包含非等轴碳酸钙微粒的烟草材料的制作方法

包含非等轴碳酸钙微粒的烟草材料的制作方法
【专利摘要】提供了一种由包括烟草非等轴沉淀碳酸钙微粒的烟草材料形成的烟制品。非等轴微粒的平均直径通常为约50纳米至约3微米，在一些实施方案中为约80纳米至约1微米，在一些实施方案中为约100纳米至约400纳米，以及在一些实施方案中为约200纳米至约300纳米。这样的非等轴颗粒可以具有细长的形态以使得微粒的长度大于直径。这可以由微粒的“长宽比”（长度除以宽度）来表征，长宽比通常为约1至约15，在一些实施方案中为约2至约12，以及在一些实施方案中为约3至约10。例如，微粒的平均长度在约100纳米至约8微米的范围内，在一些实施方案中为约300纳米至约5微米，在一些实施方案中为约500纳米至约4微米，以及在一些实施方案中为约1微米至约3微米。
【专利说明】包含非等轴碳酸钙微粒的烟草材料
【背景技术】
[0001]烟制品，例如卷烟，通常通过用包卷纸将烟草卷成柱形而制成。烟制品在一端通常包括通过其抽吸该制品的过滤嘴。使用粘合到包卷纸上的接装纸将过滤嘴附接到烟制品。当抽吸制品时，生成通过过滤嘴吸入的主流烟。主流烟可以包含给烟制品提供特别味道的多种成分，其不仅包含由一个人的味觉察觉到的感觉，还包含由一个人的嗅觉察觉到的感觉。
[0002]然而，在来自烟制品的主流烟中的某些烟成分可能是不希望的。因此，对减少霍夫曼(Hoffmann)分析物已经进行了大量的研究。例如，HajaliRol等人的美国专利公开第2003/0041867号中描述了烟混合物，该烟混合物包括烟草和用于烟混合物在燃烧/热解时降低其燃烧部分的温度的细碎的无机颗粒材料。根据Haialig0I等人，这种温度的降低减少了由烟混合物的燃烧/热解而产生的高温产物(例如一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物)。合适的无机材料可以包括:例如，石墨、富勒烯、碳泡沫、石墨泡沫、活性炭、二氧化钛、氧化铝、碳酸钙以及碳酸镁。颗粒的尺寸优选为小于I微米。虽然这样的细碎的无机颗粒理论上可以提供较大程度的分析物减少，然而这些颗粒太小而不能在大多数烟草工艺中实际使用。另一方面，大颗粒一般不是很有效。
[0003]因此，目前存在对于可以以高效和有成本效益的方式形成改进的烟草产品的需求，并且仍然在由产品产生的主流烟中呈现出一个或更多个霍夫曼分析物的减少。

【发明内容】

[0004]根据本发明的一个实施方案，公开了一种包括烟草材料的烟制品。该烟草材料包括约5wt%至约60wt%的沉淀碳酸钙微粒。碳酸钙微粒是非等轴的,其平均直径为约50纳米至约3微米并且长宽比为约I至约15。
[0005]根据本发明的另一个实施方案，公开了一种用于形成在烟制品中使用的烟草材料的方法。该方法包括将烟草与溶剂混合以形成可溶部分和不可溶部分。该不可溶部分与沉淀碳酸钙微粒接触以形成烟草材料。碳酸钙微粒是非等轴的，其平均直径为约50纳米至约3微米并且长宽比为约I至约15。
[0006]下面对本发明的其它特征和方面进行了更详细的陈述。
【专利附图】

【附图说明】
[0007]本发明完整的并且能够公开的内容，包括对本领域技术人员而言的本发明的最佳模式，在说明书的其余部分，包括参考附图中更具体地进行了陈述，在附图中:
[0008]图1是根据本发明制造的烟制品的立体图；以及
[0009]图2是图1中所示的烟制品的分解图。
[0010]在本发明说明书和附图中的附图标记的重复使用旨在表示本发明的相同或类似的特征或者元件。【具体实施方式】
[0011]本领域的技术人员应了解当前讨论的仅仅是示例性实施方案的描述，并非意在限制本发明更广泛的方面。
