包含非等軸碳酸鈣微粒的煙草材料的制作方法
【專利摘要】提供了一種由包括煙草非等軸沉淀碳酸鈣微粒的煙草材料形成的煙制品。非等軸微粒的平均直徑通常為約50納米至約3微米，在一些實施方案中為約80納米至約1微米，在一些實施方案中為約100納米至約400納米，以及在一些實施方案中為約200納米至約300納米。這樣的非等軸顆粒可以具有細長的形態(tài)以使得微粒的長度大于直徑。這可以由微粒的“長寬比”（長度除以寬度）來表征，長寬比通常為約1至約15，在一些實施方案中為約2至約12，以及在一些實施方案中為約3至約10。例如，微粒的平均長度在約100納米至約8微米的范圍內(nèi)，在一些實施方案中為約300納米至約5微米，在一些實施方案中為約500納米至約4微米，以及在一些實施方案中為約1微米至約3微米。
【專利說明】包含非等軸碳酸鈣微粒的煙草材料
【背景技術】
[0001]煙制品，例如卷煙，通常通過用包卷紙將煙草卷成柱形而制成。煙制品在一端通常包括通過其抽吸該制品的過濾嘴。使用粘合到包卷紙上的接裝紙將過濾嘴附接到煙制品。當抽吸制品時，生成通過過濾嘴吸入的主流煙。主流煙可以包含給煙制品提供特別味道的多種成分，其不僅包含由一個人的味覺察覺到的感覺，還包含由一個人的嗅覺察覺到的感覺。
[0002]然而，在來自煙制品的主流煙中的某些煙成分可能是不希望的。因此，對減少霍夫曼(Hoffmann)分析物已經(jīng)進行了大量的研究。例如，HajaliRol等人的美國專利公開第2003/0041867號中描述了煙混合物，該煙混合物包括煙草和用于煙混合物在燃燒/熱解時降低其燃燒部分的溫度的細碎的無機顆粒材料。根據(jù)Haialig0I等人，這種溫度的降低減少了由煙混合物的燃燒/熱解而產(chǎn)生的高溫產(chǎn)物(例如一氧化碳、氮氧化物和碳氫化合物)。合適的無機材料可以包括:例如，石墨、富勒烯、碳泡沫、石墨泡沫、活性炭、二氧化鈦、氧化鋁、碳酸鈣以及碳酸鎂。顆粒的尺寸優(yōu)選為小于I微米。雖然這樣的細碎的無機顆粒理論上可以提供較大程度的分析物減少，然而這些顆粒太小而不能在大多數(shù)煙草工藝中實際使用。另一方面，大顆粒一般不是很有效。
[0003]因此，目前存在對于可以以高效和有成本效益的方式形成改進的煙草產(chǎn)品的需求，并且仍然在由產(chǎn)品產(chǎn)生的主流煙中呈現(xiàn)出一個或更多個霍夫曼分析物的減少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，公開了一種包括煙草材料的煙制品。該煙草材料包括約5wt%至約60wt%的沉淀碳酸鈣微粒。碳酸鈣微粒是非等軸的,其平均直徑為約50納米至約3微米并且長寬比為約I至約15。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，公開了一種用于形成在煙制品中使用的煙草材料的方法。該方法包括將煙草與溶劑混合以形成可溶部分和不可溶部分。該不可溶部分與沉淀碳酸鈣微粒接觸以形成煙草材料。碳酸鈣微粒是非等軸的，其平均直徑為約50納米至約3微米并且長寬比為約I至約15。
[0006]下面對本發(fā)明的其它特征和方面進行了更詳細的陳述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]本發(fā)明完整的并且能夠公開的內(nèi)容，包括對本領域技術人員而言的本發(fā)明的最佳模式，在說明書的其余部分，包括參考附圖中更具體地進行了陳述，在附圖中:
[0008]圖1是根據(jù)本發(fā)明制造的煙制品的立體圖；以及
