非燃烧型低温卷烟用相变控温式燃料组件及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及新型烟草技术领域，具体涉及非燃烧型低温卷烟用碳质热源，特别涉 及一种相变控温式碳质燃料组件及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，新型烟草制品呈现快速发展态势，其原因：一方面由于传统烟草制品的消 费人口比率在逐年下降；另一方面由于世界范围内的禁烟力度不断加大，为履行《烟草控制 框架公约》中"防止接触烟草烟雾"的规定，许多国家制订和实施了严格的公共场所吸烟禁 令。在此背景下，新型烟草制品既能较好地适应公共场所禁烟令，又能在一定程度上满足烟 草消费者的个人爱好，故市场需求增速显现。
[0003] 所谓新型烟草制品的主要特征是，不需要燃烧烟草，显著减少因高温热裂解产生 的有害烟气成分；很少产生侧流烟气，可消除二手烟气对公共环境产生的影响，缓解吸烟和 禁烟的矛盾；能在一定程度上满足消费者对吸烟的所需体验。
[0004] 新型烟草制品主要包括低温卷烟、无烟气烟草制品和电子烟。其中，低温卷烟外 观与传统卷烟极相似，在500°C以下只加热不燃烧烟草，而将烟草香味和满足感传递给消费 者，基本没有侧流烟气。
[0005] 传统卷烟主要是由烟草、添加剂、卷烟纸和滤嘴等构成。抽吸过程即伴随着卷烟两 种燃烧方式的进行：吸燃和阴燃，前者产生主流烟气，后者产生侧流烟气。通常卷烟燃吸时， 燃烧区内温度范围约为700~950°C，加热速度可高达500°C /秒。在这样的高温条件下燃 烧，烟草的化学成分发生一系列复杂变化，并向外扩散形成烟气，这些含有许多不同类型化 学物质的烟气，包括气相和颗粒相两部分，形成所谓烟气的气溶胶。
[0006] 有研究表明，烟气中的化合物随卷烟燃烧温度而变化，当温度上升到300°C时，烟 草中的挥发类和较低沸点的物质开始形成烟气；当上升到450°C时，烟草中的纤维质开始 焦化；上升到400~600°C时，烟草生成一系列的正烷烃与烯烃；约700°C时生成萘，硝酸盐 还原和甘氨酸热裂形成氰化氢；高于700°C时，氨基酸、肽、生物碱经高温合成反应而形成 乙腈；高于800°C时生成多环芳烃；上升到850°C时，含硫氨基酸热分解产生氧硫化碳。总 之，当卷烟被点燃直至温度上升到约900°C时，烟草中2500多种化合物开始产生一系列的 热解和化学反应，形成大量的新化合物，这些新化合物有些是有害物质。另一方面，烟气中 的有害成分CO也是燃烧的主要产物，其约30%由烟草组分热裂解产生，约36%由烟草燃烧 产生，至少有23%是0)2经C还原而成，且燃烧温度越高，CO生成越多。由此可以看出，烟 气中各种化学物质的生成与烟草燃烧温度密不可分，卷烟的危害性指数则随着烟草燃烧温 度的升高而提高。因此，不直接燃烧烟草，自然成为降低烟气有害物质产生的重要措施。
[0007] 通过加热而不燃烧烟草，来避免烟气有害物质产生的吸烟制品，过去三十年来一 直在发展中。其中，在原理和结构上比较接近目前的非燃烧型低温卷烟制品，在以下中国专 利和美国专利中有描述：
[0008] 雷诺兹烟草公司的中国专利CN 85106876 (吸烟制品，1985)，公开了一种吸烟制 品，它包括碳素燃料元件，烟雾形成基质的烟雾发生机构，使燃料元件和基质接触的热传导 构件，围住一部份燃料的弹性纤维绝热外套，和使燃料元件和烟雾发生机构接触的金属箱 热传导构件。
[0009] Baner jee 等人的美国专利US 4714082 (Smoking article，1985)，公开了一种发烟 制品，其包括具有单个轴向孔的高密度可燃燃料元件，物理分离的气雾产生装置和包括箱 带的热传导构件，气雾形成材料浸渍的粒状热稳定碳或氧化铝形成的气雾产生基质和烟草 填料，发烟制品还包括由弹性非燃烧材料构成的外周隔离元件，比如玻璃纤维套。