[0012]一般说来，本发明涉及由包括烟草和无机氧化物填料的烟草材料形成的烟制品。对于无数种不同可能的类型和尺寸的无机氧化填料，本发明人已经惊奇的发现沉淀碳酸钙微粒可以对由制品产生的主流烟中的霍夫曼分析物(例如焦油、尼古丁和一氧化碳)的减少具有协同作用。如本文所使用的，术语“沉淀”指的是使用各种已知工艺合成的碳酸钙微粒。这是相对于自然来源于石灰石中的“研磨”碳酸钙而言的。本发明的沉淀颗粒是非等轴的并且因此具有不同的尺寸。非等轴的微粒的平均直径(“dp”)可以为，例如，约50纳米至约3微米，在一些实施方案中为约80纳米至约I微米，在一些实施方案中为约100纳米至约400纳米，以及在一些实施方案中为约150纳米至约350纳米。对于非等轴颗粒，单个颗粒的平均直径是该颗粒的最小的尺寸，并且可以使用如Lea-Nurse法(标准NFX11-601，1974)的各种已知的技术进行测量。平均颗粒直径(dp)可以从得自Lea和Nurse法的质量面积(massicarea, Sm)中获得。在某些情况下，dp和Sm之间的关系可以由下式确定:dp=6/( P SM),其中P是碳酸钙的密度，例如，方解石的为2.71，文石的为2.94。这样的方法也在Nover等人的美国专利公开第2009/0124745号和Ricaud等人的美国专利公开第2007/0287758号中有所描述，其全部内容用于所有的相关目的通过引用而合并到本申请中。平均直径还可以使用电子显微镜测定。此外微粒的D5tl颗粒直径可以为约100纳米至约8微米，在一些实施方案中为约300纳米至约5微米，在一些实施方案中为约500纳米至约4微米，以及在一些实施方案中为约I微米至约3微米。术语“D5(l”是指颗粒的至少50%具有在所指范围内的直径。
[0013]非等轴微粒通常具有细长的形态，使得微粒的最大尺寸(长度)大于平均直径。这可以由微粒的“长宽比”(长度除以宽度)来表征，长宽比通常为约I至约15，在一些实施方案中为约2至约12，以及在一些实施方案中为约3至约10。例如，微粒的平均长度可以在约100纳米至约8微米的范围内，在一些实施方案中在约300纳米至约5微米的范围内，在一些实施方案中在约500纳米至约4微米的范围内，以及在一些实施方案中在约I微米至约3微米的范围内。无意于受理论的限制，认为这样的细长微粒可以获得小微粒的益处(例如，较高的表面积和窄粒度分布)，但是由于其较大的长度也能更好的保留在烟草材料中。这可以为微粒在整个烟草材料中提供更均匀的分布，其反过来允许以高于研磨碳酸钙的其它可能的量来使用微粒。此外，这可以提高霍夫曼分析物可被减少的程度。例如，细长的碳酸钙微粒可以构成烟草共混物的约5wt%至约60wt%,在一些实施方案中约10wt%至约50wt%,以及在一些实施方案中约20wt%至约40wt%，同时烟草可以构成烟草共混物的约40wt%至约95wt%，在一些实施方案中为约50wt%至约90wt%，以及在一些实施方案中为约60wt%至约80wt%o如本文中所使用的，术语“烟草”可以包括各种不同的烟草形式，包括茎、粉末、再造烟草、膨胀烟草、烟草提取物、其共混物以及其它含烟草的材料。
[0014]非等轴碳酸钙微粒通常可以使用本领域已知的任意沉淀技术来合成。例如，微粒可以通过包括使二氧化碳与氢氧化钙溶液相接触的合成沉淀反应来制备，氢氧化钙溶液最通常通过形成氧化钙(也被称为生石灰)的水性悬浮液来提供，以及氢氧化钙的悬浮液通常被称为石灰乳。根据反应的条件，得到的微粒可以呈现各种形式，包括稳定的和不稳定的多晶形两者。事实上，沉淀碳酸钙通常可代表热力学不稳定的碳酸钙材料。因此，当在本发明的上下文中提及时，沉淀碳酸钙可以包括由氢氧化钙的浆体的碳酸盐化而获得的合成碳酸钙产物，当所述氢氧化钙的浆体源自水中的细碎的氧化钙颗粒时，在本领域中通常被称为石灰浆或石灰乳。当然，可以实施其它的添加剂、沉淀条件或在该沉淀之前或之后的步骤。
[0015]碳酸钙可以是基本上非晶的或基本上结晶的。术语“基本上非晶的”或“基本上结晶的”应理解为是指当通过X射线衍射技术分析时，按重量计大于50%的碳酸钙为非晶的或结晶的材料形式。基本上结晶的碳酸钙是优选的。碳酸钙可以由方解石、球霰石或文石或这些结晶品种中的至少两种的混合物组成。方解石品种是优选的。结晶形态也可以变化，如偏三角面体或菱面体。偏三角面体结晶形态尤其适合。