[0009]圖2是圖1中所示的煙制品的分解圖。
[0010]在本發(fā)明說明書和附圖中的附圖標記的重復使用旨在表示本發(fā)明的相同或類似的特征或者元件。【具體實施方式】
[0011]本領域的技術人員應了解當前討論的僅僅是示例性實施方案的描述，并非意在限制本發(fā)明更廣泛的方面。
[0012]一般說來，本發(fā)明涉及由包括煙草和無機氧化物填料的煙草材料形成的煙制品。對于無數(shù)種不同可能的類型和尺寸的無機氧化填料，本發(fā)明人已經(jīng)驚奇的發(fā)現(xiàn)沉淀碳酸鈣微?？梢詫τ芍破樊a(chǎn)生的主流煙中的霍夫曼分析物(例如焦油、尼古丁和一氧化碳)的減少具有協(xié)同作用。如本文所使用的，術語“沉淀”指的是使用各種已知工藝合成的碳酸鈣微粒。這是相對于自然來源于石灰石中的“研磨”碳酸鈣而言的。本發(fā)明的沉淀顆粒是非等軸的并且因此具有不同的尺寸。非等軸的微粒的平均直徑(“dp”)可以為，例如，約50納米至約3微米，在一些實施方案中為約80納米至約I微米，在一些實施方案中為約100納米至約400納米，以及在一些實施方案中為約150納米至約350納米。對于非等軸顆粒，單個顆粒的平均直徑是該顆粒的最小的尺寸，并且可以使用如Lea-Nurse法(標準NFX11-601，1974)的各種已知的技術進行測量。平均顆粒直徑(dp)可以從得自Lea和Nurse法的質量面積(massicarea, Sm)中獲得。在某些情況下，dp和Sm之間的關系可以由下式確定:dp=6/( P SM),其中P是碳酸鈣的密度，例如，方解石的為2.71，文石的為2.94。這樣的方法也在Nover等人的美國專利公開第2009/0124745號和Ricaud等人的美國專利公開第2007/0287758號中有所描述，其全部內(nèi)容用于所有的相關目的通過引用而合并到本申請中。平均直徑還可以使用電子顯微鏡測定。此外微粒的D5tl顆粒直徑可以為約100納米至約8微米，在一些實施方案中為約300納米至約5微米，在一些實施方案中為約500納米至約4微米，以及在一些實施方案中為約I微米至約3微米。術語“D5(l”是指顆粒的至少50%具有在所指范圍內(nèi)的直徑。
[0013]非等軸微粒通常具有細長的形態(tài)，使得微粒的最大尺寸(長度)大于平均直徑。這可以由微粒的“長寬比”(長度除以寬度)來表征，長寬比通常為約I至約15，在一些實施方案中為約2至約12，以及在一些實施方案中為約3至約10。例如，微粒的平均長度可以在約100納米至約8微米的范圍內(nèi)，在一些實施方案中在約300納米至約5微米的范圍內(nèi)，在一些實施方案中在約500納米至約4微米的范圍內(nèi)，以及在一些實施方案中在約I微米至約3微米的范圍內(nèi)。無意于受理論的限制，認為這樣的細長微粒可以獲得小微粒的益處(例如，較高的表面積和窄粒度分布)，但是由于其較大的長度也能更好的保留在煙草材料中。這可以為微粒在整個煙草材料中提供更均勻的分布，其反過來允許以高于研磨碳酸鈣的其它可能的量來使用微粒。此外，這可以提高霍夫曼分析物可被減少的程度。例如，細長的碳酸鈣微?？梢詷嫵蔁煵莨不煳锏募s5wt%至約60wt%,在一些實施方案中約10wt%至約50wt%,以及在一些實施方案中約20wt%至約40wt%，同時煙草可以構成煙草共混物的約40wt%至約95wt%，在一些實施方案中為約50wt%至約90wt%，以及在一些實施方案中為約60wt%至約80wt%o如本文中所使用的，術語“煙草”可以包括各種不同的煙草形式，包括莖、粉末、再造煙草、膨脹煙草、煙草提取物、其共混物以及其它含煙草的材料。
