一种具有气溶胶冷却元件的气溶胶生成物品的制作方法

1.本技术涉及热不燃烧领域，尤其涉及一种具有气溶胶冷却元件的气溶胶生成物品。


背景技术：

2.加热不燃烧卷烟制品作为目前新型烟草制品的重要组成部分，其主打的加热但不燃烧能够有效降低传统卷烟因燃烧产生的焦油及有害物质，符合人们的健康追求。加热不燃烧烟草制品一般是通过“加热不燃烧”的方式将烟草香味传递给消费者，其外观与消费方式上也与传统卷烟相似，在一定程度上适应和满足了消费者的生理需要和心理需求。
3.加热不燃烧烟草制品的技术核心主要包括热源和致香气材料两个方面，其中具有冷却降温作用的致香气材料是影响加热不燃烧烟草制品抽吸体验的关键因素。目前已有技术，主要包括以下方面：(1)多孔释香基材在能适配致香方面的应用很少，而多孔降温基材是拓宽载香设计方案的关键；(2)致香降温颗粒作为气溶胶形成基质与热源直接接触释香，当致香颗粒与热源直接接触时，会发生致香颗粒在物理和化学方面显著变化，影响释放气溶胶降温效果和香气的稳定性；(3)致香降温颗粒在颗粒填充段填充程度和密实度很高，致香颗粒使用较多时，由于颗粒粒径和颗粒间间隙组合形态复杂，导致烟支吸阻稳定性较差且致香颗粒释放香气的效率较低。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种具有气溶胶冷却元件的气溶胶生成物品，旨在解决现有加热不燃烧烟草制品的致香气材料香气释放不均匀、吸阻大、稳定性差的问题。
5.为实现以上目的，本技术提供一种具有气溶胶冷却元件的气溶胶生成物品，包括按照条棒状的形式组装的气溶胶形成基材段、降温段、以及在条棒内位于所述降温段下游的滤嘴段，所述降温段包括沿条棒延伸方向长度在5mm～32mm之间的腔体、装载在腔体内的微孔颗粒，所述微孔颗粒具有气溶胶形成基材段所形成的气溶胶被抽吸通过降温段时经受热相变的材料，所述微孔颗粒的密度为10～2000kg/m3，所述微孔颗粒占腔体容积百分比为20％～88％，所述气溶胶形成基材段所形成的气溶胶被抽吸通过降温段时带动所述微孔颗粒发生位移悬浮。
6.优选地，所述微孔颗粒具有三维结构的微孔，所述微孔能负载香精香料和/或发烟剂。
7.优选地，所述微孔颗粒的微孔孔径范围为0.05μm～100μm；所述微孔颗粒的孔隙率为30％-75％。
8.优选地，所述微孔颗粒的粒径范围为0.05mm～2mm，所述微孔颗粒占腔体容积百分比为30％～70％。
9.优选地，所述微孔颗粒为多孔凝胶基材。
10.优选地，所述滤嘴段的长度在5mm～30mm之间，所述滤嘴段的至少一个横截面孔隙
的最大直径小于所述微孔颗粒的最小粒径。
11.优选地，所述滤嘴段的横截面孔隙的直径范围在10μm～1200μm之间。
12.优选地，所述滤嘴段包括：
13.第一滤嘴段，与唇端直接接触；
14.第二滤嘴段，设置在所述降温段和所述第一滤嘴段之间。
15.优选地，所述腔体包括2个以上不同底面中空圆直径的中空圆柱部件；所述中空圆柱部件的底面中空圆直径在2～10mm范围内。
16.与现有技术相比，本技术的有益效果包括：
17.本技术提供的具有气溶胶冷却元件的气溶胶生成物品在降温段内设置微孔颗粒，微孔颗粒不填充满降温段，该微孔颗粒为轻质微孔材料，容易在抽吸时会发生“漂浮位移”过程，从而使得该微孔颗粒虽然没有填充满降温段，但是漂浮起来之后可以均匀存在于降温段内，从而使得该微孔颗粒在抽吸时不会增加吸阻，且能够均匀抽吸，并且均匀分散的微孔颗粒之间具有间隙，使得气溶胶在降温段的降温效果更好。
