薄片圍住。
用另一種方法，圍住基質(zhì)的鋁金屬薄片[52]只在接咀口端翻邊。在這樣的一個(gè)實(shí)施方案中，燃料元件的后端可以被插入金屬薄片的一端內(nèi)同時(shí)聚丙烯管可以固定在上面或位于金屬薄片的口端接界處。整體組裝是用玻璃纖維加以緊裹到與普通香煙一樣的直徑大小。
當(dāng)上述的實(shí)施方案的任一制品點(diǎn)火時(shí)，燃燃元件燃著，產(chǎn)生熱量用來揮發(fā)煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)內(nèi)的煙霧形成物或各物質(zhì)。尤其在吸煙期間，這些揮發(fā)成分被吸向煙嘴口，并吸入使用者的口里，而有類似于普通香煙的煙霧。
因?yàn)槿剂显詈檬亲龅帽容^短，而熱的燃燒火焰圓錐形頭部是始終緊靠煙霧發(fā)生體，其能使傳遞到煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)熱量增加到最大，因此，特別當(dāng)使用最佳的導(dǎo)熱部件，就可以有效的產(chǎn)生煙霧。此外，最佳的絕熱部件傾向于將熱量控制，引導(dǎo)，且集中到制品的中心芯子，所以使傳遞到煙霧形成物質(zhì)的熱量增加。
因?yàn)闊熿F形成物質(zhì)是與燃料元件實(shí)質(zhì)上分離，煙霧形成物質(zhì)顯露溫度實(shí)質(zhì)上比在燃燒火焰圓錐中的溫度要低。這使煙霧形成物熱遞降分解可能性減至最小程度。而這種分解在噴煙期間還導(dǎo)致煙霧產(chǎn)生，而在熏燒期間幾乎沒有或沒有煙霧產(chǎn)生。另外，碳素燃料元件和總體上分離的煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)的運(yùn)用會(huì)消除相當(dāng)大量的高溫分解和不完全燃燒產(chǎn)物的存在，并且可避免相當(dāng)大量的側(cè)流煙霧的產(chǎn)生。
由于本發(fā)明中采用的最佳碳素燃料元件的小型化和燃燒特性，通常燃料元件不出乎幾次噴吹就開始將整個(gè)燃料元件的顯露長度燃遍。因此，同煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)鄰接的燃料元件部分很快成為熱的，特別在早期和中期噴吹期間，其大大地加快熱量傳遞到煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)。因?yàn)樽罴讶剂显嵌痰?，決沒有一長段作為熱穴的不燃燒燃料，因此這是與以前熱煙霧制品有共同處。熱量傳遞，及為此煙霧放出，也通過經(jīng)由燃料的孔運(yùn)用加以增加，特別在噴吹期間這孔把熱的空氣吸到煙霧發(fā)生器。
這發(fā)明的最佳實(shí)施方案中，短的碳素燃料元件，熱傳導(dǎo)部件，絕熱機(jī)構(gòu)及在燃料中的通路同煙霧發(fā)生器共同工作提供了一個(gè)實(shí)際上每次噴吹能夠產(chǎn)生相當(dāng)大量的煙霧劑的裝置，在幾次噴煙以后極接近于煙霧發(fā)生器的火焰圓錐同絕熱機(jī)構(gòu)一起，在噴煙期間和噴煙之間長時(shí)期熏煙都會(huì)導(dǎo)致高熱釋放。
在不希望被理論所束縛的同時(shí)，相信煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)在噴煙之間被保持在比較高的溫度，以及相信在噴煙期間，通過孔或燃料元件的孔大大增加放出附加熱，它基本上是被利用來揮發(fā)煙霧形成物質(zhì)。增加熱傳遞的這種方法可更有效利用有效燃燒能，減少燃料的需要量和促使及早釋放煙霧。此外，在本發(fā)明中利用的傳導(dǎo)熱量的傳遞相信會(huì)減少碳質(zhì)燃料的燃燒溫度，并進(jìn)一步令人相信，其會(huì)減少通過燃料產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物中CO對(duì)CO2比率。例如，參見杰·哈格普通無機(jī)化學(xué)，在592頁(約翰·懷利和桑斯，1969年)。
更進(jìn)一步說，借助于對(duì)燃料元件、絕熱外套，紙質(zhì)包裹物和熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)的恰當(dāng)?shù)倪x擇，就有可能控制燃料源的燃燒性能。它提供了控制熱量傳遞到煙霧發(fā)生器的機(jī)會(huì)，這就是依次改變噴出和(或)釋放到使用者的煙霧的次數(shù)和(或)數(shù)量。
一般說來，在實(shí)施本發(fā)明中采用的可燃料元件長度是小于30毫米。比較好燃料元件大約20毫米以下，最好長度15毫米以下。進(jìn)一步說，燃料元件的直徑是大約3和8之間，最好大約4至5毫米。這里所采用的燃料元件的密度已定在從大約0.5克/厘米3-大約1.5克/厘米3幅度內(nèi)。較可取的密度是大于0.7克/厘米3，最好大于0.8克/厘米3。最好燃料中間設(shè)有一個(gè)或是一個(gè)以上縱向延展的孔，例如在圖1到5中孔[11]。這些孔使具有多孔性和通過利用增加達(dá)到基質(zhì)的熱的氣體量方法及早地加快熱遞到基質(zhì)。
在這里采用的最佳燃料元件主要是由碳素材料構(gòu)成的。碳素燃料元件可取用長度是從8-15毫米，最好長度從8-12毫米。具有這些特性的碳素燃料元件是足以為至少大于7-10噴煙提供燃料，因?yàn)?，此噴煙的?biāo)準(zhǔn)數(shù)量通常是通過在FTC條件下吸普通香煙獲得的。