[0010] 雷诺兹烟草公司的中国专利CN 91109831. 3 (吸烟制品，1985)，以及Banerjee等 人的美国专利US 5067499 (Smoking article，1987)，公开了一种吸烟制品，它包括一燃料 元件，含有烟雾形成物质和热传导件，且整体分离的烟雾发生机构，燃料元件是碳素的。
[0011] Farrier 等人的美国专利 US 5〇2〇548 (Smoking article with improved fuel element，1985)和 US 5076297(Method for preparing carbon fuel for smoking articles and product produced thereby，1986)，以及雷诺兹烟草公司的中国专利CN 86105536(烟制品一人造香烟，1986)，公开了一种发烟制品，包括可燃的燃料，结构上分开 的烟雾发生体，使热量从燃料传给烟雾发生体的导热元件，设有多个纵向通道的燃料包括 碳，包括至少接触燃料一部分的绝热元件；绝热元件是一种弹性不燃烧元件，厚度至少为 0. 5毫米；绝热元件在使用中会恪融；绝热元件包括陶瓷纤维或玻璃纤维。
[0012] 雷诺兹烟草公司的中国专利CN 87105964. 9 (具有改进的燃料元件的吸烟制品， 1987) ，公开了一种吸烟制品，包括一种长度小于30毫米、具有许多外围纵向通道的可燃性 燃料元件，和含有一种热稳定的、能容纳一种烟雾形成物的烟雾发生装置，碳质燃料元件的 外围通孔至少一个为槽，燃料元件至少有四个外围通道，至少有一个至三个包括许多位于 中心的纵向延伸的通道，燃烧过程中外围通道合并。
[0013] Barnes 等人的美国专利 US 4938238 (Smoking article with improved，1987)和 雷诺兹烟草公司的中国专利CN 88106259. 6 (具有改进包裹物的吸烟制品，1988)，公开了 一种用于吸烟制品的改进包裹物及使用该包裹物的吸烟制品，包含足够量无机材料的包裹 物包围至少一部分绝缘层，并能提供一层可透过性附着层；无机材料包含穿孔的铝箱及玻 璃纤维。燃烧剂元件为碳质的，烟雾发生装置与燃烧剂元件呈传导性热交换关系。
[0014] 雷诺兹烟草公司的中国专利CN 88106280. 4 (具有改进烟嘴件的吸烟制品， 1988) ，公开了一种具有改进烟嘴件的吸烟制品，包括一燃料元件，至少含一种烟雾形成材 料的一种物理分离的烟雾发生装置，由非织热塑塑料纤维形成段的烟雾传输装置，烟雾发 生装置和非织段之间还有一隔离元件，热塑塑料纤维段由含聚烯烃和聚酯组合选出的材料 形成，隔离元件是一群选自烟草、含纸烟草、醋酯纤维素和醋酯纤维的环绕一管子的材料， 或通过将一群材料收拢或折叠成一圆柱状而形成。
[0015] 雷诺兹烟草公司的中国专利申请公布号CN87101955A(制备吸烟制品的碳质燃料 的方法和由此制成的产品，1988)，公开了一种生产特别适合卷烟制品中使用的含碳释热元 件。该含碳燃料元件是热解纤维素材料和粘结剂混合物，利用挤压或压制成形。为改变燃 料性能，这种混合物可包含燃烧添加剂和其它组分。
[0016] 菲利普莫里斯生产公司的中国专利CN 89104936. 3 (碳质热源，1989)，公开了一 种供卷烟制品用的碳质热源，热源由木炭颗粒组成，并具有一个或多个穿过其中的多角星 形状的流体通道，以增加流过热源的空气热量。热源至少包含一种燃烧添加剂，包括柠檬酸 钾、碳酸钾、氧化铁、草酸钙、草酸铁、钾离子、铁离子、柠檬酸铁、乙酸亚铁、钼的化合物、铝 的化合物、钙的化合物、镁的化合物、钠的化合物、氧化剂及它们的混合物组成，将木炭、添 加剂和粘结剂混合后挤压或模压成要求的形状。
