与气雾产生装置一起使用的气雾产生制品的制作方法

1.本发明实施例涉及加热不燃烧烟草制品领域，尤其涉及一种与气雾产生装置一起使用的气雾产生制品。


背景技术：

2.烟制品(例如，香烟、雪茄等)在使用过程中燃烧烟草以产生烟草烟雾。人们试图通过制造在不燃烧的情况下释放化合物的产品来替代这些燃烧烟草的制品。
3.此类产品的示例为加热装置，其通过加热而不是燃烧材料来释放化合物。例如，该材料可为烟草或其他非烟草产品，这些非烟草产品可包含或可不包含尼古丁。作为另一示例，存在有通过围绕烟草产品周向进而对烟草产品进行加热使其释放化合物生成气溶胶的加热装置。比如作为已知技术的201780028361.9号专利，采用管状的电阻或薄膜加热器对接收于管状中空内的烟草产品进行加热，而在加热的过程中为了保证加热的效果，烟草制品通常与加热器的管状中空是基本紧密贴合而具有较小的间隙的。而在以上实施中，由于所采用烟草制品的外包装纸是由麻浆(也掺用部分漂白木浆或草浆)经高黏状打浆后、加入填料(比如碳酸钙或石粉等)后于造纸机上水印辊或机外干压辊压后干燥获得，通过这一种接触传导热量的加热方式，使得外包装纸会发生糊化产生焦糊味道，影响抽吸体验。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中的烟草制品的外包装纸糊化问题，本发明实施例提供一种与气雾生成装置一起使用的气雾产生制品。
5.如这里使用的那样，术语
‘
气雾形成基体’用来描述能够在加热时释放易挥发化合物的基体，这些易挥发化合物可形成气雾。由这里描述的气雾产生制品的气雾形成基体产生的气雾可以是可见的或不可见的，并且可以包括蒸气(例如，物质的细颗粒，这些颗粒处于气态下，这些颗粒在室温下通常是液体或固体)以及气体和冷凝蒸气的液滴。
6.如这里使用的那样，术语
‘
上游’和
‘
下游’用来关于用户对气雾产生制品在其使用期间进行抽吸的方向，描述气雾产生制品的元件、或元件的部分的相对位置。
7.气雾产生制品包括两个端部：近端和远端，穿过该近端，气雾离开气雾产生制品并且被输送到用户。在使用中，用户可以对近端抽吸，以便吸入由气雾产生制品产生的气雾。在使用中，近端也可以称作下游端，并且在远端的下游。远侧端部也可以称作上游端，并且在近端的上游。
8.如这里使用的那样，术语
‘
气雾冷却元件’用来描述具有相对大的表面面积和低抽吸阻力的元件。在使用中，由从气雾形成基体释放的易挥发化合物形成的气雾在由用户吸入之前经过气雾冷却元件，并且由气雾冷却元件冷却。与高抽吸阻力过滤吸嘴和其它嘴口相反，气雾冷却元件具有低抽吸阻力。
9.优选地，气雾产生制品是发烟制品，该发烟制品产生通过用户的嘴直接可吸入到用户的肺中的气雾。更优选地，气雾产生制品是发烟制品，该发烟制品产生通过用户的嘴直
接可吸入到用户的肺中的含尼古丁的气雾。
10.在优选实施例中，气雾形成基体布置在气雾产生制品的上游端部处。
11.在一个实施例中，与气雾产生装置一起使用的气雾产生制品，包括外部包裹件，以及被限制于所述外部包裹件内部并沿轴向方向布置的以下部件：
12.气雾形成基体，被配置为被加热时产生供吸食的气雾；以及
13.过滤吸嘴，布置在所述气雾形成基体的紧接下游；
14.所述外部包裹件包括无机纤维材料。
15.在优选实施例中，所述无机纤维包括羟基磷灰石纤维、碳化硅纤维、钛酸钡纤维中的一种或多种。