更可取的，這樣的一種燃料元件的碳含量至少60-70%，最好情況是按重量計(jì)至少含80%以上。用具有按重量計(jì)碳的含量大約超過85%以上的燃料元件已獲得極好的效果。高含碳量的燃料是最佳的，因?yàn)樗麄儺a(chǎn)生微量的高溫分解和不完全燃燒產(chǎn)物，幾乎沒有或沒有明顯的側(cè)流霧以及只有微量煙灰和具有高的熱容量。但是，較低碳含量燃料元件，例如大約50-60%重量也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)，特別是使用非燃燒惰性填料的地方更如此。
并且，當(dāng)沒有最佳品，其它燃料成分能夠采用，例如煙葉，煙葉代用品和類似物，正如上述所說，使它們產(chǎn)生和傳導(dǎo)足夠的熱量到煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)，以便從煙霧形成物中產(chǎn)生所要求的煙霧水平。所用的密度應(yīng)該在0.5克/厘米3，最好0.7克/厘米3以上，它高于普通吸煙制品的密度。在那里使用類似的其它物質(zhì)時(shí)，最好是用含碳的燃料，一般用量按重量總計(jì)至少在20%-40%左右，較好的按重量計(jì)至少大約50%，而最好按重量計(jì)至少大約65-70%，而余下百分重量是由其它燃料成分，包括任一粘結(jié)劑，燃燒調(diào)節(jié)劑和水分等平衡。用于或用作最佳燃料的可燃物質(zhì)可以取自于實(shí)際上為那些技術(shù)熟練者所知的為數(shù)眾多的碳源的任一個(gè)。雖然其它來源的碳素材料可以利用，但是比較可取方法，碳素通過纖維材料，例如木材、棉花人造絲、煙葉、椰子殼和諸如此整物質(zhì)的熱解或者碳化加以獲得。
在最好的狀況，碳素燃料元件應(yīng)該能夠不使用氧化劑，而用普通香煙點(diǎn)火來點(diǎn)燃，這種類型的燃料燃燒性能通?？梢詮臏囟却蠹s400℃至大約1000℃之間，最好大約500℃到950℃之間并在惰性氣氛或在真空下已被熱解的纖維材料中獲得。熱解的時(shí)間不認(rèn)為是臨界的，只要在熱解物質(zhì)的中心溫度達(dá)到上面所說的溫度范圍，并在這溫度下保持至少幾分鐘。但是，使用逐漸地增加溫度幾個(gè)小時(shí)以上的緩慢熱解認(rèn)為會(huì)產(chǎn)生帶高碳量的更均勻的物質(zhì)。
盡管在大多數(shù)情況下是不希望的，但是需要外加氧化劑，以便用香煙點(diǎn)火器給予他們點(diǎn)火的碳素燃料元件也是這個(gè)發(fā)明的范圍之內(nèi)，因而一般是需要使用阻燃劑或其它類型的燃燒調(diào)節(jié)劑。這樣的燃燒調(diào)節(jié)劑在許多專利和出版物中已經(jīng)揭示，而且，對(duì)在技術(shù)上熟練的那些人是已知的。
用于實(shí)施這發(fā)明的最佳碳素燃料元件實(shí)質(zhì)上是沒有的揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)。由于這個(gè)原因，這意味著燃料元件不故意地用相當(dāng)大量的揮發(fā)性有機(jī)材料浸注或混合，例如揮發(fā)性煙霧形成劑或香料，這些物質(zhì)能在燃燒著的燃料中降解。但是，少量由燃料自然吸收的水分可能在其中存在。同樣，少量煙霧形成物質(zhì)可以從煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)中遷移，由此它也可能存在于燃料元件中。
最好的碳素燃料元件是由碳和粘結(jié)劑，通過常規(guī)的壓制或擠壓技術(shù)所制備的壓制的或擠壓的碳?jí)K。那樣，一種燃料元件使用最好的活性碳是PCB-G，而最好的非活性碳是PXC，兩者都可以從匹茲堡市PA.Caigon碳公司得到。壓制成和(或)擠壓的其它較好的碳由熱解棉花或熱解紙加以制備。
可以用于制備那樣一種燃料元件的粘結(jié)劑在技術(shù)上眾所周知的。最好的粘結(jié)劑是羥甲基纖維素鈉(SCMC)，該粘結(jié)劑最好能夠單獨(dú)使用，或者與象氫化鈉，潤滑土，蛀石，碳酸鈣和諸如此類的材料合用。其它有益的粘結(jié)劑包括樹膠，例如爪兒豆膠及其它纖維素衍生物，例如甲基纖維素和碳甲基纖維素(CMC)。可以使用的粘結(jié)劑濃度范圍很廣。最好，粘結(jié)劑的量限于減小那些在粘結(jié)劑中不希望有的燃燒產(chǎn)物。在另一方面，在制造和使用期間要把燃料元件粘固在一起必須要足夠量的粘結(jié)劑。于是粘結(jié)劑使用的量取決于在燃料元件中碳的內(nèi)聚性。
如果需要的話，上面所述的燃料元件可以在形成后熱解，例如，加熱到大約650℃保持1小時(shí)，以便把粘結(jié)劑轉(zhuǎn)變成碳;因此形成實(shí)際上100%碳的燃料元件。
在本發(fā)明中使用的燃料元件也可以含有一種或一種以上添加劑使改善燃燒作用，例如含有多達(dá)5%重量氯化鈉，以便改善冒煙特性和作為一種阻燃劑。并且，可以含有多達(dá)5%，而最好含有1%-2%。重量的碳酸鉀，以便改善點(diǎn)火性能，改善物理性能的添加劑，例如象高嶺土，蛇紋石，一種美國白土及諸如此類的粘土也可以加以利用。