[0014]非等軸碳酸鈣微粒通?？梢允褂帽绢I域已知的任意沉淀技術來合成。例如，微?？梢酝ㄟ^包括使二氧化碳與氫氧化鈣溶液相接觸的合成沉淀反應來制備，氫氧化鈣溶液最通常通過形成氧化鈣(也被稱為生石灰)的水性懸浮液來提供，以及氫氧化鈣的懸浮液通常被稱為石灰乳。根據(jù)反應的條件，得到的微?？梢猿尸F(xiàn)各種形式，包括穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的多晶形兩者。事實上，沉淀碳酸鈣通?？纱頍崃W不穩(wěn)定的碳酸鈣材料。因此，當在本發(fā)明的上下文中提及時，沉淀碳酸鈣可以包括由氫氧化鈣的漿體的碳酸鹽化而獲得的合成碳酸鈣產(chǎn)物，當所述氫氧化鈣的漿體源自水中的細碎的氧化鈣顆粒時，在本領域中通常被稱為石灰漿或石灰乳。當然，可以實施其它的添加劑、沉淀條件或在該沉淀之前或之后的步驟。
[0015]碳酸鈣可以是基本上非晶的或基本上結晶的。術語“基本上非晶的”或“基本上結晶的”應理解為是指當通過X射線衍射技術分析時，按重量計大于50%的碳酸鈣為非晶的或結晶的材料形式。基本上結晶的碳酸鈣是優(yōu)選的。碳酸鈣可以由方解石、球霰石或文石或這些結晶品種中的至少兩種的混合物組成。方解石品種是優(yōu)選的。結晶形態(tài)也可以變化，如偏三角面體或菱面體。偏三角面體結晶形態(tài)尤其適合。
[0016]細長的碳酸鈣微粒通常具有高純度水平，如至少為約95wt%，在一些實施方案中為至少約98wt%，以及在一些實施方案中為至少約99wt%。這樣高純度的碳酸鈣一般是精細的，并且因此提供了更加受控的和窄的顆粒尺寸以便改進煙草共混物中的微粒的分布。微粒也可以呈現(xiàn)出相對高的比表面積。例如，比表面積可以為約2平方米每克(“m2/g”)或更大，在一些實施方案中可以為約3m2/g至約20m2/g，以及在一些實施方案中可以為約4πι2&至約12m2/g。“比表面積”可以通過Journal of American Chemical Society (美國化學學會期刊)，卷60,1938,頁309中Bruanauer, Emmet和Teller白勺物理氣體吸附(B.Ε.T.)法來確定，使用氮氣作為吸附氣體(此外參見標準IS09277，第一版，1995-05-15)。例如，可以通過對在吸附體和惰性載氣(例如氦)的流動混合物的熱導率的變化進行感應來測量吸附在固體表面上的吸附氮氣氣體的量的裝置來測量比表面積。
[0017]沉淀碳酸鈣微粒可以可選地涂覆有改性劑(例如脂肪酸，如硬脂酸或山崳酸)以促進大量微粒的自由流動以及使其易于分散到煙草共混物中。然而，在某些實施方案中，可能希望使用未經(jīng)涂覆的微粒以盡可能減小在制品的抽吸期間涂覆材料可能進行的反應。
[0018]非等軸碳酸鈣微粒與煙草組合以形成共混物的方式是可變的，這在本領域中是已知的。例如，在一個實施方案中，包含有煙草莖(例如烤煙莖)、粉末和/或來自煙草制造工藝的其它煙草副產(chǎn)物的煙草配料最初與溶劑(例如水和/或其它化合物)混合。與水混溶的不同的溶劑，如醇(例如乙醇)，可以與水組合以形成水性溶劑。在一些情況下，水性溶劑的水含量可以大于溶劑的50wt%，特別地大于溶劑的90wt%?？梢允褂萌ルx子水、蒸餾水或自來水。在懸浮液中的溶劑的量可以變化很大，但是一般地加入量為懸浮液的約50被％至約99wt%，在一些實施方案中為懸浮液的約60wt%至約95wt%，以及在一些實施方案中為懸浮液的約75wt%至約90wt%。然而，溶劑的量可以隨著溶劑的性質、實施提取的溫度以及煙草配料的類型而變化。
