适用于气溶胶产生装置的气溶胶产生制品的制作方法

适用于气溶胶产生装置的气溶胶产生制品


背景技术：

1.本发明涉及适用于气溶胶产生装置的气溶胶产生制品。更特别地，本发明涉及这样的气溶胶产生制品：其包括包含至少一种聚羟基烷酸酯(pha)的至少一个元件，适用于气溶胶产生装置以使由气溶胶产生制品产生的气溶胶中的活性氧类(reactive oxygen species，ros)淬灭。
2.常规的吸烟制品例如香烟通常具有基本上圆柱形的杆状结构并且包括被纸包装物包围的可吸烟材料(例如粉碎的烟草)的卷状物，从而形成所谓的“可吸烟杆”。通常，香烟具有与可吸烟杆以端对端关系对齐的圆柱形过滤器元件。通常，过滤器元件包括由纸材料界定的乙酸纤维素纤维的束，并且过滤器元件附接至使用被称为“接装材料”的界定性包装材料的可吸烟杆的一端。常规的乙酸纤维素纤维(其以束的形式生产，也被称为“丝束”)与合适的增塑剂(通常三乙酸甘油酯(三醋精))结合，所述增塑剂能够使短纤维彼此结合以产生在吸烟期间不软化或塌陷的相对坚实且刚性的结构。
3.除了通过使烟草在高温下燃烧来吸烟的常规香烟之外，替代的吸烟系统近来也已经投入市场，常规地被称为“加热不燃烧烟草系统”，例如philip morris的iqos
tm
成套装置，其中烟草杆不燃烧，而只是被加热以产生包含烟碱和其他化学物质的气溶胶。通常，在这样的经加热的吸烟制品中，通过将来自热源的热传递至可能位于热源内、热源周围或热源下游的在物理上分离的气溶胶形成基体或材料来产生气溶胶。在吸烟期间，挥发性化合物通过来自热源的热传递而从气溶胶形成基体中释放并夹带在通过吸烟制品吸进的空气中。随着释放的化合物冷却，其冷凝以形成被使用者吸入的气溶胶。
4.气溶胶产生制品描述于例如wo 2013/098405和wo 2013/098410中。这样的气溶胶产生制品包括：以线性顺序布置的气溶胶形成基体；位于紧接在气溶胶形成基体的下游的支撑元件；位于支撑元件的下游的其中气溶胶被冷却的传递段；以及界定气溶胶形成基体、支撑元件和传递段的外包装物。气溶胶产生制品用于包括电加热的气溶胶产生装置的气溶胶产生系统中，所述电加热的气溶胶产生装置包括内部加热元件。气溶胶形成基体可被气溶胶产生装置的加热元件穿透。如wo 2013/098410中所描述的，传递段可以由中空管状元件构成。或者，如wo 2013/098405所公开的，通过使用已经被卷曲、打褶、聚拢或折叠以限定多个在纵向上延伸的通道的合适材料的片材(其被包装在包装材料中)，传递段被更有效地制成为气溶胶冷却元件。所述片材可以由各种材料例如金属箔、聚合物材料、基本上无孔的纸张或纸板制成。更具体地，气溶胶冷却元件可以包括选自以下的材料的聚拢片材：聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚乳酸(pla)、乙酸纤维素(ca)和铝箔。更优选地，气溶胶冷却元件包括以下材料的聚拢片材：可堆肥材料，例如无孔纸张，或者可生物降解聚合物材料，例如聚乳酸或级(可商购的基于淀粉的共聚酯系列)。


技术实现要素：

5.虽然气溶胶产生制品能够减少通常由常规香烟中的烟草的燃烧和热解降解产生
的有害烟成分的吸入气溶胶的存在，但是申请人面对这样的问题：进一步改善这种能力，以使当前的气溶胶产生制品对希望降低与吸烟相关的健康风险的消费者更具吸引力。