另一種碳素燃料元件碳素纖維燃料，其可以通過纖維化的前驅(qū)體，例如棉花，人造絲，紙，聚丙烯腈以及諸如此類的物質(zhì)碳化后加以制備。通常在惰性氣體或在真空中，溫度大約650-1000℃，保持30分鐘左右熱解是足以產(chǎn)生具有優(yōu)良燃燒性能的適宜的碳纖維。燃燒調(diào)節(jié)添加劑也可加到這些纖維的燃燒中。
用于實(shí)施本發(fā)明的煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是同燃料元件分隔。實(shí)質(zhì)上分離就意味著基質(zhì)及裝有煙霧劑形成物質(zhì)的容器或腔體不是同燃料元件混在一起或部分混在一起。正如前述，這種安排促使減少或消除煙霧劑形成物的熱損失和側(cè)流煙霧的存在。因?yàn)闊熿F發(fā)生機(jī)構(gòu)不是燃料的一部分，煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)只是處在同燃料元件的熱傳導(dǎo)關(guān)系，所以最好它們鄰接或者靠近燃料元件。
比較可取方法，煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)包括一種或一種以上熱穩(wěn)定材料，它們都帶有一種或更多的煙霧形成物質(zhì)。正如這里所使用的，熱穩(wěn)定材料是一種能夠經(jīng)得住例如400℃-600℃的高溫，該材料處于燃料附近不分解或不燃燒。當(dāng)因本最佳實(shí)施方案中缺乏證明時(shí)，使用那樣的材料認(rèn)為會(huì)保持煙霧的簡單“煙”化學(xué)性質(zhì)。當(dāng)不是最佳情況，其它煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)，例如熱扭曲或者固體煙霧形成物質(zhì)，只要他們能夠釋放足夠的煙霧劑形成的蒸汽使?jié)M足類似煙草煙霧的都是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
能夠用作基質(zhì)或者煙霧形成物載體的熱穩(wěn)定材料已成為技術(shù)上熟練者所周知的。有效的基質(zhì)應(yīng)該是多孔性的必須能夠在不使用時(shí)，保持煙霧形成物，以及在通過燃料元件加熱時(shí)它能夠釋放潛在的形成煙氣的煙霧。
有效的熱穩(wěn)定材料包括熱穩(wěn)定吸附性碳，例如多孔級(jí)碳，石墨，活性的或不活性的碳以及諸如此類。其它合適的材料包括，象陶瓷，玻璃，礬土，粘土，蛀石那樣類似無機(jī)固體和象臌潤土及諸如此類的粘土。通常較好的基質(zhì)材料有碳?xì)郑w維，織物，活性碳及象聯(lián)合碳化物公司可得到的PC-25和PG-60，以及從卡爾戈(Caigon)碳公司可得到的SGC多孔碳。
借助本文中應(yīng)用的個(gè)別煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)，它的成分和外形一般可以從帶一個(gè)或一個(gè)以上軸向延伸通道的顆粒的、纖維的和多孔的塊料，固體塊料及諸如此類塊料中選取?；|(zhì)，特別顆粒基質(zhì)可以放置在最好為金屬箔構(gòu)成的容器中。
用于本發(fā)明的煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)通常放在距燃料元件的點(diǎn)火端小于60毫米處，較佳情況小于30毫米，最佳小于15毫米。煙霧發(fā)生器長度可以從大約2毫米至大約60毫米內(nèi)不等，較佳范圍為5毫米至40毫米左右，最佳從20毫米至30毫米左右。如果使用非顆粒的基質(zhì)，它必須設(shè)置一個(gè)或一個(gè)以上的孔，以便增加基質(zhì)的表面積及增加空氣的流動(dòng)和熱的傳遞。
當(dāng)通過燃燒燃料元件加熱后用于本發(fā)明的煙霧形成物質(zhì)或各物質(zhì)在煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)存在溫度的情況下必須能夠形成煙霧。這樣的物質(zhì)最好由碳，氫和氧組成，但它們也可以含有其它的成分。煙霧形成物質(zhì)可以是以固體，半固體或者液體的形式。這些物質(zhì)和(或)各物質(zhì)混合物的沸點(diǎn)可以在500℃和500℃以下的范圍內(nèi)。具有這特點(diǎn)的物質(zhì)包括多元醇，例如丙三醇和丙二醇，以及單元，二元或多元羧酸的脂肪族酯類，例如硬酯酸甲酸，十二酸甲酯，十四二酸二甲酯及其它。
比較佳的方法，煙霧形成物質(zhì)包括高沸的混合物，低蒸汽壓物質(zhì)。因此，在開始吸煙時(shí)，低沸物質(zhì)會(huì)供給最大的初始煙霧，而當(dāng)煙霧發(fā)生器的溫度增加，高沸物質(zhì)將給予最大的煙霧。
比較佳的煙霧形成物質(zhì)是多元醇或多袁元醇混合物。特別佳的煙霧形成物從丙三醇，丙二醇，二縮三乙二醇或其它混合物中選得。
煙霧形成物質(zhì)很可能散布在煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)的上面或里面使它的濃度足以滲入或涂覆基質(zhì)，載體或容器上，例如，煙霧形成物質(zhì)能夠全部使用或者做成稀釋溶液用浸入，噴射、蒸發(fā)，沉積的形式加以使用。固體煙霧生成組分在整個(gè)形成期間可以同基質(zhì)摻合和均勻地加以散布。