[0019]在形成溶劑/煙草配料混合物之后，配料混合物的可溶部分中的一些或全部可以任選地從混合物中分離(例如提取)出來。在提取期間可以通過攪拌、振蕩或以其它方式混合混合物來攪動水性溶劑/煙草配料混合物以提高提取的速率。通常，提取進行約一個半小時至約6個小時。提取溫度的范圍可以為約10°C至約100°C。使用如真空蒸發(fā)器的任意已知類型的濃縮器可選擇地濃縮可溶部分。如果需要的話，在從配料中提取之前、期間和/或之后，沉淀碳酸鈣微粒可以與可溶部分混合。所得的混合的可溶部分可以單獨用作煙草產(chǎn)品(例如調(diào)味材料)或者所得的混合的可溶部分隨后可以與其它材料組合以形成煙草產(chǎn)品。同樣地，應該理解沉淀碳酸鈣微?？梢耘c煙草材料的不可溶部分共混。[0020]在一個實施方案中，使用如噴涂、使用上漿輥、浸潰等不同的應用方法可以將可溶部分與不可溶部分(例如紙張、煙草共混物、不可溶殘余物等)復合。為此，可以通過上述提取的固體部分來形成不可溶部分，其可能經(jīng)歷一個或更多個機械磨漿以生成纖維漿料。合適的磨漿機的一些實施例可以包括圓盤磨漿機、錐形磨漿機等。然后來自磨漿機的漿料可以被轉移到包括成型裝置的造紙站(未圖示)，該成型裝置可以包括例如成型網(wǎng)、重力排水、抽吸排水(suction drain)、毛租壓燙、楊克式(Yankee)烘缸、滾筒干燥機等。在這樣的成型裝置中，紙漿被鋪設在鋼絲膠帶上形成片狀形狀并且通過重力排水和抽吸排水以及壓力機將過量的水移除。然而，當與不可溶部分復合時，所得的煙草產(chǎn)品通常被稱為“再造煙草”。再造煙草通?？梢砸愿鞣N方式形成。例如，在一個實施方案中，可以利用帶式鑄造以形成再造煙草。帶式鑄造通常采用細碎的煙草部分的漿料和涂覆在鋼帶上的然后被干燥的粘合齊U。在干燥之后，紙張與天然煙草條或絲共混并用于各種煙草產(chǎn)品中，包括用于卷煙填料。用于生產(chǎn)再造煙草的工藝的一些實施例在美國專利第3，353，541號、第3，420，241號、第3，386，449號、第3，760，815號和第4，674，519號中描述，其全部內(nèi)容用于所有的相關目的通過引用而合并到本申請中。再造煙草也可以通過造紙工藝而形成。根據(jù)該工藝用于形成再造煙草的工藝的一些實施例在美國專利第3，428，053號、第3，415，253號、第3，561，451號、第 3，467，109 號、第 3，483，874 號、第 3，860，012 號、第 3，847，164 號、第 4，182，349 號、第5，715，844號、第5，724，998號和第5，765，570號中所有描述，其全部內(nèi)容用于所有的相關目的也通過引用而合并到本申請中。例如，使用造紙技術形成再造煙草可以包括以下步驟:將煙草與水混合、從其中提取出可溶性成分、濃縮可溶性成分、提煉煙草、形成卷紙、再次施用濃縮的可溶成分、干燥并且脫粒(threshing)。
[0021]此外，各種其它成分，如香料或顏色處理也可以應用在卷紙上。在一些實施方案中，如果應用了可溶部分和/或其它成分，那么然后可以使用例如隧道式干燥機來干燥纖維紙張材料以提供通常具有按重量計的水分含量小于20%，特別地按重量計水分含量為約9%至約14%的紙張。隨后，紙張可以被切割成所需尺寸和/或形狀并且干燥至所需的最終水分含量。
[0022]盡管上面已經(jīng)描述了用于將沉淀碳酸鈣微粒與煙草結合的各種實施方案，但是應該理解該微粒通?？梢砸匀魏纹谕姆绞脚c煙草接觸。例如，在一些實施方案中，當其形成時，微粒可以被添加到濕的紙張上。也應該理解，如果需要，微?？梢员粦迷诠に嚨囊粋€以上的階段中。
