Сгораемый источник тепла с улучшенным связующим материалом

Сгораемый источник тепла с улучшенным связующим материалом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение предлагает сгораемый источник тепла для курительного изделия, причем данный источник тепла содержит уголь и улучшенный связующий материал, включающий комбинацию органических и неорганических связующих материалов. Кроме того, настоящее изобретение предлагает нагреваемое курительное изделие, содержащее такой сгораемый источник тепла и образующий аэрозоль субстрат.

В технике предлагается ряд курительных изделий, в которых табак нагревается, а не сгорает. Одна из целей, которые преследуют такие «нагреваемые» курительные изделия, заключается в том, чтобы сократить известные вредные компоненты дыма такого типа, которые образуются в процессе сгорания и пиролитического разложения табака в традиционных сигаретах.

В нагреваемом курительном изделии одного известного типа аэрозоль образуется в процессе переноса тепла от сгораемого источника тепла в образующий аэрозоль субстрат, расположенный после сгораемого источника тепла. В процессе курения летучие соединения высвобождаются из образующего аэрозоль субстрата за счет переноса тепла от сгораемого источника тепла и увлекаются воздухом, втягиваемым через курительное изделие. Когда высвобождающиеся соединения охлаждаются, они конденсируются, образуя аэрозоль, который вдыхает курильщик.

Например, WO-A2-2009/022232 описывает курительное изделие, содержащее сгораемый источник тепла, образующий аэрозоль субстрат, расположенный после сгораемого источника тепла, и теплопроводный элемент, расположенный вокруг, вступающий в непосредственный контакт с задней частью сгораемого источника тепла и прилегающий к передней части образующего аэрозоль субстрата. Теплопроводный элемент в курительном изделии согласно WO-A-2009/022232 способствует передаче тепла, производимого в процессе горения источника тепла, в образующий аэрозоль субстрат.

Некоторые источники тепла на основе угля содержат органический связующий материал, такой как производное целлюлозы, чтобы способствовать сохранению целостности источника тепла в процессе изготовления, обработки и хранения. Однако органические связующие материалы, как правило, сгорают при температурах, достигаемых внутри источника тепла в процессе горения. В результате было обнаружено, что органические связующие материалы разрушаются в процессе курения нагреваемого курительного изделия, приводя к потере целостности источника тепла.

Разложение органического связующего материала может приводить к деформации источника тепла в процессе и после горения, что может, в свою очередь, вызывать растрескивание, или разрушение источника тепла, или осыпание пепла из сгоревшего источника тепла. Кроме того, в процессе горения органического связующего материала, как правило, высвобождаются газы, которые создают давление внутри источника тепла, дополнительно повышая вероятность его растрескивания или разрушения.

Является желательным создание сгораемого источника тепла для нагреваемого курительного изделия, который имеет улучшенную целостность в процессе и после курения. Было бы особенно желательным предложение такого сгораемого источника тепла, который также имеет улучшенные свойства горения.

По изобретению, предлагается сгораемый источник тепла для курительного изделия, причем данный сгораемый источник тепла содержит уголь и связующий материал, содержащий по меньшей мере один органический полимерный связующий материал, по меньшей мере одну сгораемую карбоксилатную соль и по меньшей мере один несгораемый, неорганический связующий материал, причем указанный по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал содержит слоистый силикатный материал.

По изобретению, предлагается также курительное изделие, содержащее сгораемый источник тепла по изобретению, который определен выше, и образующий аэрозоль субстрат, расположенный после сгораемого источника тепла.

Кроме того, настоящее изобретение предлагает применение связующего материала, улучшающего целостность углесодержащего сгораемого источника тепла для курительного изделия, причем связующий материал содержит по меньшей мере один органический полимерный связующий материал, по меньшей мере одну сгораемую карбоксилатную соль и по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал, причем указанный по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал содержит слоистый силикатный материал.