雖然煙霧構(gòu)成物質(zhì)的填料在一個(gè)載體到另一個(gè)載體，一個(gè)煙霧構(gòu)成物質(zhì)和另一個(gè)煙霧構(gòu)成物質(zhì)之間會(huì)各不相同，但是液狀煙霧構(gòu)成物質(zhì)的數(shù)量一般可以從20毫米左右到120毫米不等，較好的情況是從大約35毫米到大約85毫克不等，最好的從45毫克左右到65毫克左右不等。按照WTPM在煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)上帶的煙霧形成物應(yīng)該盡量多傳給使用者。比較可取的是煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)上帶的煙霧形成物在2%重量以上，更好是帶15%重量以上，而最好20%重量以上可按總濕潤物質(zhì)粒子(WTPM)傳給使用者。
煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)還包括一種或一種以上揮發(fā)性香料，例如薄荷醇，咖啡因、酒液以及其它把香料加進(jìn)煙霧劑的媒劑。它也可以包括任何其它所需要的揮發(fā)性固體或液體材料。
正如前面指出的，本發(fā)明的吸煙制品也可以包含一個(gè)可以用于把煙草香料加到煙霧中的煙草的填料或填塞。比較可取的方法煙草可以放在煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)的口端，也就是它可以同煙霧形成物質(zhì)或載體混合。香味劑也可以另外加到吸煙制品中使傳送給使用者的煙霧加香料。
如果使用煙葉填料，熱的蒸汽穿過煙草床把煙草中揮發(fā)成分抽出并蒸發(fā)，而不必燃燒煙草。因此，這種的吸煙制品的使用會(huì)感受到含有天然煙葉的性質(zhì)和香味的煙霧，而沒有普通香煙所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物。
在另一方面，這些供選的試劑可以放置在煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)和接咀之間，例如在分隔的基質(zhì)內(nèi)或在從煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)通到接口通道的腔體內(nèi)，或則在任選的煙草填料處。如果需要的話，這些揮發(fā)試劑可以用作為煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)的部分或全部替代品，以便制品把非煙霧性香味或其它物質(zhì)傳送給使用者。
這里所揭示的制品類型可以加以使用或者可以加以修改用作為傳送藥物制品，用作為傳送麻黃素，二羥苯基異丙氨乙醇，特普他林那樣的藥理上或生理上的活性物質(zhì)或諸如此類物質(zhì)。
最好用于實(shí)施這個(gè)發(fā)明的導(dǎo)熱構(gòu)件典型是金屬箔，例如鋁箔，而厚度從大約不到0.01毫米到大約0.1毫米或者大于0.1毫米。導(dǎo)熱材料的厚度和(或)類型可以改變使獲得任何實(shí)際所需要的程度。正如描繪的實(shí)施方案所示，最好導(dǎo)熱元件與燃料元件和煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)的部分接觸或重疊，并且可以形成圍住煙霧形成物質(zhì)的容器。
根據(jù)本發(fā)明可以使用的絕熱部件一般包括象由玻璃，礬石，硅石，玻璃狀的物質(zhì)，礦渣棉，碳，硅，硼，有機(jī)聚合物，纖維素以及由這些材料混合而成的諸類物質(zhì)制造的有機(jī)和無機(jī)纖維。以墊塊，帶條或其它形式形成的非纖維的絕熱材料，例如硅石氣凝膠，珍珠巖，玻璃及諸如此類物質(zhì)也可以使用。較佳的絕熱構(gòu)件是有彈性的，以便摸擬一般香煙的感覺。這些材料主要起絕熱外套的作用使由燃燒的燃料元件所形成的熱量有效部分保持和引導(dǎo)到煙霧發(fā)生器。由于絕熱外套成為與燃燒的燃料元件熱鄰接，當(dāng)它熱到一定程度，它也能夠向煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)傳導(dǎo)熱。
通常較好的絕熱材料包括陶瓷纖維，例如玻璃纖維。二種特別佳的玻璃纖維以曼寧萊斯1000(Manninglas 1000)和曼寧萊斯1200(Manninglas 1200)牌號(hào)為代表，這二種牌號(hào)都可從紐約州特洛伊市曼寧紙品公司得到。一般絕熱纖維至少要裹住部分燃料元件，而對(duì)于制品的其它部分可隨意圍裹，使達(dá)到大約7-8毫米的最好直徑。這絕熱層的厚度從約0.5毫米至2.5毫米，最佳從大約1毫米至2毫米。當(dāng)有可能時(shí)，最好選用具有低軟化點(diǎn)的玻璃纖維材料，例如最好低于650℃。
當(dāng)絕熱材料是纖維制的，可在制品的口端采用一個(gè)攔阻機(jī)構(gòu)。這種攔阻機(jī)構(gòu)含有一個(gè)與纖維絕熱機(jī)構(gòu)鄰接的高密度醋酸纖維屑的環(huán)狀的構(gòu)件和該構(gòu)件在口端例如可以用膠水加以密封，以便阻斷空氣流過纖維屑。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施方案中，燃料一煙霧發(fā)生機(jī)構(gòu)組合裝在接咀上，它們是如圖中所示的，襯有金屬薄片的紙管或者醋酸纖維一塑料管，不過，接咀可以是分離式的，就象煙咀一樣。這個(gè)制品的元件提供把被蒸發(fā)的煙霧形成物引入使用者的通路。由于它的長度選在大約50-60毫米或更長一點(diǎn)，它使熱的火焰圓錐頭部離開使用者的口和手指。