6.申请人已经出乎意料地发现置于相对于气溶胶形成基体的下游的包含至少一种聚羟基烷酸酯(pha)的至少一个元件能够使不可避免地存在于由加热气溶胶形成基体而产生的挥发性物质中的活性氧类(ros)淬灭。公知的是ros对细胞有毒，导致氧化应激。多于一百种疾病与rso有关，例如糖尿病、炎性免疫损伤、自身免疫系统疾病、由失血引起的组织损伤和癌症。包含至少一种pha的至少一个元件置于相对于气溶胶形成基体的下游，使得当加热元件加热气溶胶形成基体时，由气溶胶形成基体产生的挥发性物质与pha接触。在一个优选的实施方案中，包含pha的元件为具有多个在纵向上延伸的管的气溶胶冷却元件。这样的气溶胶冷却元件可以由包含至少一种pha的聚合物组合物的打褶片材形成。
7.因此，根据第一方面，本发明涉及气溶胶产生制品，所述气溶胶产生制品包括气溶胶形成基体和包含至少一种聚羟基烷酸酯(pha)的至少一个元件，所述至少一个元件置于相对于气溶胶形成基体的下游。
8.根据一个优选的实施方案，气溶胶产生制品包括：
9.气溶胶形成基体；
10.位于紧接在气溶胶形成基体的下游的支撑元件；
11.位于支撑元件的下游的气溶胶冷却元件；以及
12.界定气溶胶形成基体、支撑元件和气溶胶冷却元件的外包装物；
13.其中气溶胶冷却元件包含至少一种pha。
14.根据一个优选的实施方案，气溶胶冷却元件由聚合物组合物的片材形成，所述聚合物组合物的片材被打褶以限定多个在纵向上延伸的通道，其中所述聚合物组合物包含至少一种pha。
15.根据另一个优选的实施方案，气溶胶冷却元件由聚合物组合物的片材形成，所述聚合物组合物的片材被打褶以限定多个在纵向上延伸的通道，其中所述片材涂覆有至少一种pha。
16.根据另一个方面，本发明涉及用于使由包括气溶胶形成基体的气溶胶产生制品产生的气溶胶中的活性氧类(ros)淬灭的方法，所述方法包括向气溶胶产生制品提供具有包含至少一种聚羟基烷酸酯(pha)的至少一个元件，所述至少一个元件置于相对于气溶胶形成基体的下游。
17.根据另一个方面，本发明涉及包含至少一种聚羟基烷酸酯(pha)的元件在包括气溶胶形成基体的气溶产生制品中用于使由气溶胶产生制品产生的气溶胶中的活性氧类(ros)淬灭的用途，所述至少一个元件置于相对于气溶胶形成基体的下游。
18.如本文中所使用的，用术语“气溶胶形成基体”意指在加热时能够释放可以形成气溶胶的挥发性化合物的基体。由气溶胶形成基体产生的气溶胶可以可见或者不可见并且可以包含蒸气、气体和/或冷凝蒸气的液滴。
19.如本文中所使用的，用术语“上游”和“下游”意指限定气溶胶产生制品的元件或元件的一部分相对于其中在气溶胶产生制品的使用期间使用者在气溶胶产生制品上抽吸的方向的相对位置。
20.气溶胶产生制品包括两个端部：近端，气溶胶通过近端离开气溶胶产生制品中并
被递送至使用者；和远端。在使用时，使用者可以在近端上抽吸以吸入由气溶胶产生制品产生的气溶胶。
21.如本文中所使用的，用术语“气溶胶冷却元件”意指具有大的表面积和低的抽吸阻力的元件。在使用时，由从气溶胶形成基体中释放的挥发性化合物形成的气溶胶在被使用者吸入之前经过气溶胶冷却元件并被其冷却。与抽吸过滤器和其他接嘴(mouthpiece)的高阻力相比，气溶胶冷却元件具有低的抽吸阻力。气溶胶产生制品内的室和腔也不被认为是气溶胶冷却元件。
22.如本文中所使用的，用术语“气溶胶产生装置”意指与气溶胶产生制品的气溶胶形成基体相互作用以产生气溶胶的装置。优选地，气溶胶产生装置为这样的吸烟装置：其与气溶胶产生制品的气溶胶形成基体相互作用以产生通过使用者的嘴而可直接吸入使用者的肺中的气溶胶。