16.在优选实施例中，所述无机陶瓷纤维的长度与直径的比值大于20000。
17.在优选实施例中，所述外部包裹件的厚度介于50～500微米。
18.在优选实施例中，所述无机纤维的直径是50～200纳米、以及至少2mm以上的长度。
19.在优选实施例中，所述外部包裹件不包括有机纤维。
20.在优选实施例中，所述外部包裹件是不可被点燃的。
21.在优选实施例中，所述外部包裹件由如下步骤制备获得：
22.制备含有钡元素和钛元素的钛酸钡前驱体溶胶；
23.将所述钛酸钡前驱体溶胶通过静电纺丝，形成钛酸钡前驱体纤维膜；
24.将所述钛酸钡前驱体纤维膜进行煅烧。
25.在优选实施例中，所述外部包裹件由如下步骤制备获得：
26.制备硅溶胶；
27.向所述硅溶胶中加入碳源，制备成含有碳和二氧化硅的凝胶；
28.将所述凝胶进行煅烧，获得碳化硅纤维；
29.将所述碳化硅纤维制成薄片或薄膜。
30.本发明一个实施例还提出一种气雾产生制品的制备方法，包括如下步骤：
31.制备硅溶胶；
32.向所述硅溶胶中加入碳源，制备成含有碳和二氧化硅的凝胶；
33.将所述凝胶进行煅烧，获得碳化硅纤维；
34.将所述碳化硅纤维制成薄片或薄膜，形成外部包裹件；
35.提供气雾形成基体和过滤吸嘴，将所述外部包裹件对所述气雾形成基体和过滤吸嘴沿轴向方向进行包裹。
36.在优选实施例中，所述制备硅溶胶包括：
37.将正硅酸四乙酯于溶剂中进行分散，形成分散体系；
38.将所述分散体系进行酸化，获得所述硅溶胶。
39.本发明又一个实施例还提出用于与气雾产生装置一起使用的气雾产生制品的制备方法，包括如下步骤：
40.制备含有钡元素和钛元素的钛酸钡前驱体溶胶；
41.将所述钛酸钡前驱体溶胶通过静电纺丝，形成钛酸钡前驱体纤维膜；
42.将所述钛酸钡前驱体纤维膜进行煅烧，形成外部包裹件；
43.提供气雾形成基体和过滤吸嘴，将所述外部包裹件对所述气雾形成基体和过滤吸
嘴沿轴向方向进行包裹。
44.在优选实施例中，所述制备含有钡元素和钛元素的钛酸钡前驱体溶胶包括：将钡源和钛源于含有高分子聚合物的溶剂中分散形成溶胶。
45.以上气雾产生制品进行加热时，外部包裹件是无机纤维，耐高温并且不可燃，因而在加热中不会糊化影响口味和安全性；并且具有适当的红外线的透过率，适于用红外加热时的红外线的有效利用效率；同时，具有比较好的水汽阻挡的效果，防止水汽渗透至气雾产生制品内导致气雾中存在大量水蒸汽造成烫嘴。
附图说明
46.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
47.图1是一实施例提供的气雾产生制品的示意图；
48.图2是一个实施例制备的碳化硅纤维的实物图；
49.图3是图中碳化硅纤维的电镜的微观形貌扫描图；
50.图4是一个实施例制备的钛酸钡纤维膜的微观形貌扫描图；
51.图5是一个实施例提出的气雾生成系统的示意图。
具体实施方式
52.为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施方式，对本发明进行更详细的说明。
53.本发明提出一种与气雾生成装置一起使用的气雾产生制品，这种气雾产生制品包括气雾形成基体，该气雾形成基体当由气雾生成装置内部的加热元件加热时用来产生可吸入的气雾。
54.其中，基于通常用户抽吸使用的便利性，气雾产生制品整体外观呈纵长的圆柱形的构造。在发明的一个实施例中参见图1所示，气雾产生制品包括按同轴排列布置的三个元件：