Кроме того, настоящее изобретение предлагает способ изготовления сгораемого источника тепла, имеющего улучшенную целостность, включающий стадии: объединения одного или более углесодержащих материалов со связующим материалом, причем связующий материал включает по меньшей мере один органический полимерный связующий материал, по меньшей мере одну сгораемую карбоксилатную соль и по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал, в котором по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал содержит слоистый силикатный материал; предварительного формования смеси одного или более углесодержащих материалов и связующего материала в продолговатый стержень; и сушки продолговатого стержня.

Сгораемый источник тепла по изобретению может представлять собой экструдированный источник тепла, изготовленный в процессе экструзии, как ниже описано более подробно. В качестве предпочтительной альтернативы, сгораемый источник тепла по изобретению может представлять собой прессованный источник тепла, изготовленный в процессе прессования, что также описано ниже более подробно. Было обнаружено, что прессованные источники тепла проявляют большее улучшение целостности в результате применения связующего материала, включающего комбинацию трех компонентов, которые определены выше.

Термин «связующий материал» означает здесь компонент сгораемого источника тепла, который связывает друг с другом уголь и любые другие добавки внутри источника тепла, таким образом, что может быть изготовлен твердый источник тепла, который сохраняет свою структуру.

Термин «сгораемая карбоксилатная соль» означает здесь соль карбоновой кислоты, которая считается модифицирующей горение угля. Предпочтительно сгораемая карбоксилатная соль при комнатной температуре содержит однозарядный, двухзарядный или трехзарядный катион и карбоксилатный анион, причем карбоксилатный анион сгорает, когда зажигается сгораемый источник тепла. Предпочтительнее, сгораемая карбоксилатная соль представляет собой сгораемая карбоксилатная соль щелочного металла, содержащая при комнатной температуре однозарядный катион щелочного металла и карбоксилатный анион, причем карбоксилатный анион сгорает, когда зажигается сгораемый источник тепла. Конкретные примеры сгораемых карбоксилатных солей, которые могут содержаться в связующем материале сгораемого источника тепла по изобретению, представляют собой, без ограничения этим, ацетаты щелочных металлов, цитраты щелочных металлов и сукцинаты щелочных металлов.

В вариантах выполнения, связующий материал может содержать одну сгораемую карбоксилатную соль. Согласно другим вариантам выполнения, связующий материал может содержать комбинацию двух или более различных сгораемых карбоксилатных солей. Две или более различных сгораемых карбоксилатных солей могут содержать различные карбоксилатные анионы. В качестве альтернативы или в качестве дополнения, две или более различных сгораемых карбоксилатных солей могут содержать различные катионы. В качестве примера, связующий материал может содержать смесь цитрата щелочного металла и сукцината щелочноземельного металла.

Термин «несгораемый» означает здесь неорганический связующий материал, который не сгорает или не разлагается в процессе поджигания и горения сгораемого источника тепла по изобретению. Таким образом, несгораемый неорганический связующий материал является устойчивым при температурах, которые воздействуют на связующий материал в процессе горения сгораемого источника тепла, и будет оставаться практически неповрежденным в процессе и после горения.

Термины «расположенный перед», «передний», «расположенный после» и «задний» используются в настоящем документе для описания положений компонентов или частей компонентов курительных изделий по изобретению относительно направления воздушного потока, втягиваемого через курительные изделия в процессе курения.

В сгораемом источнике тепла по изобретению уголь объединяется со связующим материалом, который составляет новую специфическую комбинацию органических и неорганических связующих материалов. В частности, органический полимерный связующий материал, такой как материалы, используемые в сгораемых источниках тепла уровня техники, объединяется по меньшей мере с одной сгораемой карбоксилатной солью и по меньшей мере одним несгораемым неорганическим связующим материалом, причем по меньшей мере один несгораемый неорганический связующий материал содержит слоистый силикатный материал. В следующем описании органический полимерный связующий материал, сгораемая карбоксилатная соль и несгораемый неорганический связующий материал в совокупности называются термином «компоненты связующего материала».