18.利用多孔释香基材进行载香，可以有效地达到缓释的目的，香气也更为纯正，拓宽了香型的选择。致香颗粒在发生抽吸行为时，会发生“漂浮位移”过程，更大程度地增加了致香颗粒和烟气的接触面积，提升了香气释放量和香气饱和感。
19.另外微孔颗粒不与热源直接接触，因而香精香料和/或发烟剂在物理和化学性质上具有很高的稳定性，致香颗粒的基材在化学成分上保持稳定，在物理形态上不发生显著的变化，提升了释放香气的稳定性和香气的纯净度，增强了微孔颗粒在香精香料和/或发烟剂的释放方面的效果和稳定性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对本技术范围的限定。
21.图1为本实用新型第一实施例的具有气溶胶冷却元件的气溶胶生成物品的结构示意图；
22.图2为本实用新型第二实施例的具有气溶胶冷却元件的气溶胶生成物品的结构示意图；
23.图3为本实用新型第三实施例的具有气溶胶冷却元件的气溶胶生成物品的结构示意图；
24.图4为本实用新型第四实施例的具有气溶胶冷却元件的气溶胶生成物品的结构示意图；
25.图5为本实用新型第五实施例的具有气溶胶冷却元件的气溶胶生成物品的结构示意图。
26.附图标记：
27.滤嘴段：1；第一滤嘴段：1-1；第二滤嘴段：1-2；降温段：2；第一中空段：2-1；第二中空段：2-2；气溶胶形成基材段：3。
具体实施方式
28.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
29.本技术提供一种具有气溶胶冷却元件的气溶胶生成物品，例如可以为加热不燃烧烟弹，请参阅图1，包括按照条棒状的形式组装的气溶胶形成基材段3、降温段2、以及在条棒内位于所述降温段2下游的滤嘴段1。
30.其中，气溶胶形成基材段3用于产生气溶胶气体，气溶胶形成基材段 3与加热元件直接或间接接触受热，热源形式包括但不限于中心针式加热，中心片式加热，周边电阻丝加热，周边红外线加热，微波加热，超声波加热，中心加热片电磁感应加油，空气源加热等加热形式。气溶胶形成基材段3各点或各区域在抽吸过程中所有时点的平均温度都不低于滤嘴段1或降温段2中的平均温度。
31.气溶胶形成基材段3的原料可以是烟草原料，也可以是非烟草原料。非烟草原料例如可以是茶叶、陈皮、乌梅、地瓜、甘草、菊花等，气溶胶形成基材段3的原料还可以包括香精香料和发烟剂等。发烟剂选自丙二醇、丙三醇、三醋酸甘油酯或二醋酸甘油酯等。气溶胶形成基材段3的原料可以是颗粒型发烟材料，也可以是薄片型发烟材料，薄片型发烟材料的制备方法可以是稠浆法、造纸法、干法造纸法或辊压法等。
32.降温段2用于维持加热不燃烧烟弹的结构，甚至吸附过滤加热不燃烧烟弹的气溶胶形成基材段3产生的气溶胶气体，且对气溶胶形成基材段3 产生的气溶胶气体进行降温，以使气溶胶形成基材段3产生的气溶胶气体满足吸收要求。
33.所述滤嘴段1用于对气溶胶气体进行过滤并且进一步降温或过滤、吸附有害物质。滤嘴段1的材料例如可以是醋纤棒、丙纤棒(聚丙烯纤维棒)、聚乳酸棒和纸质滤棒中的一种或多种。
34.传统的加热不燃烧烟弹的香精香料和发烟剂添加在气溶胶形成基材段3的原料中，这种方式香气和烟气均存在烟气量和香气量不足，且抽吸不均匀的问题。因此出现了在降温段2设置释香颗粒的加热不燃烧烟弹，使得降温段2不仅能起到降温的作用，还能够释放香气和烟气。然而，现有的释香颗粒也存在抽吸不均匀，且会造成吸阻大的问题。