合適的接咀應(yīng)該對(duì)煙霧形成物質(zhì)是惰性的，應(yīng)該有一個(gè)防水或液體的內(nèi)層，應(yīng)該通過凝聚或過濾提供最小煙霧損失及應(yīng)該在與制品的其它元件的界面處能夠耐溫。較佳的接咀包括圖1-3的襯有金屬薄片的管和在圖4-9的實(shí)施方案中采用的醋酸纖維管。其它合適的接咀對(duì)一般技術(shù)上熟練的那些人來講是明顯的。
本發(fā)明的接咀可以有一個(gè)任選的“過濾層”頭，用來給予制品一個(gè)普通香煙的外貌。這樣的過濾層有低密度醋酸纖維過濾層和有例如由聚丙烯制成的那些空心的或帶有障板的塑料過濾層。另外，制品的全長或其它任何部分都可用香煙紙緊緊包裹。
通過本發(fā)明提出的制品產(chǎn)生的煙霧在化學(xué)性能上是比較簡單的，它主要有空氣，碳的氧化物組成的，它帶有任何需要的香料和其它揮發(fā)物質(zhì)，水及微量其它物質(zhì)組成。由于本發(fā)明提出的制品產(chǎn)生總濕潤物質(zhì)粒子(WTPM)用艾米斯(Ames)試驗(yàn)測定沒有誘變活性。也就是將微生物暴露在本發(fā)明的產(chǎn)物中所產(chǎn)生的細(xì)胞變異數(shù)目與本發(fā)明的總濕潤物質(zhì)粒子(WTPM)之間沒有顯著的劑量應(yīng)答關(guān)系。根據(jù)艾米斯(Ames)試驗(yàn)的建議，如果存在明顯的劑量應(yīng)答則表明在測試的產(chǎn)品中存在誘變物質(zhì)。參見，艾米斯(Ames)等人，Mut Res31∶347-364(1975)納吉斯(Nagas)等人，Mut.Res.42∶335(1977)。
進(jìn)一步得益于本發(fā)明的最佳實(shí)施方案是在使用期間產(chǎn)生的灰同普通香煙的灰對(duì)照是比較少的。當(dāng)燃燒最好的燃料源時(shí)，它基本上轉(zhuǎn)變?yōu)樘嫉难趸?，具有相?dāng)少灰，而因此使用這制品時(shí)，不必除去灰。
本發(fā)明的吸煙制品將用參考下列有助理解本發(fā)明的實(shí)例進(jìn)一步加以描述，但是該些實(shí)例不認(rèn)作對(duì)它的限制。除非另有規(guī)定之外，這里所說的全部百分率都是重量百分比，所有溫度以攝氏度表示但是未經(jīng)校正。在所有情況下，吸煙制品有大約7-8毫米的直徑，即具有普通香煙的直徑。
例1吸煙制品是按照?qǐng)D1的實(shí)施方案構(gòu)成的。燃料元件是一個(gè)長25毫米木炭管，帶有5個(gè)用60號(hào)鉆頭鉆的0.040英寸(1.02毫米)的縱向通道。木炭重0.375克。燃料元件是用一般方法處理的香煙紙包裹?；|(zhì)是500毫克的玻璃小珠[平均直徑0.64英寸(1.63毫米)]，其表面涂有2滴約50毫克的甘油。當(dāng)玻璃小珠裝入管子里時(shí)，這基質(zhì)約長6.5毫米。襯有金屬薄片的管是由在4.25密耳(0.108毫寸)白色的繞成螺旋狀紙內(nèi)襯0.35密耳(0.0089毫寸)鋁箔層組成。這管子圍住燃料元件后部5毫米。圍繞周邊有四個(gè)槽的醋酸纖維短塊(8毫米)用于固住玻璃小珠對(duì)著燃燒源。8毫米長的附加槽紋式醋酸纖維過濾層插入管的口端使形成普通香煙的外形，制品的全長是大約70毫米。
在點(diǎn)火噴煙時(shí)，這種類型的樣品釋放相當(dāng)大量的煙霧，在2和3次噴煙時(shí)煙霧的量減少和在4到9次噴煙時(shí)就能很好釋放煙霧。當(dāng)在35毫升噴煙體積，每次噴煙持續(xù)2秒鐘和噴頻率60秒鐘用機(jī)械吸煙的FTC吸煙工藝規(guī)程下，這種類型的樣品一般產(chǎn)生5-7毫克的總濕潤物質(zhì)粒子(WTPM)。
例2A1用10毫米長壓制碳燃料元件和玻璃小珠基質(zhì)制成四個(gè)吸煙制品。燃料元件都由90%PCB-G和10%SCMC在大約5000磅(2273公斤)的外加載荷下形成，具有圖2A所示的錐形點(diǎn)火端。沿著每個(gè)元件的中心打一個(gè)0.040英寸(1.02毫米)單孔。四個(gè)燃料的三個(gè)用8毫米普通香煙紙的寬條加以包裹。將燃料元件插入圖1所描述的70毫米長襯有金屬薄片紙管內(nèi)2毫米。涂有丙三醇其量如表所示的玻璃小珠被插入襯有金屬薄片管的開口端并且用5毫米長具有一系列縱向延伸周邊槽的泡沫聚丙烯過濾層把玻璃小珠保持在對(duì)著燃料元件，5毫米長低效醋酸纖維過濾咀塊塞入每個(gè)制品的口端。在FTC吸煙條件下這些制品是機(jī)械方法抽煙和然后將總濕潤物質(zhì)粒子(WTPM)收集在一組劍橋填塞(Cambridgepad)中。這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果列示表一中。