[0017] 菲利普莫里斯生产公司的中国专利CN 89108978. 0(烟具热源，1989)，公开了一 种热源，当其点燃后产生的热气能使烟具香味床释放香味蒸气，热源含有碳和金属碳化物， 金属碳化物选自碳化铁、碳化侣、碳化钛、碳化锰、碳化钨、碳化铌，或它们之中二种或多种 的混合物。其中优选地碳化铁Fe5C2的制备是通过400°C下加热硝酸铁制备高比表面积氧化 铁，再将氧化铁置于300°C炉内，在氢对一氧化碳的比为7:1的混合气体流中碳化12小时， 制得碳化铁。
[0018] 雷诺兹烟草公司的中国专利申请公布号CN 1046665A(有利于减少一氧化碳的含 催化剂吸烟制品，1990)，公开了一种用于吸烟制品的燃料组元，燃料组元中包括碳质材料 和在燃烧期间显著减少主流烟中一氧化碳量的催化组成，催化组成包括氧化铝、氧化锆、二 氧化钛、氧化忆、二氧化硅、磷酸盐、硅铝酸盐或其混合物组的氧化物陶瓷材料，以及铂族金 属和贱金属组份，如铂族金属的铂、钯、铑、铱、钌或其混合物，贱金属的铁、锰、钒、铜、镍、钴 或其混合物。
[0019] 雷诺兹烟草公司的中国专利CN 90108150. 7和CN 90108148. 5 (卷烟及其可吸填 料，1990)，公开了一种卷烟，包括由一种无机组分和一种有机组分组成的凝聚基体和烟草 的紧密混合物的可吸填料，可吸填料中包含一种藻酸铵粘结剂，烟草含有烟草提取物，及包 括丙三醇的烟雾形成材料，凝聚基体填料由碳酸钙组分和藻酸盐组分组成。
[0020] 雷诺兹烟草公司的中国专利CN 91105363. 8 (具有烟草/玻璃纤维燃料包裹纸的 香烟，1991)，公开了一种如香烟之类的吸烟制品，包括与物理分离的烟雾发生装置成热交 换关系设置的、短约9毫米长的碳质燃料元件，外包燃料元件的是烟草/玻璃纤维隔热包裹 纸，隔热包裹纸包括至少二个分开和不同的部分，至少有一纤维状隔热材料层和至少有一 含烟草的材料层；隔热包裹纸中使用至少二层玻璃纤维隔热材料，还包括一第二层含薄片 状烟草材料层，玻璃纤维和烟草材料的排列从燃料元件向外为烟草、玻璃纤维、烟草、玻璃 纤维。
[0021] 雷诺兹烟草公司的中国专利CN 92105261.8(用于吸烟制品燃料元件的含碳组合 物，1992)，公开了一种用于烟制品燃料元件的含碳燃料组合物，组合物包含一紧密混合物： 约60 %~99 %的碳，约1 %~20 %的粘合剂，约0~20 %的烟草；约3000~20000ppm的 最终钠含量，燃料组合物包括不燃烧的碳酸钙填料。
[0022] 雷诺兹烟草公司的中国专利申请公布号CN 1087497A(吸烟制品的组合燃料元 件，1993)，公开了一种改进的碳质燃料元件，包括贯穿于其长度、互相接触的至少二种不同 的材料，即可燃的碳质材料，及不燃烧材料或轻微燃烧材料，不燃烧材料与一层弹性绝热夹 套接触，将燃料元件固定在位，不燃烧材料是一种热交换材料或金属热交换材料，包括不燃 烧碳、石墨带或箱、金属带或箱，如不锈钢、铝和铜的带。
[0023] 这类吸烟制品还包括：Clearman等人的美国专利US 4756318 (Smoking article with tobacco jacke，1985) ;Sensabaugh 等人的欧洲专利公布号 0174645A2(Smoking article，1985) ;Banerjee 等人的欧洲专利公布号 0212234A2 (Smoking article，1986);