[0016]细长的碳酸钙微粒通常具有高纯度水平，如至少为约95wt%，在一些实施方案中为至少约98wt%，以及在一些实施方案中为至少约99wt%。这样高纯度的碳酸钙一般是精细的，并且因此提供了更加受控的和窄的颗粒尺寸以便改进烟草共混物中的微粒的分布。微粒也可以呈现出相对高的比表面积。例如，比表面积可以为约2平方米每克(“m2/g”)或更大，在一些实施方案中可以为约3m2/g至约20m2/g，以及在一些实施方案中可以为约4πι2&至约12m2/g。“比表面积”可以通过Journal of American Chemical Society (美国化学学会期刊)，卷60,1938,页309中Bruanauer, Emmet和Teller白勺物理气体吸附(B.Ε.T.)法来确定，使用氮气作为吸附气体(此外参见标准IS09277，第一版，1995-05-15)。例如，可以通过对在吸附体和惰性载气(例如氦)的流动混合物的热导率的变化进行感应来测量吸附在固体表面上的吸附氮气气体的量的装置来测量比表面积。
[0017]沉淀碳酸钙微粒可以可选地涂覆有改性剂(例如脂肪酸，如硬脂酸或山嵛酸)以促进大量微粒的自由流动以及使其易于分散到烟草共混物中。然而，在某些实施方案中，可能希望使用未经涂覆的微粒以尽可能减小在制品的抽吸期间涂覆材料可能进行的反应。
[0018]非等轴碳酸钙微粒与烟草组合以形成共混物的方式是可变的，这在本领域中是已知的。例如，在一个实施方案中，包含有烟草茎(例如烤烟茎)、粉末和/或来自烟草制造工艺的其它烟草副产物的烟草配料最初与溶剂(例如水和/或其它化合物)混合。与水混溶的不同的溶剂，如醇(例如乙醇)，可以与水组合以形成水性溶剂。在一些情况下，水性溶剂的水含量可以大于溶剂的50wt%，特别地大于溶剂的90wt%。可以使用去离子水、蒸馏水或自来水。在悬浮液中的溶剂的量可以变化很大，但是一般地加入量为悬浮液的约50被％至约99wt%，在一些实施方案中为悬浮液的约60wt%至约95wt%，以及在一些实施方案中为悬浮液的约75wt%至约90wt%。然而，溶剂的量可以随着溶剂的性质、实施提取的温度以及烟草配料的类型而变化。
[0019]在形成溶剂/烟草配料混合物之后，配料混合物的可溶部分中的一些或全部可以任选地从混合物中分离(例如提取)出来。在提取期间可以通过搅拌、振荡或以其它方式混合混合物来搅动水性溶剂/烟草配料混合物以提高提取的速率。通常，提取进行约一个半小时至约6个小时。提取温度的范围可以为约10°C至约100°C。使用如真空蒸发器的任意已知类型的浓缩器可选择地浓缩可溶部分。如果需要的话，在从配料中提取之前、期间和/或之后，沉淀碳酸钙微粒可以与可溶部分混合。所得的混合的可溶部分可以单独用作烟草产品(例如调味材料)或者所得的混合的可溶部分随后可以与其它材料组合以形成烟草产品。同样地，应该理解沉淀碳酸钙微粒可以与烟草材料的不可溶部分共混。[0020]在一个实施方案中，使用如喷涂、使用上浆辊、浸溃等不同的应用方法可以将可溶部分与不可溶部分(例如纸张、烟草共混物、不可溶残余物等)复合。为此，可以通过上述提取的固体部分来形成不可溶部分，其可能经历一个或更多个机械磨浆以生成纤维浆料。合适的磨浆机的一些实施例可以包括圆盘磨浆机、锥形磨浆机等。然后来自磨浆机的浆料可以被转移到包括成型装置的造纸站(未图示)，该成型装置可以包括例如成型网、重力排水、抽吸排水(suction drain)、毛租压烫、杨克式(Yankee)烘缸、滚筒干燥机等。在这样的成型装置中，纸浆被铺设在钢丝胶带上形成片状形状并且通过重力排水和抽吸排水以及压力机将过量的水移除。然而，当与不可溶部分复合时，所得的烟草产品通常被称为“再造烟草”。再造烟草通常可以以各种方式形成。例如，在一个实施方案中，可以利用带式铸造以形成再造烟草。带式铸造通常采用细碎的烟草部分的浆料和涂覆在钢带上的然后被干燥的粘合齐U。