例3圖2所示的四個(gè)吸煙制品是由具有在圖2A中表示的圓錐點(diǎn)火端的10毫米壓制碳燃料元件構(gòu)成的。燃料元件由90%PCB-G碳和10%SCMC，在大約5000磅(2273公斤)的外加載荷下制成在元件的中心鉆一個(gè)0.040英寸(1.02毫米)孔。煙霧形成物的基質(zhì)用由CT丹伯里(CT.Danbary)聯(lián)合碳化物公司出售的多孔碳PC-25加以切割和機(jī)加工成形。每個(gè)制品的基質(zhì)長約2.5毫米直徑約8毫米?；|(zhì)裝著平均大約27毫克的1∶1丙二醇一丙三醇混合物。其襯有金屬薄片管接嘴與例1中使用的那樣管具有同一類型，在它的燃料元件和襯底的后部2毫米處被封住。一個(gè)大約100毫克伯里蘭(Barley)煙草的塞子放在對(duì)著基質(zhì)的口端的位置。大約5毫米短的帶有障阻板的聚丙烯過濾塊放在襯有金屬薄片管的口端。一個(gè)32毫米長芯部帶空洞的聚丙烯管的醋酸纖維過濾塊放置在煙草和過濾塊之間。每個(gè)制品的全長是大約78毫米。
B)6個(gè)附加的制品實(shí)質(zhì)上按例3A構(gòu)成，但是基質(zhì)長度被增長到5毫米，以及通過基質(zhì)鉆一個(gè)0.40英寸(1.02毫米)孔。此外，這些制品沒有聚丙烯-醋酸纖維管。大約42毫克的丙三醇一丙二醇的混合物加到基質(zhì)中。另外，使用二個(gè)伯里蘭(Barley)煙草塞，每個(gè)大約100-150毫克。第一個(gè)位置對(duì)著基質(zhì)的口端，而其第二個(gè)位置對(duì)著過濾嘴塊。
C)四種附加制品除了使用近似100毫克含有6%重量的磷酸氫二銨的治感冒煙葉代替伯里蘭(Barley)煙葉塞子以外，基本上按照例3A構(gòu)成。
D)將例3A-C的吸煙制品使用標(biāo)準(zhǔn)艾米斯(Ames)試驗(yàn)。參見艾米斯(Ames)等人Mut.Res.31∶347-367(1975)按納加斯(Nagas)等人所修正的，Mut.Res.)42∶335(1977)和113∶173-215(1983).樣品3A及C作“吸煙”試驗(yàn)采用35毫升噴煙體積，2秒鐘持續(xù)噴煙及30秒鐘頻率噴煙的條件，在普通香煙吸煙機(jī)上作10次噴煙。例3B的煙制品除了使用60秒鐘頻率噴煙外，以同樣的方式作吸煙試驗(yàn)。每組制品只用一個(gè)過濾噴塞。這一情況提供下列表示各組制品的總濕潤物質(zhì)粒子。
總濕潤物質(zhì)粒子(WTPM)例3A 63.4毫克例3B 50.6毫克例3C 69.2毫克用于上述各個(gè)例子的過濾嘴含有收集到的總濕潤物質(zhì)粒子在二甲基亞礬(DMSO)中振動(dòng)30分鐘以便使總濕潤物質(zhì)粒子溶解。每個(gè)樣品然后稀釋到1毫克/毫升的濃度和“照原來樣子”使于艾米斯(Ames)試驗(yàn)。使用納加斯(Nagas)等人[Mut.Res.，42∶335-342(1977)]的工藝規(guī)程時(shí)將1毫克/毫升濃度的總濕潤物質(zhì)粒子用S-9活性系統(tǒng)摻合，加上標(biāo)準(zhǔn)的艾米斯(Ames)細(xì)菌細(xì)胞和在溫度37℃，并保持20分鐘加以培養(yǎng)。用于這個(gè)艾米斯(Ames)分析的細(xì)菌菌株是TA98鼠傷寒沙門氏菌。參看珀切斯等人。自然界(Nature).264∶624-627(1976).然后加培養(yǎng)基到混合物中，并制備平皿。培養(yǎng)皿在37℃保持2天加以擴(kuò)大培養(yǎng)和對(duì)培養(yǎng)物計(jì)算。每個(gè)平皿逐個(gè)加稀釋劑和把菌落的標(biāo)準(zhǔn)偏離相對(duì)于二甲基亞礬(DMSO)對(duì)照的培養(yǎng)物比較。正如表3所示，從任何的試驗(yàn)用的吸煙制品獲得的總濕潤物質(zhì)粒子沒有引起誘變作用。這可以通過每個(gè)平皿回復(fù)變異的平均數(shù)同從對(duì)照試驗(yàn)(0微克(ug)總濕潤物質(zhì)粒子(WTPM)/平皿)獲得的變異平均數(shù)加以查明。對(duì)于誘變的樣品。每平皿變異的平均數(shù)隨幅射劑量增加而增加。
表3劑量(微克ug 平均回復(fù)突 S.D(注)WTPM/平皿) 變/平皿對(duì)照 0 49.3 3.433 51.3 9.166 50.5 7.099 50.8 5.2132 51.5 10.1165 53.8 4.6198 48.3 4.6表3B劑量(微克ug 平均回復(fù)突 S.D(注)WTPM/平皿) 變/平皿對(duì)照 0 56 10.531.5 40 7.863 48.3 6.394.5 54.0 8.4126 39 4.7157 42.5 9.3189 43 9.1表3C劑量(微克ug 平均回復(fù)突 S.D(注)WTPM/平皿) 變/平皿對(duì)照 0 48.3 5.736 50.3 9.972 49.0 3.9108 55.3 4.5
144 43.0 6.4180 42.3 8.8216 44.3 7.8注標(biāo)準(zhǔn)偏差例45個(gè)吸煙制品按照?qǐng)D2所示構(gòu)成。每個(gè)制品具有如例3A所描述的10毫米壓制碳燃燒源。這個(gè)燃料元件有3毫米插入圖1所描述類型的70毫米長襯有鋁金屬薄片的一端。5毫米長截自纖維材料有限公司銷售的人造絲碳?xì)值奶細(xì)只|(zhì)，使用燃料源鄰接。這個(gè)基質(zhì)被加上平均大約97克的1比1丙三醇和丙二醇的混合物，大約3克的尼古丁及大約0.1克香味劑混合物。一段5毫米長摻混煙葉的部分同基質(zhì)的口端鄰接。一個(gè)5毫米長醋酸纖維過濾塊是位于襯有金屬薄片紙管的口端。