Было обнаружено, что применение связующего материала, который составляют в специфическом сочетании органический полимерный связующий материал, сгораемая карбоксилатная соль и несгораемый неорганический связующий материал, содержащий слоистый силикатный материал, преимущественно улучшает целостность сгораемого источника тепла в процессе и после горения по сравнению с источником тепла, содержащим только органический связующий материал. Сгораемый источник тепла по изобретению проявляет уменьшение деформации, обусловленной горением, таким образом, что уменьшается возникновение трещин, разрушение или фрагментация источника тепла. Кроме того, сгораемый источник тепла по изобретению образует более связный пепел после горения, таким образом, что частицы или фрагменты пепла с меньшей вероятностью отрываются от источника тепла. Кроме того, было обнаружено улучшение внешнего вида пепла, который приобретает более однородную консистенцию и более темный и однородный цвет.

Термин «целостность» означает здесь способность сгораемого источника тепла по изобретению оставаться целым или неповрежденным. В результате любой значительной потери целостности сгораемого источника тепла может происходить растрескивание или разрушение источника тепла. О неудовлетворительной целостности сгораемого источника тепла может также свидетельствовать образование искр или пламени в процессе зажигания источника тепла.

Как далее описано более подробно, количественную меру целостности сгораемого источника тепла можно предложить, используя экспериментальное исследование, в котором измеряется вероятность того, что часть сгораемого источника тепла в составе нагреваемого курительного изделия осыпается в регулируемых условиях горения, что известно как «осыпание». В частности, данное исследование обеспечивает непосредственное сравнение целостности сгораемых источников тепла, содержащих различные связующие материалы. Было обнаружено, что вероятность осыпания для сгораемого источника тепла по изобретению уменьшается по сравнению с вероятностью осыпания при таких же условиях для сгораемого источника тепла уровня техники, содержащего только органический связующий материал.

Считается, что чем ниже вероятность осыпания для сгораемого источника тепла, тем лучше сохраняется целостность сгораемого источника тепла. Вероятность осыпания для сгораемого источника тепла по изобретению составляет предпочтительно менее чем 20% и предпочтительнее менее чем 10%, причем наиболее предпочтительно она приближается к 0% в экспериментальных условиях, описанных ниже.

Обеспечиваемое улучшение целостности сгораемого источника тепла в результате использования специфической комбинации компонентов связующего материала, которые определены выше, является больше, чем можно было бы прогнозировать на основании поведения индивидуальных компонентов связующего материала. Кроме того, было показано, что использование комбинации трех компонентов связующего материала обеспечивает неожиданное повышение механической прочности сгораемого источника тепла, что демонстрирует увеличение прочности на сжатие сгораемого источника тепла. Таким образом, связующий материал производит неожиданное полезное воздействие на физические свойства сгораемого источника тепла по изобретению.

Кроме того, было также обнаружено, что соотношение трех компонентов связующего материала сгораемого источника тепла по изобретению можно предпочтительно регулировать, чтобы модифицировать и улучшать свойства горения источника тепла. Например, соотношение компонентов связующего материала можно регулировать, чтобы увеличивать температуру горения или продолжительность горения источника тепла по сравнению с источником тепла, содержащим только органический связующий материал.

Кроме того, было показано, что использование связующего материала, содержащего комбинацию трех различных компонентов связующего материала, в сгораемом источнике тепла по изобретению предпочтительно увеличивает скорость распространения горения угля в объеме источника тепла от переднего конца до заднего конца источника тепла после поджигания его переднего конца. Распространение горения угля в объеме сгораемого источника тепла четко показывает изменение цвета на поверхности сгораемого источника тепла вследствие перемещения вниз по потоку фронта дефлаграции (быстрого горения без взрыва) от переднего конца до заднего конца сгораемого источника тепла. Ускоренное распространение горения угля в объеме сгораемого источника тепла после поджигания предпочтительно сокращает время до первой затяжки. Как ниже описано более подробно, все три из различных компонентов связующего материала имеют различные структуры и функции внутри сгораемого источника тепла. Кроме того, все компоненты связующего материала проявляют различное поведение в процессе горения сгораемого источника тепла. Сочетание различных свойств и характеристик поведения компонентов связующего материала обеспечивает улучшенные связующие эффекты и, в частности, неожиданное улучшение целостности сгораемого источника тепла.