23.出于本说明书和所附权利要求的目的，除非另有说明，否则所有表示量(amount)、量(quantity)、百分比等的数应理解为在所有情况下均被术语“约”修饰。此外，所有范围均包括所公开的最大点和最小点的任何组合并且包括它们中的在本文中可能具体列举或者可能没有具体列举的任何中间范围。
24.根据一个优选的实施方案，支撑元件为中空管状元件。优选地，中空管状元件由结合在一起以形成过滤元件的纤维制成，所述纤维包含至少一种pha。更优选地，所述纤维包括乙酸纤维素纤维，所述乙酸纤维素纤维通过包围乙酸纤维素纤维的至少一种pha而结合在一起。
25.根据一个优选的实施方案，气溶胶产生制品包括位于气溶胶产生制品的最下游端的接嘴过滤器。优选地，接嘴过滤器由结合在一起以形成过滤元件的纤维制成，所述纤维包含至少一种pha。优选地，接嘴过滤器由结合在一起以形成过滤元件的纤维制成，所述纤维包括乙酸纤维素纤维，所述乙酸纤维素纤维通过包围乙酸纤维素纤维的至少一种pha而结合在一起。
具体实施方式
26.关于气溶胶形成基体，其优选地包含烟草，更优选由包装物界定的卷曲的均化烟草材料的聚拢片材。优选地，均化烟草材料的卷曲片材包含甘油作为气溶胶形成剂。
27.关于本发明中使用的pha，优选的是包含式(i)的重复单元的聚合物：
[0028]-o-chr
1-(ch2)
n-co
‑ꢀꢀꢀ(i)[0029]
其中：
[0030]
r1选自：任选地经选自卤素(f、cl、br)、-cn、-oh、-ooh、-or、-coor(r＝c1至c4烷基、苄基)中的至少一个基团取代的c1至c
12
烷基、c4至c
16
环烷基、c2至c
12
烯基；
[0031]
n为0或者为1至6的整数，优选为1或2。
[0032]
优选地，r1为甲基或乙基，以及n为1或2。
[0033]
pha可以为均聚物、共聚物或三聚物。在共聚物或三聚物的情况下，其可以由以下组成：不同的式(i)的重复单元，或者至少一种式(i)的重复单元与来源于能够与羟基烷酸酯共聚的共聚单体例如内酯或内酰胺的至少一种重复单元的组合。在后一种情况下，相对于重复单元的总摩尔，式(i)的重复单元以等于至少10摩尔％的量存在。
[0034]
特别优选的式(i)的重复单元为来源于以下中的那些：3-羟基丁酸酯、3-羟基戊酸酯、3-羟基己酸酯、3-羟基辛酸酯、3-羟基-十一碳-10-烯酸酯、4-羟基戊酸酯。
[0035]
特别优选的pha为：聚羟基丁酸酯(phb)、聚-3-羟基戊酸酯(phv)、聚-3-羟基己酸酯(phh)、聚-3-羟基辛酸酯(pho)、聚(3-羟基丁酸酯-共聚-3-羟基戊酸酯)(phbv)、聚(3-羟基丁酸酯-共聚-3-羟基己酸酯)(phbh)、聚(3-羟基丁酸酯-共聚-4-羟基丁酸酯)、聚(3-羟基辛酸酯-共聚-3-羟基十一碳-10-烯酸酯)(phou)、聚(3-羟基丁酸酯-共聚-3-羟基戊酸酯-4-羟基戊酸酯)(phbvv)、聚羟基丁酸酯-羟基戊酸酯共聚物、或其混合物。
[0036]
根据本发明的目的，特别优选的pha为聚羟基丁酸酯(phb)和聚(3-羟基丁酸酯-共聚-3-羟基戊酸酯)(phbv)。
[0037]
优选地，pha的重均分子量(mw)范围为10,000da至1,000,000da。
[0038]