55.气雾形成基体10、气雾冷却元件20、以及过滤吸嘴30；这三个元件顺序地布置，并且由外部包裹件40限制，以形成气雾产生制品。
56.进一步根据图1所示，气雾产生制品具有相对的近端11以及远端12，在使用期间用户将该近端11插入到嘴中进行抽吸，该远端12布置在气雾产生制品与该近端11相对的端部处。
57.在使用中，空气由用户从远端12被抽吸通过气雾产生制品达到近端11。气雾产生制品的远端12也可以描述成气雾产生制品的上游端部，并且气雾产生制品的近端11也可以描述成气雾产生制品的下游端部。在近端11与远端12之间布置的气雾产生制品的各元件可描述成在近端11的上游，或者可选择地在远端12的下游。
58.气雾产生制品的外观可以模仿常规可点燃后抽吸的香烟的外观。气雾产生制品可以具有在近似5毫米～12毫米之间(例如在近似6毫米～8毫米之间)的外径。以及气雾产生制品具有在近似30～100毫米之间的总长度，在优选实施例中，气雾产生制品具有近似45毫
米的总长度。
59.气雾形成基体10布置在气雾产生制品的最远的远侧或上游端部处。在图1中示出的实施例中，气雾形成基体10可以包括例如如下的一种或多种：粉末、颗粒、丸粒、碎片、线股、带条或薄片，其包含如下的一种或多种：草叶、烟叶、烟草主脉、膨胀烟草及均化烟草。在优选的实施中，气雾形成基体10包括皱褶的均化烟草材料的聚集薄片，该皱褶的均化烟草材料由外部包裹件40限制；皱褶的均化烟草材料的聚集薄片包括甘油，作为气雾形成剂。
60.其中，
‘
均化烟草材料’可以是表示通过聚结颗粒状烟草而形成的材料。在其他的可选实施中，气雾形成剂用来描述任何适当的已知化合物或化合物的混合物，该任何适当的已知化合物或化合物的混合物在使用中促进气雾的形成，并且大体上耐受在气雾产生制品的操作温度下的热降解。适当的气雾形成剂在技术中是已知的，并且包括但不限于：多元醇，如丙二醇、三甘醇、1，3-丁二醇、以及甘油；多元醇的酯，如甘油单、二或三乙酸酯；以及单、二或多羧酸的脂族酯，如十二烷二酸二甲酯和十四烯二酸二甲酯。优选地，气雾形成基体在干燥重量基础上可以具有大于5％的气雾形成剂含量。
61.或者气雾形成基体10还可以包含烟草或无烟草易挥发调味化合物，这些烟草或无烟草易挥发调味化合物在气雾形成基体10的加热时释放。气雾形成基体10也可以包含一个或多个封壳，该一个或多个封壳例如包括另外的烟草易挥发调味化合物或无烟草易挥发调味化合物，并且这样的封壳在气雾形成基体10的加热期间可以熔化。
62.选择性地，气雾形成基体10可以提供在热稳定载体上或嵌在热稳定载体中。载体可以采取粉末、颗粒、丸粒、碎片、线股、带条或薄片的形式。气雾形成基体10可以按例如薄片、泡沫、胶或浆的形式淀积在载体的表面上。气雾形成基体10可以淀积在载体的整个表面上，或者可选择地，可以按图案淀积，以便在使用期间提供非均匀味道输送。
63.气雾冷却元件20布置在气雾形成基体10的紧接下游，并且与气雾形成基体10邻接。在使用中，由气雾形成基体10被加热后释放易挥发物质沿气雾冷却元件20朝向气雾产生制品的近端11通过，并且易挥发物质可以在气雾冷却元件20内降温变凉，以形成由用户吸入的气雾。在图1中示出的优选实施例中，气雾冷却元件20包括空腔21，该第一空腔21沿气雾冷却元件20的长度延伸。通过以上轴向延伸的空腔21，使得穿过气雾冷却元件20的空气流是在沿纵向方向上，而没有相当大的径向偏离。气雾冷却元件20可以借助于热传递起冷却被抽吸通过气雾冷却元件20的气雾流束的温度的作用。气雾的成分将与气雾冷却元件20内的空间相互作用，并且失去热能。