35.针对上述问题，本方案对降温段2的释香颗粒设置进行了改进，请参阅图1和图2，所述降温段2包括沿条棒延伸方向长度在5mm～32mm之间的腔体、装载在腔体内的微孔颗粒，所述微孔颗粒具有气溶胶形成基材段3所形成的气溶胶被抽吸通过降温段2时经受热相变的材料，所述微孔颗粒的密度为10～2000kg/m3，所述微孔颗粒占腔体容积百分比为20％～ 88％，所述气溶胶形成基材段3所形成的气溶胶被抽吸通过降温段2时带动所述微孔颗粒发生位移悬浮。
36.所述腔体包括至少一个中空圆柱部件；所述中空圆柱部件的底面中空圆直径在2～10mm范围内。优选地，所述腔体包括2个以上不同底面中空圆直径的中空圆柱部件。中空圆柱部件形成可供颗粒发生竖直向上的位移。所述中空圆柱部件的材料可以是陈皮、葛根等天然植物材料制成，也可以是醋酸纤维、聚丙烯纤维制成的中空管，此外，也适用于部分塑料、合金制成的中空管。
37.请参阅图1和图2，降温段2包括：第一中空段2-1，第二中空段2-2，所述第一中空段2-1内设置有微孔颗粒，所述微孔颗粒负载有香精香料和 /或发烟剂，所述微孔颗粒的体积与所述第一中空段2-1的容积百分比为 5％～70％；且所述加热不燃烧烟弹在抽吸过程中，所述微孔颗粒无法穿过所述滤嘴段1进入呼吸系统。
38.可以理解的是，降温段2可以只包括第一中空段2-1，用于装载微孔颗粒。如图1和图3所示的实施例方案；降温段2如果在第一中空段2-1 以外还包括其他中空结构，那么第一中空段2-1可以只是降温段2的一部分，如图2，图4和图5所示的实施例方案。
39.其中，微孔颗粒结构为三维网络结构，形成这种结构的机理有物理交联和化学交联两种，具体的机理取决于材料的本身的特质。在三维网络结构骨架的基础上，进一步地形成微孔结构，具体的工艺方式是将三维网络骨架中的分散相通过升华、蒸发、分解等方式释放出来，例如真空冷冻干燥或者超临界干燥的方法将材料中的水释放出来，又例如采用发泡剂分解产生气孔，在材料内部形成孔结构，从而具有较轻的比重，从而能够在一定的浮力作用下漂浮起来，在竖直方向上发生位移，该过程维持一定的时间，称为“漂浮位移”过程。
40.微孔颗粒可以只负载有香精香料，从而产生香气，为加热不燃烧烟弹补充香气量，微孔颗粒也可以只负载有发烟剂，加热不燃烧烟弹补充烟气量，微孔颗粒还可以负载有香精香料和发烟剂，从而补充香气量和烟气量。
41.微孔颗粒负载香精香料或发烟剂的方式可以根据微孔材料中的分散相类型决定，例如可以采取液态香精进行溶剂置换来实现载香，或者对于已经形成微孔结构的干燥物质，可以通过喷雾的方式进行载香。
42.由于考虑到香精香料或发烟剂的储存要求，需要对负载有香精香料和或发烟剂的微孔颗粒表面进行处理以减少或阻止其在储存时的致香气物质的流失。一般根据使用条件，采用适当熔点或熔程的热敏物质对其表面进行处理。
43.在一个实施例中，负载香精香料和/或发烟剂的微孔颗粒例如可以通过光固化的方式引发丙烯酸封端聚乙二醇-g-聚乳酸的共聚物和聚乙二醇双丙烯酸酯进行化学交联，形成三维网络结构，随后通过溶剂置换结合冷冻干燥的方式来实现载香，最终使用聚乙二醇作为热敏材料进行表面封闭处理，最终获得微孔颗粒。
44.微孔颗粒的体积与所述第一中空段2-1的容积百分比为5％～70％，也就是微孔颗粒不会将第一中空段2-1填充满，微孔颗粒的体积与所述第一中空段2-1的容积百分比例如可以为10％～60％，或者20％～50％，或者 30％～40％，或者20％～40％，或者40％～50％。并且该加热不燃烧烟弹在抽吸过程中，所述微孔颗粒无法到达所述滤嘴段1，也不会进入所述气溶胶形成基材段3，因此微孔颗粒只会在降温段2的腔体内发生位移。