在干燥之后，纸张与天然烟草条或丝共混并用于各种烟草产品中，包括用于卷烟填料。用于生产再造烟草的工艺的一些实施例在美国专利第3，353，541号、第3，420，241号、第3，386，449号、第3，760，815号和第4，674，519号中描述，其全部内容用于所有的相关目的通过引用而合并到本申请中。再造烟草也可以通过造纸工艺而形成。根据该工艺用于形成再造烟草的工艺的一些实施例在美国专利第3，428，053号、第3，415，253号、第3，561，451号、第 3，467，109 号、第 3，483，874 号、第 3，860，012 号、第 3，847，164 号、第 4，182，349 号、第5，715，844号、第5，724，998号和第5，765，570号中所有描述，其全部内容用于所有的相关目的也通过引用而合并到本申请中。例如，使用造纸技术形成再造烟草可以包括以下步骤:将烟草与水混合、从其中提取出可溶性成分、浓缩可溶性成分、提炼烟草、形成卷纸、再次施用浓缩的可溶成分、干燥并且脱粒(threshing)。
[0021]此外，各种其它成分，如香料或颜色处理也可以应用在卷纸上。在一些实施方案中，如果应用了可溶部分和/或其它成分，那么然后可以使用例如隧道式干燥机来干燥纤维纸张材料以提供通常具有按重量计的水分含量小于20%，特别地按重量计水分含量为约9%至约14%的纸张。随后，纸张可以被切割成所需尺寸和/或形状并且干燥至所需的最终水分含量。
[0022]尽管上面已经描述了用于将沉淀碳酸钙微粒与烟草结合的各种实施方案，但是应该理解该微粒通常可以以任何期望的方式与烟草接触。例如，在一些实施方案中，当其形成时，微粒可以被添加到湿的纸张上。也应该理解，如果需要，微粒可以被应用在工艺的一个以上的阶段中。
[0023]作为本发明的结果，发现了在烟草烟雾中的一个或更多个霍夫曼分析物(例如焦油、尼古丁、一氧化碳等)的含量可以选择性减少。例如，发现了当与本发明的沉淀碳酸钙微粒接触时，尼古丁、一氧化碳和/或焦油的总含量可以减少最初总水平的至少20%，在一些实施方案中至少约40%，以及在一些实施方案中，约60%至约100%。
[0024]另外，根据本发明的烟草由此可以形成明显改进的烟草产品。如本文中所使用的，术语“烟草产品”是指包括烟制品(例如卷烟、雪茄、细切的烟制品、烟斗等)、烟草添加剂(例如用作食用香料等)等。例如，当产生经降低水平的霍夫曼分析物的烟草被引入到烟制品中时，由烟制品产生的烟雾也可以包括较低含量的该分析物。仅为了说明目的，一种这样的烟制品示出在图1至图2中。如图所示，烟制品10包括包含有根据本发明的烟草和沉淀碳酸钙微粒(未图示)的共混物的烟草柱12。烟制品10也可以包括包卷材料14，当围绕烟草柱12包卷时，包卷材料14限定外圆周表面16。制品10还可以包括可以由接装纸封闭的过滤嘴26。正如本领域中已知的，包卷材料可以由纤维素纤维和填料制成。
[0025]可以通过下述实施例更好的理解本发明。
[0026]实施例1
[0027]经脱粒的白肋烟莖(1:11代8116(1 burley stem) (75%)和维吉尼亚碎片(Virginiascraps) (25%)的混合物以按重量计为I比5的烟草/水的比率在60°C下初步加热20分钟。随后是在液压机中的提取步骤以将含水部分从烟草纤维部分中分离出来。回收的烟草纤维部分再次以按重量计为I比5的烟草/水的比率在60°C下加热10分钟。在附加的提取(通过压制)之后，木浆被添加到烟草纤维残渣中。然后在瓦利(Valley)打浆机中以4%的稠度对这些样品进行提炼55分钟。生成的原料被用来制造具有下述五种不同碳酸钙的引入(或不引入)的纸(handsheet):[0028]样品T:控制为没有填料
[0029]样品A:在成品中有25%的填料(平均颗粒直径为290nm (通过渗透性方法)和Dki颗粒尺寸为2 μ m的偏三角面体沉淀碳酸钙)；