[0023]作為本發(fā)明的結果，發(fā)現(xiàn)了在煙草煙霧中的一個或更多個霍夫曼分析物(例如焦油、尼古丁、一氧化碳等)的含量可以選擇性減少。例如，發(fā)現(xiàn)了當與本發(fā)明的沉淀碳酸鈣微粒接觸時，尼古丁、一氧化碳和/或焦油的總含量可以減少最初總水平的至少20%，在一些實施方案中至少約40%，以及在一些實施方案中，約60%至約100%。
[0024]另外，根據(jù)本發(fā)明的煙草由此可以形成明顯改進的煙草產(chǎn)品。如本文中所使用的，術語“煙草產(chǎn)品”是指包括煙制品(例如卷煙、雪茄、細切的煙制品、煙斗等)、煙草添加劑(例如用作食用香料等)等。例如，當產(chǎn)生經(jīng)降低水平的霍夫曼分析物的煙草被引入到煙制品中時，由煙制品產(chǎn)生的煙霧也可以包括較低含量的該分析物。僅為了說明目的，一種這樣的煙制品示出在圖1至圖2中。如圖所示，煙制品10包括包含有根據(jù)本發(fā)明的煙草和沉淀碳酸鈣微粒(未圖示)的共混物的煙草柱12。煙制品10也可以包括包卷材料14，當圍繞煙草柱12包卷時，包卷材料14限定外圓周表面16。制品10還可以包括可以由接裝紙封閉的過濾嘴26。正如本領域中已知的，包卷材料可以由纖維素纖維和填料制成。
[0025]可以通過下述實施例更好的理解本發(fā)明。
[0026]實施例1
[0027]經(jīng)脫粒的白肋煙莖(1:11代8116(1 burley stem) (75%)和維吉尼亞碎片(Virginiascraps) (25%)的混合物以按重量計為I比5的煙草/水的比率在60°C下初步加熱20分鐘。隨后是在液壓機中的提取步驟以將含水部分從煙草纖維部分中分離出來。回收的煙草纖維部分再次以按重量計為I比5的煙草/水的比率在60°C下加熱10分鐘。在附加的提取(通過壓制)之后，木漿被添加到煙草纖維殘渣中。然后在瓦利(Valley)打漿機中以4%的稠度對這些樣品進行提煉55分鐘。生成的原料被用來制造具有下述五種不同碳酸鈣的引入(或不引入)的紙(handsheet):[0028]樣品T:控制為沒有填料
[0029]樣品A:在成品中有25%的填料(平均顆粒直徑為290nm (通過滲透性方法)和Dki顆粒尺寸為2 μ m的偏三角面體沉淀碳酸鈣)；
[0030]樣品B:在成品中有25%的填料(平均顆粒尺寸為70nm的蓮座型沉淀碳酸鈣)；
[0031]樣品C:在成品中有25%的填料(D5tl顆粒尺寸為0.9 μ m的研磨碳fef丐)；
[0032]樣品D:在成品中有25%的填料(平均顆粒尺寸為12 μ m的沉淀碳酸鈣)；以及
[0033]樣品E:在成品中有25%的填料(平均尺寸為12 μ m并且D5tl顆粒尺寸為5.3 μ m的研磨碳酸鈣)。
[0034]含水部分在蒸發(fā)器中濃縮至50%的固相含量并且然后涂覆在手動施膠壓榨上的紙上。在干燥的成品中的可溶性水平通常為在27%與37%之間。經(jīng)涂覆的紙在板式干燥機上被干燥。將紙切碎以形成具有由該碎片的50%和50%的商業(yè)美國混合的卷煙。卷煙長度為84mm (煙蒂長度為28mm并且紙透氣度為50C0RESTA的管狀體)以及周長為25mm。卷煙重量大約為990毫克。卷煙在傳統(tǒng)機器上以每分鐘抽吸I 口 35ml的量以及2秒的持續(xù)時間進行抽吸。對于再造煙草的各種成分的煙霧的分析給出了針對焦油、一氧化碳以及甲醛的下述結果:
[0035]
【權利要求】
1.一種包括煙草材料的煙制品，其中所述煙草材料包括約5wt%至約60wt%的沉淀碳酸鈣微粒，其中所述碳酸鈣微粒是非等軸的，所述微粒的平均直徑為約50納米至約3微米并且所述微粒的長寬比為約I至約15。