64.在一些实施例中，气雾流束的温度随着它被抽吸通过气雾冷却元件20可能降低多于10摄氏度。在一些实施例中，气雾流束的温度随着它被抽吸通过气雾冷却元件20可能降低多于25摄氏度或多于30摄氏度。
65.过滤吸嘴30布置在气雾冷却元件20的紧接下游，并与气雾冷却元件20邻接。在图1中示出的实施例中，过滤吸嘴30包括低过滤效率的常规纤维素乙酸酯或聚丙烯丝束过滤嘴。
66.为了组装气雾产生制品，将以上描述的三个元件对准，并且紧紧地包裹在外部包裹件40内。在图1中示出的实施例中，外部包裹件40是常规烟纸。
67.在图1中示出的气雾产生制品设计成与包括加热元件的气雾生成装置相接合，以便由用户抽烟。在使用中，气雾生成装置的加热元件将气雾产生制品的气雾形成基体10加
热到足够温度以产生气雾，该气雾穿过气雾产生制品被向下游抽吸，并且由用户吸入。
68.本发明的一个实施例还提出一种以上外部包裹件40，其采用无机纤维材料制备，具体包括羟基磷灰石纤维、碳化硅纤维、钛酸钡纤维中的一种或多种。
69.采用以上方式制备的外部包裹件40是不含有机纤维的，因而在高温下自身不会分解或者点燃，因而首先自身不会发生分解或糊化影响抽吸口味。并且以上无机纤维的外部包裹件40相比常规由麻浆或草浆制备的制品，具有良好的水或水汽的抗性，使得制备气雾产生制品在储存或者放置中空气中的水汽无法被外部包裹件40吸收或者渗透，使气雾产生制品内部能保持干燥，进而在加热后生成的气雾中尽可能的含有少的大比热容的水汽，从而令用户在吸食中感觉相对干的气雾温度比相对湿的气雾低，而不存在烫嘴的问题。
70.进一步，以上羟基磷灰石纤维、碳化硅纤维、钛酸钡纤维是具有优良的可透红外线的材料，使得可以通过红外辐射的方式对气雾产生制品加热时，外部包裹件40大体是不吸收红外线的，从而有效地促进内部气雾形成基体10的加热效率。
71.基于以上，本发明在一个实施例中制备获得碳化硅纤维的外部包裹件40的可以包括：
72.s10，以正硅酸四乙酯为原料，加入至溶剂中进行分散；
73.s20，再对正硅酸四乙酯进行酸化，形成硅溶胶；
74.s30，向溶胶中加入炭黑后搅拌，获得炭黑-二氧化硅凝胶；
75.s40，将炭黑-二氧化硅凝胶研磨成分后进行煅烧，即得到碳化硅纳米纤维；
76.s50，将碳化硅纳米纤维于溶剂中进行分散后，倒入布氏漏斗或者其他类似抽滤设备的过滤基底表面并进行负压抽滤，得到碳化硅纳米纤维膜或者纤维纸，再将该纤维膜或者纤维纸卷绕呈图1所示的筒状即获得外部包裹件40。
77.经过以上方法采用溶胶-凝胶法制备的碳化硅纳米纤维，最主要地其平均长度能达到成膜或者成片所需至少达到超过2毫米以上最优选地能达到厘米的级别，更加优选的可以采用能制备的陶瓷纤维的长度与直径比值大于20000合适的，因而自身可以交联形成用于卷绕制备外部包裹件40的纤维薄片或者纤维纸。而普通购买或者常规制备的碳化硅纤维或者粉末，均为颗粒状的粉末形态，其长度无法达到能交联固化形成纤维膜或者纤维纸的长度和强度要求，使得需要再填充或者交联其他的有机纤维才能制备卷绕形成外部包裹件40的薄片或者纤维纸，导致产生糊化的问题。