45.对于微孔颗粒在加热不燃烧烟弹的轴向方向的速度方向和位移方向，主要由其周边的气体流速v决定。首先需要明确的是，为了方便说明颗粒的运动状态，以烟支竖直状态为例子考虑微孔颗粒所需要达到的参数，后续进一步考虑更接近真实抽吸情形的情况，即烟支倾斜的状态。在烟支是理想的竖直状态时，在轴向方向，微孔颗粒同时受到重力和气体浮力的作用，重力和气体浮力的大小，决定了颗粒在轴向方向上的速度方向，进而决定颗粒在轴向的位移方向，即是竖直向上运动的，还是竖直向下运动的。
46.具体地，将降温段2中装载的颗粒视为一个质点，对其在一次运动周期t内，即从抽吸行为发生开始时，直到颗粒下落回到起始位置的过程的持续时间内；在烟支轴向方向对
质点进行受力分析和运动过程研究。具体如下：(1)当发生一次抽吸行为时，质点上方气体流速显著变化，一般人们抽吸形成的空气流速在17.5ml/s左右。根据伯努利方程，式(1)，质点上方的气体压强显著下降。
47.p+1/2pv2+ρgh＝c
ꢀꢀ
(1)
48.其中，p为质点周边气体某点的压强，v为该点气体的流速，ρ为气体密度(近似不同温度下气溶胶和空气密度为1.2kg/m3)，g为重力加速度 (9.8m/s2)，h为该点气体的高度。
49.同步地，气溶胶形成基材段3被加热后，气溶胶形成，有限空间内气压增大。定义p为抽吸行为导致颗粒上方的降压和来自于气溶胶从气溶胶形成基材段3释放引起的增压的轴向合压。当颗粒由于轴向合压p漂浮起来后，在一次运动周期t内，由于烟支本身是非致密结构以及在抽吸行为并非是稳定持续的，合压p是关于时间的减函数，式(2)。
50.p＝p(t)
ꢀꢀ
(2)
51.(2)根据(1)的描述，进行质点受力分析，可以表示颗粒在降温段2不同位置和不通时间受到的合力，式(3)。
52.f＝p(t)s-g-f
ꢀꢀ
(3)
53.g＝mg
ꢀꢀ
(3.1)
54.f＝1/2cdρv2ꢀꢀ
(3.2)
55.其中，f为质点在轴向方向受到的合力，p(t)为质点在一次运动周期中某个时点的轴向方向的合压，s为球形质点与空气的接触面积，f为质点在运动过程中受到的空气阻力，g为质点受到的重力，m为质点的质量， cd为空气阻力系数，ρ为气体密度，v为质点与空气的相对速度。
56.(3)根据(1)，(2)的描述，质点的运动方程如下，式(4)：
57.x＝∫vdt
ꢀꢀ
(4)
58.a＝f/m
ꢀꢀ
(4.1)
59.v＝∫adt+v0ꢀꢀ
(4.2)
60.其中，x为质点在一次运动周期t内发生的位移，v为质点在一次运动周期t内的相对于空气的即时速度，a为质点在一次周期t内的即时加速度。v0一般默认为颗粒在运动周期发生之前的初速度为0；当颗粒与过滤段发生碰撞时，此时可对颗粒的运动方程进行分段计算，v0可定义为碰撞之后的颗粒初速度。
61.基于以上对颗粒在一次运动周期中运动状态的表述。在抽吸过程中，包含运动周期和抽吸间歇，可以将其在降温段2内颗粒的运动和状态分为四种情况。
62.第一种，在运动周期发生之前或抽吸间歇过程中，颗粒没有发生竖直方向的位移或者发生位移后回落到原处的状态，此时颗粒几乎保持“静止状态”。
63.第二种，在一个运动周期中，由于抽吸行为和烟芯被加热两方面的原因，形成合压p，使得颗粒获得竖直向上的速度，发生竖直向上的位移。直到竖直向上的速度由于碰撞和浮力减弱，速度转变方向或者变为0之前，颗粒维持竖直向上运动的过程，称为“上升漂浮状态”。