這些制品在FTC條件下用機(jī)器吸煙。這些制品吸出的煙霧被收集在單獨(dú)的劍橋填塞DMSO中使它的(Cambridge pad)中(133.3毫克總濕潤物質(zhì)粒子)，溶在最終濃度達(dá)到每毫升含1毫克總濕潤物質(zhì)粒子和使用下列每一種的菌株，并按照例3D所指述的過程作艾米斯(Ames)活性測試鼠傷寒沙門氏菌TA1535，1537，1538，98和100。正如在表4所示沒有由試驗(yàn)的制品中收集的總濕潤物質(zhì)粒子引起的誘變的活性。
表4TA1535 TA1537劑量(注) 平均回 劑量(注) 平均回復(fù)突變 復(fù)突變對(duì)照 0 16 對(duì)照 0 1425 13 25 1350 14 50 1475 17 75 11100 14 100 13125 13 125 14150 12 150 13TA1538 TA98劑量(注) 平均回 劑量(注) 平均回復(fù)突變 復(fù)突變對(duì)照 0 15 對(duì)照 0 6125 13 25 6250 22 50 4775 16 75 42100 20 100 44125 19 125 39150 19 150 40TA100劑量(注) 平均回復(fù)突變對(duì)照 0 11025 10950 10575 99100 107
125 107150 109注微克(ug)總濕潤物質(zhì)粒子(WPTM)/平皿。
例5圖2所示的吸煙制品由一個(gè)如圖2A所示的10毫米長壓制碳燃料塞構(gòu)成，但是不帶煙葉，燃料元件是由90%PCB-G活性炭和10%作為粘結(jié)劑的SCMC，在大約5000磅(2273公斤)的外加載荷下壓制成的。這燃料元件有一個(gè)0.040英寸(1.02毫米)的縱向通道?；|(zhì)是由聯(lián)合碳化物公司的PC-25制的10毫米長的多孔性塞。它鉆有一個(gè)0.029英寸(0.74毫米)軸向孔和裝有40毫米的1比1丙二醇和丙三醇的混合物。正如例1所說，襯有金屬片的紙管圍繞燃料元件的后部2毫米，并形成接口。制品沒有過濾頭，但它用普通香煙紙加以包裹。制品的全長80毫米。
圖10中這個(gè)制品的平均最高溫度是以噴煙和冒煙兩種情況來表示的。正如所示，在燃料元件的后部和接口之間溫度急驟下降。這證明在使用這發(fā)明的產(chǎn)品時(shí)沒有使人不愉快的燃燒感覺。
例6一種吸煙制品是按照?qǐng)D3的實(shí)施方案構(gòu)成的。燃料元件是長19毫米吹管活性炭塊，不帶縱向通道。一個(gè)長28毫米直徑1/8英寸(3.2毫米)鋁棒埋入燃料元件15毫米。進(jìn)入基質(zhì)的鋁棒部分切有四個(gè)90°相間分布的9毫米×0.025英寸(0.64毫米)周緣槽?；|(zhì)是長8毫米聯(lián)合碳化物公司PC-25碳。鋁棒的槽從基質(zhì)的端部向燃料延伸大約0.5毫米?；|(zhì)裝滿150毫克的丙三醇。用例1同樣的襯有金屬薄片管圍住燃料元件后面部分。在燃料元件的非燃燒端和襯底之間留有空隙?？紤]到空氣的流動(dòng)，有一系列的孔可貫穿襯有金屬管進(jìn)入這個(gè)空隙區(qū)。類似的吸煙制品用壓制炭塞構(gòu)成。
例7一種吸煙制品是按照?qǐng)D4所示由碳化棉纖維的燃料源構(gòu)成的，四股棉花的細(xì)條緊緊地編織在一起，形成具有0.4英寸(10.2毫米)直徑的繩子。把這個(gè)材料放于加熱到950℃的氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛爐內(nèi)。它需要1.5小時(shí)達(dá)到這溫度，并保持半小時(shí)。一段16毫米塊截自這個(gè)熱解材料作燃料元件，并用一針頭穿一個(gè)2毫米軸向孔[16]。燃料元件插入一根20毫米長例1所述的襯有金屬薄片的紙管2毫米。100毫克顆粒狀含有60毫克1比1丙二醇一丙三醇混合物的聯(lián)合碳化物公司PC-25塞入襯有金屬薄片紙管里。一個(gè)大約60毫米至5毫米長煙葉塞直接地放置在襯有金屬薄片管內(nèi)顆粒狀基質(zhì)襯底的后面。一個(gè)48毫米長帶有內(nèi)徑4.5毫米聚丙烯的環(huán)形醋酸纖維管插入襯有金屬薄片管3毫米。第二個(gè)長50毫米襯有金屬薄片的管插過醋酸纖維管直到同20毫米襯有金屬薄片的管接合為止。一個(gè)5毫米長醋酸纖維過濾塞被插入這第二個(gè)襯有金屬薄片管的端部。全長是84毫米。但點(diǎn)燃后，這個(gè)制品產(chǎn)生相當(dāng)大量帶煙葉香味的煙霧開頭六次的噴煙。
例8吸煙制品是具有實(shí)質(zhì)上如例7描述的15毫米長纖維燃料元件按照?qǐng)D5所示構(gòu)成的。長的容器[62]是由15毫米長4密耳(0.10毫米)厚鋁箔片組成的，其卷邊使形成12毫米長的容器。這個(gè)長的容器疏松地填滿100毫米從聯(lián)合碳化物公司購得顆粒的PC-60碳及60毫克摻合的煙葉。這種顆粒狀的碳用60毫克的1比1丙二醇和丙三醇的混合浸漬。用85毫米長普通香煙紙片把長的容器，燃料元件和接嘴組裝起來。
例9吸煙制品具有含90%PXC碳和10%SCMC的長毫米壓制碳燃料元件構(gòu)成的?？v向通道直徑就0.040英寸(1.02毫米)。這個(gè)燃燒填塞被插入17毫米長襯有鋁箔的管內(nèi)，以使3毫米的燃料元件在管內(nèi)。一個(gè)3.5密耳(0.089毫米)鋁箔制的8毫米直徑帶直徑0.049英寸(1.24毫米)中心孔的圓盤，插入管的另一端及和燃料源的端部對(duì)接。