78.在其他的变化实施中，以上碳化硅纤维替换为羟基磷灰石纤维、钛酸钡纤维使，也同样采用溶胶-凝胶法制备使其具有必要的长度，比如通过钛酸四丁酯和醋酸钡为原料，先将钛酸四丁酯分散并酸化形成溶胶后，再加入醋酸钡并制成干凝胶并烧结形成长纤维状的钛酸钡。
79.在可选的实施中，步骤s10所采用的分散溶剂，通常可以包括常用的溶剂比如甲醇、乙醇、水、氯仿等、或者是复合溶剂体系比如水-乙醇-冰醋酸、水-异丙醇-乙二醇甲醚、冰醋酸-异丙醇、冰醋酸-乙二醇甲醚、冰醋酸-正丁醇、以及冰醋酸-乙醇体系中的至少一种。
80.在可选的实施中，步骤s20中用于进行酸化形成溶胶的酸，通常在绝大多数下采用盐酸即可。
81.在其他的变化实施中，还可以采用通过向有机的高分子聚合物中添加钛源和钡源
形成溶胶，而后将溶胶进行静电纺丝的工艺形成长度达到厘米的纤维丝前驱体，并压制或者在基片上沉积成膜，最后再烧结去除有机高分子聚合物后即获得纤维膜。
82.通过以上方法制备的外部包裹件40的厚度，在50～500微米的厚度内是比较容易获得的。
83.进一步为了便于对采用以上外部包裹件40的可实施性，以及制备的外部包裹件40在各项性能上的进步性进行验证，以下通过具体实施例对制备的外部包裹件40进行示例和测试结果说明。
84.实施例1
85.s10，将10g正硅酸四乙酯加入到50ml乙醇溶液中，再加入到50ml去离子水。形成正硅酸四乙酯的分散系；
86.s20，向步骤s10的正硅酸四乙酯的分散系中加入9.2g盐酸溶液，搅拌10min得到含硅溶胶；
87.s30，向硅溶胶中加入炭黑颗粒，其中原料量比上炭黑与正硅酸四乙酯的量比为摩尔比1：1，搅拌得到炭黑二氧化硅干凝胶，并100℃烘干；
88.s40，将炭黑二氧化硅干凝胶研磨成粉末后置于马弗炉中，通过真空泵控制炉内气压未0.01mpa，然后通入纯度为99.99％的氩气至气压为0.02mpa，在该氛围下1550℃中煅烧5h，得到碳化硅纳米纤维；
89.s50，取0.1g碳化硅纳米纤维分散在250ml去离子水中并超声混合均匀，将混合后的溶液倒入抽滤机中负压抽滤，得到碳化硅纳米纤维纸，包裹气雾形成基体10就可以得到类似于烟支的气雾产生制品。
90.实施例2
91.s10，用溶胶-凝胶法配制钛酸钡前驱体溶胶：在室温下将0.3g聚乙烯吡咯烷酮溶解于5.4g溶剂(质量比为4：5的冰醋酸和正丁醇的混合物)中搅拌60min，然后依次加入0.9g醋酸钡和钛酸四丁酯搅拌120min，混合均匀配得钛酸钡前驱体溶胶；其中，溶液中钡、钛元素的摩尔比为1:1；
92.s20，将钛酸钡前驱体溶胶在静电纺丝设备中进行静电纺丝，在电场作用下带电液滴克服表面张力形成射流并在空气中拉伸固化，最终沉积在接收基板上，获得前驱体钛酸钡纤维膜；静电纺丝过程中在纺丝区间施加25℃的恒温热场并控制接收基板的温度为25℃，接收基板的转速为60n/min；静电纺丝的参数为：相对湿度45％、灌注速度1ml/h、电压15kv、接收基板与喷丝口间的距离15cm、滑台装置的距离为6cm；
93.s30，将前驱体钛酸钡纤维膜于800℃下高温煅烧240min后就可以获得大约厚度0.5mm的纤维膜，包裹气雾形成基体10就可以得到类似于烟支的气雾产生制品。
94.为了验证对以上实施例1和实施例2制备的外部包裹件40进行各项测试，包括有各项电子显微镜的微观形貌的扫描，以及可燃性和各温度下的热分解或糊化和吸湿情况测试。同时，以上测试的内容均采用常规的加热不燃烧制品进行比对，结果包括：