64.第三种，在一个运动周期中，上述”上升漂浮状态”的第一种，由于滤嘴段1与降温段2的相交端面的孔隙最大直径小于颗粒的最小粒径。当降温段2的空腔长度不足时，在颗粒发生有限竖直向上位移的情况下，“上升漂浮状态”的末速度不是0，此时将发生颗粒与滤
嘴段1端面的碰撞，颗粒的速度在碰撞后发生转向，这种碰撞发生时的颗粒状态称为“阻滞状态”。
65.第四种，“下落状态”。在一个运动周期中，上述“上升漂浮状态”的第二种，当降温段2的空腔长度足够长时，颗粒发生充分的竖直向上的位移，此时“上升漂浮状态”的末速度为0，此时不会发生颗粒与滤嘴段 1端面的碰撞，颗粒的速度由于浮力减弱的原因衰减为0，此后在重力作用下，发生竖直向下的位移。无论是“上升漂浮状态”的第一种导致“阻滞状态”后，还是“上升漂浮状态”的第二种情况，此后颗粒总会发生竖直向下的位移，称为“下落状态”。根据上述对抽吸过程中对颗粒运动状态的描述，有如下总结：
66.(1)“漂浮位移”过程定义为“上升漂浮状态”和“下落状态”的总和，此时颗粒以“漂浮”的状态在降温段2腔体中，均匀地分布于降温段2腔体中，与气溶胶接触的表面积远高于“静止状态”下与气溶胶的接触面积。
67.(2)在烟支是竖直状态放置时，我们使用流速17.5ml/s的吸烟机对不同密度的多孔颗粒进行了漂浮行为测试，确定了颗粒密度ρk，其范围在 10～2000kg/m3。密度ρk的大小值决定了颗粒在“漂浮位移”过程中的运动行程大小和时长。
68.(3)在实际抽吸过程中，烟支发生倾斜并形成倾斜角，定义倾斜角为烟支轴线与竖直方向的夹角θ，则颗粒受到的向下的力为重力的分力，大小是g
·
cosθ，该力的大小要小于烟支是竖直状态放置情形下，颗粒受到的重力g，因此只要保证前述颗粒的核心参数密度ρk的范围，颗粒将在用户抽吸烟支的情形下发生“漂浮位移”。
69.本技术提供的具有气溶胶冷却元件的气溶胶生成物品在降温段内设置微孔颗粒，微孔颗粒不填充满降温段，该微孔颗粒为轻质微孔材料，容易在会发生“漂浮位移”过程，从而使得该微孔颗粒虽然没有填充满降温段，但是漂浮起来之后可以均匀存在于降温段内，从而使得该微孔颗粒在抽吸时不会增加吸阻，且能够均匀抽吸，并且均匀分散的微孔颗粒之间具有间隙，使得气溶胶在降温段的降温效果更好。
70.利用多孔释香基材进行载香，可以有效地达到缓释的目的，香气也更为纯正，拓宽了香型的选择。致香颗粒在发生抽吸行为时，会发生“漂浮位移”过程，更大程度地增加了致香颗粒和烟气的接触面积，提升了香气释放量和香气饱和感。
71.另外微孔颗粒不与热源直接接触，因而香精香料和/或发烟剂在物理和化学性质上具有很高的稳定性，致香颗粒的基材在化学成分上保持稳定，在物理形态上不发生显著的变化，提升了释放香气的稳定性和香气的纯净度，增强了微孔颗粒在香精香料和/或发烟剂的释放方面的效果和稳定性。
72.在一优选实施例中，所述微孔颗粒的微孔孔径范围为0.05μm～ 100μm，例如可以为0.05μm～1μm，或者1μm～5μm，或者5μm～10μm，或 10μm～100μm。所述微孔颗粒的孔隙率为30％-75％，例如可以为(30、32、33、35、36、38、40、42、45、46、48、50、52、53、55、56、58、59、 60、62、63、65、66、67、68、70、72、73或75)％。