2.根據(jù)權利要求1所述的煙制品，其中所述碳酸鈣微粒的平均直徑為約100納米至約400納米。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的煙制品，其中所述碳酸鈣微粒的平均長度為約100納米至約8微米。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的煙制品，其中所述碳酸鈣微粒的平均長度為約500納米至約4微米。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的煙制品，其中所述碳酸鈣微粒的長寬比為約2至約12。
6.根據(jù)權利要求1所述的煙制品，其中所述碳酸鈣微粒占所述煙草材料的約10被％至約 50wt%。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的煙制品，其中煙草占所述煙草材料的約40被％至約 95wt%。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的煙制品，其中所述碳酸鈣微粒在整個所述煙草材料中均勻地分布。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的煙制品，其中所述碳酸鈣微粒具有偏三角面體結晶形態(tài)。
10.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的煙制品，其中所述碳酸鈣微粒的比表面積為約3m2/g 至約 20m2/g。
11.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的煙制品，其中所述碳酸鈣微粒是未經(jīng)涂覆的。
12.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的煙制品，其中所述煙草材料包括再造煙草。
13.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的煙制品，其中所述煙草材料被成形為柱，并且其中包卷材料圍繞所述柱。
14.一種用于形成在煙制品中使用的煙草材料的方法，所述方法包括將煙草與溶劑組合以形成可溶部分和不可溶部分，以及使所述可溶部分與沉淀碳酸鈣微粒接觸以形成煙草材料，其中所述碳酸鈣微粒是非等軸的，所述微粒的平均直徑為約50納米至約3微米并且所述微粒的長寬比為約I至約15。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，還包括在使所述可溶部分與所述碳酸鈣微粒接觸之前，將所述不可溶部分分離于所述可溶部分。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，還包括將所述煙草材料與所述不可溶部分復合。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中在所述不可溶部分與所述煙草材料復合之前，將所述不可溶部分形成為片狀材料。
18.一種由權利要求14至17中任一項所述的方法制造的煙制品。
【文檔編號】A24B15/28GK103607912SQ201280028266
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年6月8日 優(yōu)先權日:2011年6月10日
【發(fā)明者】斯特凡·魯亞爾, 迪亞娜·M·拉韋爾迪-朗貝爾, 克里斯托夫·里古萊, 約翰·吉東, 塞德里克·魯索 申請人:施韋特-莫迪國際公司