对于pha的生产，其优选地通过能够产生pha的微生物菌株通过有机基体(例如碳水化合物或其他可发酵基体，例如甘油)的微生物发酵，并随后从细胞团中回收pha来实现。对于进一步的细节，参见例如专利申请wo 99/23146、wo 2011/045625和wo 2015/015395。适合于通过发酵生产pha的基体可以特别地从蔬菜的加工，例如来源于甜菜、甘蔗的加工的汁液、糖蜜、浆料中获得。除了蔗糖和其他碳水化合物之外，这些基体通常还包含有机生长因子、氮、磷和/或用作细胞生长的营养物的其他矿物质。替代物为甘油(低成本的有机碳源，为生物柴油生产的副产物)，其可以任选地以与乙酰丙酸的混合物使用(参见例如us 8956 835 b2)。
[0039]
如上文中报告的，pha优选地包含在气溶胶冷却元件中。这可以根据两个不同的实施方案来实现。
[0040]
在第一实施方案中，气溶胶冷却元件由聚合物组合物的片材形成，所述聚合物组合物的片材被打褶以限定多个在纵向上延伸的通道，其中聚合物组合物包含至少一种pha。
[0041]
包含至少一种pha的聚合物组合物可以根据已知的技术配制，并且可以包含以下作为聚合物基底：100重量％的pha，或者优选60重量％至90重量％的pha和10重量％至40重量％的至少一种不同的可生物降解/可堆肥聚合物(例如聚交酯(pla)、聚(己二酸丁二醇酯-共聚-对苯二甲酸丁二醇酯)(pbat)、聚(丁二酸丁二醇酯)(pbs)、聚(丁二酸丁二醇酯-共聚-己二酸丁二醇酯)(pbsa)、聚己内酯(pcl)、及其混合物)的混合物，所述百分比相对于聚合物基底的总重量来表示。
[0042]
基于聚合物基底的总重量，聚合物组合物还可以通常以2重量％至15重量％的量包含至少一种增塑剂。优选地，增塑剂可以选自天然增塑剂或生物基增塑剂，例如天然油(例如，亚麻籽油、蓖麻油、棕榈油、亚麻油和椰子油、其氢化衍生物和非氢化衍生物、甘油和柠檬酸酯、以及混合物)。
[0043]
聚合物组合物的其他可能的添加剂可以为例如：加工助剂；填料(例如，高岭土、滑石、白垩、二氧化硅、脱蒙石及其混合物)；主抗氧化剂或次抗氧化剂。
[0044]
所述片材可以根据已知的技术来生产，例如通过将聚合物组合物经由模具挤出以形成片材，然后将片材回收并通过冷却辊卷绕。为了形成气溶胶冷却元件，然后根据已知的技术将片材打褶并切割成期望的长度。
[0045]
在图1中，报告了通过光学显微镜拍摄的打褶片材的图像。
[0046]
在第二实施方案中，气溶胶冷却元件由聚合物材料的片材形成，所述聚合物材料
2013/098410和wo 2013/098405中。
[0056]
申请人希望强调的是，使用至少一种pha用于制造气溶胶产生制品的至少一个元件改善了制品的可生物降解性和环境可持续性，因为公知的是pha为由可再生来源生产的可生物降解材料。
[0057]
关于其中将pha用作用于乙酸纤维素纤维的结合剂以形成过滤元件的实施方案，申请人已经发现至少一种pha可以有利地用作用于乙酸纤维素纤维的结合剂，代替本领域中通常使用的三醋精或其他结合剂。pha在被施加在纤维表面时能够使乙酸纤维素纤维结合，导致形成无规连接点以在纤维之间保留适合于吸烟期间的适当压降的空间并为过滤元件赋予合适的硬度。此外，由于pha具有相对高的熔点并且基本上不溶于水，因此当pha经受吸烟期间产生的温热且潮湿的烟气时，pha不软化或熔融，从而防止吸烟期间过滤元件的软化或塌陷。
[0058]
以上过滤器元件可以通过包括以下的方法生产：
[0059]
用至少一种pha的水性悬浮体包埋乙酸纤维素纤维的束以获得被pha悬浮体覆盖的乙酸纤维素纤维的湿润束；