73.在一优选实施例中，所述微孔颗粒的粒径范围为0.05mm～2mm，例如可以为0.05mm～0.1mm，或0.1mm～0.5mm，或0.5mm～1mm，或 1mm～2mm。所述微孔颗粒占腔体容积百分比为30％～70％，例如可以为 (30、32、33、35、36、38、40、42、45、46、48、50、52、53、55、56、 58、59、60、62、63、65、66、67、68或70)％。
74.优选地，所述微孔颗粒为多孔凝胶基材颗粒。优选地，所述多孔凝胶基材颗粒包
括：水凝胶颗粒和/或气凝胶颗粒。
75.其中，溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了分散介质(在干凝胶中是气体，干凝胶也称为气凝胶)，这样一种特殊的分散体系称作凝胶。
76.优选地，所述滤嘴段1的长度在5mm～30mm之间，所述滤嘴段1 的至少一个横截面孔隙的的最大直径小于所述微孔颗粒的最小粒径，可以限制微孔颗粒主要在降温段2形成的腔体中运动，并有效防止颗粒随烟气进入呼吸道的风险。
77.所述滤嘴段1的横截面孔隙的直径范围在10μm～1200μm之间，例如可以为10μm～30μm，或者30μm～100μm，或者100μm～500μm，或 500μm～800μm，或者800μm～1200μm。
78.可选地，请参阅图3和图4，所述滤嘴段1包括：第一滤嘴段1-1，与唇端直接接触，所述第一滤嘴段1-1可以为醋酸纤维材料；第二滤嘴段 1-2，设置在所述降温段和所述第一滤嘴段之间，所述第二滤嘴段1-2可以为聚乳酸薄膜材料。
79.同时设置第一滤嘴段1-1和第二滤嘴段1-2的优点是获得加热不燃烧烟弹吸阻值和长度的平衡。一方面，可以更方便地调节加热不燃烧烟弹的吸阻值，避免吸阻过大造成抽吸费力和吸阻过小导致吸烟体验感不强；另一方面，可以更方便地调节滤嘴段1总长，有效地发挥其控制降温段2内颗粒运动的作用。
80.可选地，请参阅图2、图4和图5，所述降温段2还包括：第二中空段2-2，第二中空段2-2可以为空纸管；所述第二中空段2-2设置在所述过滤段1和所述第一中空段2-1之间，所述第一中空段为中空醋酸制成，第一中空段2-1中灌有颗粒。
81.对于降温段2来说，同时设置第一中空段2-2和第二中空段2-1，一方面，第一中空段2-1和第二中空段2-2长度的可设计性可以方便地控制降温段2中颗粒发生“漂浮位移”过程的位移时间和位移行程，进而控制微孔颗粒在一个运动周期内的香气释放量和释放速率。
82.另一方面，第一中空段2-1和第二中空段2-2底面直径的可设计性，可以有效地调节气溶胶温度；当气溶胶从小直径的第一中空段2-1进入大直径的第二中空段2-2时，气溶胶温度会由于气体膨胀效应而降温(图5)；当气溶胶从大直径的第一中空段2-1进入小直径的第二中空段2-2时，气溶胶温度会由于气体压缩效应而升温(图4)；据此，可以有效调节气溶胶温度进而影响微孔颗粒的释香速率和释香量。
83.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。
84.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本技术的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本技术的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。