把聯(lián)合碳化物公司的PG-60碳制成粒狀并篩取級(jí)別-6-+10目的顆粒。80克的這種材料用作基質(zhì)和80克1比1的丙三醇和丙二醇的混合物加到這基質(zhì)上。把浸漬過的顆粒插入金屬薄片管明安置在靠著燃料源端部的金屬薄片圓盤上。50克摻和的煙葉疏松地位于和基質(zhì)的顆粒層對(duì)接。一個(gè)有0.049英寸(1.24毫米)中心孔的輔助金屬薄片圓盤插入金屬薄片管到煙葉的端部。帶有例7所說的空心聚丙烯管的長的空心醋酸纖維插入襯有金屬薄片管3毫米。第二個(gè)襯有金屬薄片管插在醋酸纖維棒上到和17毫米襯有金屬薄片管的端部相接。
當(dāng)在FTC條件下吸煙時(shí)，這種樣品在開始三次噴煙中釋放11.0毫克的煙霧。九次噴煙總釋放煙霧24.9毫克。
例10具有圖7的燃料元件和基質(zhì)形式的吸煙制品是使用內(nèi)徑4毫米左右和外徑8毫米左右的17毫米長環(huán)狀壓制燃料元件制成的。這燃料由90%PCB-G活性碳和10%SCMC組成?；|(zhì)是由聯(lián)合碳化物公司的PC-25碳制成它的外徑4毫米左右長12毫米。載有55毫克1比1的丙二醇和丙三醇混合物的基質(zhì)插入緊靠制品的口端的燃料元件端部里面。這種燃料一基質(zhì)的組合件有7毫米插入在口端塞有短醋酸纖維過濾頭的70毫米襯有金屬薄片管中。制品的長度是77毫米左右。
制品在頭三次噴煙及其整個(gè)燃料元件的有效期間都能釋放相當(dāng)大量的煙霧劑。
例11圖9的改進(jìn)型的吸煙制品接下列步驟制作具有4.5毫米直徑和1毫米直徑縱向通道的9.5毫米長的碳燃料源是由10%SCMC，5%碳酸鉀和85%的和10%水混合的碳化紙擠壓成的。這混合物具有生面團(tuán)狀稠度并被喂入擠壓機(jī)中。已被擠壓的材料在80℃經(jīng)一個(gè)晚上干燥以后截成預(yù)定的長度。長的容器是由長22毫米，厚0.1089毫米加工成4.5毫米內(nèi)徑的圓柱筒的鋁材所構(gòu)成的。長的容器填充(a)70毫克的含有50毫克的丙二醇和丙三醇的1比1混合物的蛀石及(b)30毫克的加有6%丙三醇和6%丙二醇的伯里蘭(Burley)煙草。燃料源和長的容器是通過把燃料源插入長的容器的端部中約2毫米加以接合的。一根35毫米長的內(nèi)徑4.5毫米的聚丙烯管插入長的容器的另一端。燃料源、長的容器和聚丙烯管是由此接合形成65毫米長，4.5毫米直徑的并合體。這并合體用若干層來自曼寧紙品公司的曼寧萊斯1000包裹直到周長達(dá)到24.7毫米為止。然后，這裝置同5毫米長的醋酸纖維過濾頭結(jié)合及用香煙紙加以包裹。當(dāng)在FCT條件下吸煙時(shí)，制品在初始三次噴煙內(nèi)釋放8毫克WTPM，在4-6次噴煙內(nèi)釋放7毫克總濕潤物質(zhì)粒子(MTPM)和在7-9次噴煙內(nèi)釋放5毫克總濕潤物質(zhì)粒子(WTPM)。在9次噴煙內(nèi)總釋放煙霧是20毫克。當(dāng)水平地放置在一張薄紙上。這制品不會(huì)點(diǎn)燃或者甚至燒焦這張薄紙。
權(quán)利要求
1.一種吸煙制品的碳燃料元件該燃料元件具有按重量計(jì)至少80%的含碳量、至少一縱向通道和小于大約30毫米的長度。
2.一種吸煙制品的碳燃料元件該燃料元件具有至少0.5克/厘米的密度，介于3毫米和8毫米的直徑和小于30毫米的長度。
3.一種吸煙制品的碳燃料元件該燃料元件具有介于3毫米和8毫米的直徑，小于30毫米的長度和一圓錐形的碳質(zhì)點(diǎn)火端。
4.制備吸煙制品的碳燃料元件的方法包括下列步驟(a)將人造纖維或紙的原料熱解成碳;(b)把包括所述的碳和粘結(jié)劑的混合物制成所述燃料元件的形狀;(c)熱解前述已形成燃料元件的混合物使粘結(jié)劑轉(zhuǎn)變成碳。
5.制備吸煙制品的碳燃料元件的方法包括下列步驟(a)把包括碳和粘結(jié)劑的混合物制成燃料元件的形狀，所述的粘結(jié)劑是從包括纖維衍生物或樹膠的小類中挑選出來的;(b)熱解前述已形成燃料元件的混合物使將粘結(jié)劑轉(zhuǎn)變成碳。
6.制備吸煙制品的碳燃料元件的方法包括下列步驟(a)把含有按燃料元件的重量計(jì)總計(jì)至少80%左右的碳和粘結(jié)劑制備成所述燃料元件的形狀;(b)熱解前述已形成燃料元件的混合物使將粘結(jié)劑轉(zhuǎn)變成碳。
全文摘要
本發(fā)明涉及產(chǎn)生類似煙草煙霧的吸煙制品，而它僅含有最小限度的不完全燃料和高溫分解產(chǎn)物。本吸煙制品包括一個(gè)短的可燃碳素燃料元件，一個(gè)能忍受煙霧生成物質(zhì)的熱穩(wěn)定的基質(zhì)，一個(gè)使燃料元件的一部分和基質(zhì)接觸的熱傳導(dǎo)構(gòu)件和一個(gè)至少要圍住一部分燃料的絕熱外套。本吸煙制品的煙霧“煙”在化學(xué)上是簡單的道具按照艾米斯(Ames)試驗(yàn)測定不具有明顯的誘變活性。
文檔編號(hào)A24D1/18GK1051492SQ90103438
公開日1991年5月22日 申請(qǐng)日期1985年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1984年12月21日
發(fā)明者安德魯·杰克遜·西薩鮑夫·杰耳, 亨利·托馬斯·里丁斯, 約翰·休斯·雷諾茲, 米歇爾·載維·沙恩諾, 錢德雷·庫馬·貝尼吉, 厄尼斯·吉爾伯特·法雷爾 申請(qǐng)人:美國耳杰瑞諾茲煙草公司