[0060]
使湿润束成形为连续细长元件的形式；
[0061]
将连续细长元件加热至140℃至180℃的温度持续足以使pha熔融并使水蒸发的时间；
[0062]
将经加热的连续细长元件冷却以获得pha的结晶；
[0063]
将如此获得的连续细长元件切割成预定长度的节段。
[0064]
提供以下实施例以进一步说明本发明。
[0065]
实施例1.
[0066]
生产具有以下成分的聚合物组合物：
[0067]
phb(聚羟基丁酸酯)60.70重量％
[0068]
pla(聚交酯)30.00重量％
[0069]
增塑剂6.00重量％
[0070]
加工助剂2.40重量％
[0071]
抗氧化剂0.90重量％
[0072]
phb的mw为约500kda。
[0073]
在施加100rpm至900rpm范围的速度的labtech lmx5-vs高速混合器中生产组合物。
[0074]
将如此获得的呈粉末形式的组合物在具有容积式料斗进料器的双螺杆挤出机(labtech lte 16-40)中挤出。通过连接至挤出机头的冷却辊单元(labtech lbcr-150)使挤出的材料形成为片材的形式。片材的厚度为约150μm。
[0075]
将片材切割成11mm长、1.8mm高的带状物，各自的重量为约0.260g至0.360g。
[0076]
通过机械工具将带状物打褶，然后折叠并辊压以获得与见于用于i-qos
tm
(philip morris)的heets
tm
香烟的尺寸具有相同尺寸的气溶胶冷却元件。这样的香烟(或者更精确地，气溶胶产生制品)具有如图3中所示的结构。heets
tm
香烟中的气溶胶冷却元件由pla(聚交酯)制成。
[0077]
实施例2至3.
[0078]
将见于heets
tm
香烟中的由pla(聚交酯)制成的气溶胶冷却元件提取、展开，然后用phb(mw：443kda)(实施例2)的水性悬浮体或者聚(3-羟基丁酸酯-共聚-3-羟基戊酸酯)(phbv)(mw：700kda)(实施例3)的水性悬浮体喷洒。phb和phbv在水性悬浮体中的浓度为10％重量/体积。将悬浮体喷洒在pla打褶带状物的仅一侧上或两侧上。然后将经喷洒的带状物在40℃的烘箱中干燥1小时。
[0079]
实施例4：ros的测定
[0080]
(a)采样系统
[0081]
在标准吸烟条件(以2秒抽吸持续时间、2秒抽吸间隔和65-ml抽吸体积使香烟燃烧5分钟)下使用计算机控制的单个吸烟设备(single cigarette smoking machine，scsm，ch technologies)以产生主流烟气。为了产生电子烟蒸气，使用i-qos(2.4plus)“加热不燃烧”装置。将三个冲击取样器用20ml 2',7'-二氯荧光素-辣根过氧化物酶(dcfh-hrp)溶液填充并用于收集来自主流烟气的气相ros。
[0082]
图4中示例性地示出了实验系统。使用可商购的heets
tm
marlboro
tm
(gold)香烟收集来自主流烟气的ros。在图4中，scsm(1)连接至包含dcfh-hrp溶液的三个冲击取样器(2)，所述dcfh-hrp溶液接收通过过滤器保持件(4)连接至冲击取样器的香烟(3)产生的烟气。排放的烟气通过管(5)离开scsm。scsm连接至便携式电脑(6)以控制吸烟的抽吸持续时间和抽吸间隔。
[0083]
(b)样品制备和分析
[0084]-用于香烟烟气中的ros的荧光探针和标准物的制备。
[0085]