[0030]样品B:在成品中有25%的填料(平均颗粒尺寸为70nm的莲座型沉淀碳酸钙)；
[0031]样品C:在成品中有25%的填料(D5tl颗粒尺寸为0.9 μ m的研磨碳fef丐)；
[0032]样品D:在成品中有25%的填料(平均颗粒尺寸为12 μ m的沉淀碳酸钙)；以及
[0033]样品E:在成品中有25%的填料(平均尺寸为12 μ m并且D5tl颗粒尺寸为5.3 μ m的研磨碳酸钙)。
[0034]含水部分在蒸发器中浓缩至50%的固相含量并且然后涂覆在手动施胶压榨上的纸上。在干燥的成品中的可溶性水平通常为在27%与37%之间。经涂覆的纸在板式干燥机上被干燥。将纸切碎以形成具有由该碎片的50%和50%的商业美国混合的卷烟。卷烟长度为84mm (烟蒂长度为28mm并且纸透气度为50C0RESTA的管状体)以及周长为25mm。卷烟重量大约为990毫克。卷烟在传统机器上以每分钟抽吸I 口 35ml的量以及2秒的持续时间进行抽吸。对于再造烟草的各种成分的烟雾的分析给出了针对焦油、一氧化碳以及甲醛的下述结果:
[0035]
【权利要求】
1.一种包括烟草材料的烟制品，其中所述烟草材料包括约5wt%至约60wt%的沉淀碳酸钙微粒，其中所述碳酸钙微粒是非等轴的，所述微粒的平均直径为约50纳米至约3微米并且所述微粒的长宽比为约I至约15。
2.根据权利要求1所述的烟制品，其中所述碳酸钙微粒的平均直径为约100纳米至约400纳米。
3.根据权利要求1或2所述的烟制品，其中所述碳酸钙微粒的平均长度为约100纳米至约8微米。
4.根据前述权利要求中任一项所述的烟制品，其中所述碳酸钙微粒的平均长度为约500纳米至约4微米。
5.根据前述权利要求中任一项所述的烟制品，其中所述碳酸钙微粒的长宽比为约2至约12。
6.根据权利要求1所述的烟制品，其中所述碳酸钙微粒占所述烟草材料的约10被％至约 50wt%。
7.根据前述权利要求中任一项所述的烟制品，其中烟草占所述烟草材料的约40被％至约 95wt%。
8.根据前述权利要求中任一项所述的烟制品，其中所述碳酸钙微粒在整个所述烟草材料中均匀地分布。
9.根据前述权利要求中任一项所述的烟制品，其中所述碳酸钙微粒具有偏三角面体结晶形态。
10.根据前述权利要求中任一项所述的烟制品，其中所述碳酸钙微粒的比表面积为约3m2/g 至约 20m2/g。
11.根据前述权利要求中任一项所述的烟制品，其中所述碳酸钙微粒是未经涂覆的。
12.根据前述权利要求中任一项所述的烟制品，其中所述烟草材料包括再造烟草。
13.根据前述权利要求中任一项所述的烟制品，其中所述烟草材料被成形为柱，并且其中包卷材料围绕所述柱。
14.一种用于形成在烟制品中使用的烟草材料的方法，所述方法包括将烟草与溶剂组合以形成可溶部分和不可溶部分，以及使所述可溶部分与沉淀碳酸钙微粒接触以形成烟草材料，其中所述碳酸钙微粒是非等轴的，所述微粒的平均直径为约50纳米至约3微米并且所述微粒的长宽比为约I至约15。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括在使所述可溶部分与所述碳酸钙微粒接触之前，将所述不可溶部分分离于所述可溶部分。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述烟草材料与所述不可溶部分复合。
17.根据权利要求16所述的方法，其中在所述不可溶部分与所述烟草材料复合之前，将所述不可溶部分形成为片状材料。
18.一种由权利要求14至17中任一项所述的方法制造的烟制品。
【文档编号】A24B15/28GK103607912SQ201280028266
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2012年6月8日 优先权日:2011年6月10日
【发明者】斯特凡·鲁亚尔, 迪亚娜·M·拉韦尔迪-朗贝尔, 克里斯托夫·里古莱, 约翰·吉东, 塞德里克·鲁索 申请人:施韦特-莫迪国际公司