95.s61，对于以上实施例1和实施例2的纤维膜、以及iqos2.0(菲利普莫里斯)的加热不燃烧烟支制品的烟纸作为对比例1进行打火机点燃的可燃性和各温度下的糊化测试；其中糊化测试具体是用图5所示的加热装置200的加热元件210的加热温度分别控制在200℃、250℃、300℃、350℃、400℃下，将实施例1、实施例2和对比例1的烟支预热10s后分别抽吸6
口，每口间隔5s，观察其受热糊化情况，详见下表所示：
[0096][0097]
s62，对于以上实施例1制备过程中获得的关键物料进行电镜扫描测试；具体，
[0098]
s621，实施例1中s40煅烧获得的碳化硅纤维的样品用镊子夹取后测量其长度参见图2所示，比较好的良品的长度在28mm；
[0099]
s622，对实施例1中s50通过抽滤压实后的碳化硅纳米纤维纸测试；其中，具体厚度测试为0.3mm，并且其微观形貌可以参见图3的扫描图所示；
[0100]
s623，对实施例2中煅烧获得的钛酸钡纤维膜的微观形貌的电镜扫描图参见图4所示；
[0101]
s264，将以实施例2制备的钛酸钡纤维膜、与常规的烟纸进行对比测试：
[0102]
分别取实施例2的钛酸钡纤维膜与常规烟纸10g置于恒温恒湿箱中(温度20℃，湿度80％rh)48小时，然后称重，得质量分别为10.21g和11.52g，随后置于120℃烘箱中烘烤4小时，称重得质量为9.88g，9.61g，得到实施例烟纸与常规烟纸在恒温恒湿箱中(温度20℃，湿度80％rh)中的吸水率分别为0.03g/g、0.19g/g；
[0103]
从以上结果表面表明，实施例2制备的钛酸钡纤维膜烟纸的吸水性明显低于常规烟纸的吸水性，一方面利于加热不燃烧烟纸烟支在加热过程中将更多的热量传递给烟丝，从而具有更高的热利用效率；另一方面其吸湿性低可以有利于阻止水汽的渗透，尽可能的减少存储期间烟支内吸收水分造成气雾烫嘴。
[0104]
进一步本发明还提出一种包括以上气雾产生制品和加热装置的气雾生成系统，在一个实施例中的构造参见图5所示；
[0105]
加热装置200包括加热元件210；
[0106]
其中，加热元件210是管状的形状，其管状中空的至少一部分被构造成接收气雾产生制品100的腔室，该加热元件210通过向气雾产生制品辐射红外线进而对气雾产生制品100进行加热。或者在其他的变体实施中，加热元件210还可以采用电磁感应式加热的管状感应加热元件。
[0107]
采用以上红外辐射的加热元件210对进行加热时，气雾产生制品100的外部包裹件40是耐高温并且不可燃的以上纤维材料制备，因而在加热中不会糊化影响口味和安全性；并且具有适当的红外线的透过率，可以促进使用红外加热的加热元件210加热时的红外的有效利用效率；同时，在长期的存储中尽可能的具有比较好的水汽阻挡的效果，防止水汽渗透或者吸收至气雾产生制品100内导致随着在加热中形成高温蒸汽随气雾一同被用户吸食造成烫嘴的问题。
[0108]
需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但并不限于本说明书所描述的实施例，进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说
明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。