在该研究中用于测定ros的荧光探针为dcfh。通过将2',7'-二氯荧光素二乙酸酯(dcfh-da；calbiochem，usa)溶解在乙醇(acs级，pharmo，usa)中来制备1mm储备溶液。将10ml溶液与40ml 0.01m氢氧化钠(naoh)混合并在暗室温度中放置30分钟以水解。然后，向该溶液中添加200ml磷酸盐缓冲液，所述磷酸盐缓冲液通过将磷酸氢二钠(na2hpo4，sigma aldrich，mo，usa)与无水磷酸二氢钠(nah2po4，fluka，德国)混合以实现7.2的ph而获得。使用辣根过氧化物酶(hrp，sigma aldrich，usa)作为催化剂，浓度为0.5单位/ml。该工作溶液的最终dcfh浓度为5μm。
[0086]
通过使用标准物h2o2校准曲线对荧光强度进行转化来使用当量h2o2浓度表示ros浓度。通过将0.1ml过氧化氢(acs级，sigma aldrich，usa)与3ml dcfh-hrp工作溶液混合来制备浓度为1.0
×
10-7
nmol、2.0
×
10-7
nmol、3.0
×
10-7
nmol和4.0
×
10-7
nmol的四个h2o2标准物。通过将0.1ml去离子的milli-q水(电阻》18.2mω)与探针混合来获得标准物空白。将标准物置于比色皿中并在水浴中在37℃下孵育。通过使用shimadzu分光光度计(型号：rf-5301pc，日本)测量荧光(激发波长：504nm；发射波长：524nm)来监测2,7-二氯荧光素的形成。
[0087]
(c)活性氧物质(reactive oxygen substance，ros)的分析
[0088]
随后采样，从各个冲击取样器(每一者包含20ml)中移出3ml试剂溶液，将其置于比色皿中并在水浴中在37℃下孵育15分钟。通常，冲击取样器中的溶液的荧光强度在标准物的范围内。在使用所述体积的溶液得到各个冲击取样器中的ros的量之后，将所有三个冲击取样器的内容物合并。取等分试样的溶液并测量荧光强度。通过在没有任何香烟燃烧的情况下运行吸烟系统来获得采样空白，并以相同的方式对其进行分析。从样品结果中减去进
样空白值。
[0089]
还从由商业香烟产生的烟气中测量ros的量，如表1中报告的。
[0090]
关于ros分析的另外的细节可见于：jiayuan zhao&philip k.hopke,"concentration of reactive oxygen species(ros)in mainstream and sidestream cigarette smoke",aerosol science and technology,46:191
–
197,2012。
[0091]
结果报告于表1中。数据为对各个类型的气溶胶冷却元件的12个样品进行测量的平均值。
[0092]
[表1]
[0093][0094]
[0095]
*检测限:1.5nmol
[0096]
pha量为根据本发明的各个气溶胶冷却元件中的量。
[0097]
根据以上数据，明显的是，由包含pha的根据本发明的气溶胶产生制品产生的气溶胶中的ros淬灭效果显著。
[0098]
不希望受到任何理论的束缚，认为通过使产生的气溶胶与pha接触对ros淬灭的积极效果主要归因于单体单元-o-chr
1-(ch2)
n-co-的结构。与叔碳原子-chr
1-连接的氢对于形成氢自由基是特别具有反应性的，氢自由基通过使ros经由自由基反应失活而使ros淬灭。