Органический полимерный связующий материал в связующем материале сгораемого источника тепла по изобретению, как правило, составляют имеющие длинные и гибкие цепи органические полимеры. Органический полимерный связующий материал, как правило, представляет собой хорошее топливо, которое улучшает качество горения сгораемого источника тепла. Как определено выше, органический полимерный связующий материал также способствует связыванию угля в процессе изготовления сгораемого источника тепла и до горения. Однако органический полимерный связующий материал выгорает после поджигания источника тепла и, таким образом, не производит какой-либо значительный связующий эффект в процессе или после горения.

Органический полимерный связующий материал может содержать любые подходящие органические полимерные связующие материалы, которые не производят вредные побочные продукты при нагревании или горении. Органический полимерный связующий материал может содержать органический полимер одного типа или комбинацию органических полимеров двух или более различных типов. Предпочтительно органический полимерный связующий материал содержит один или более целлюлозный полимерных материалов. Подходящие целлюлозные полимерные материалы представляют собой, без ограничения этим, целлюлозу, модифицированную целлюлозу, метилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу, гидроксипропилметилцеллюлозу и их комбинации. Согласно особенно предпочтительным вариантам выполнения изобретения органический полимерный связующий материал содержит карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ). Подходящий источник КМЦ для использования по изобретению поставляет компания Phrikolat GmbH (Германия). В качестве альтернативы или в качестве дополнения одного или более целлюлозных полимерных материалов, органический полимерный связующий материал может содержать один или более нецеллюлозных полимерных материалов, в том числе, но не ограничиваясь этим, камеди, такие как, например, гуаровая камедь; пшеничная мука; крахмалы; сахара; растительные масла и их комбинации.

Связующий материал содержит предпочтительно от около 25 вес .% до около 80 вес. % органического полимерного связующего материала и предпочтительнее от около 30 вес. % до около 75 вес. % органического полимерного связующего материала.

В отличие от органического полимерного связующего материала, сгораемая карбоксилатная соль в связующем материале сгораемого источника тепла по изобретению, как правило, содержит ионы, которые обычно имеют меньший размер по сравнению с другими более крупными молекулами в источнике тепла. Сгораемая карбоксилатная соль поддерживает горение источника тепла. Кроме того, было обнаружено, что, в отличие от органического связующего материала, сгораемая карбоксилатная соль сохраняет связную структуру, которая окружает другие молекулы в объеме сгораемого источника тепла в процессе и после горения, что способствует связыванию друг с другом материалов источника тепла. Таким образом, сгораемая карбоксилатная соль улучшает целостность сгораемого источника тепла в процессе и после горения и уменьшает вероятность деформации и разрушения источника тепла. Сохранение связующего эффекта сгораемой карбоксилатной соли после горения дополнительно улучшает связность и внешний вид материала пепла.

Содержание сгораемой карбоксилатной соли в сгораемом источнике тепла по изобретению дополнительно обеспечивает улучшение свойств горения сгораемого источника тепла. В частности, сгораемая карбоксилатная соль может увеличивать продолжительность горения сгораемого источника тепла по изобретению по сравнению со сгораемыми источниками тепла, в которых содержится только органический связующий материал. Кроме того, улучшение горения источника тепла за счет сгораемой карбоксилатной соли может придавать сгораемому источнику тепла повышенную плотность для использования в нагреваемом курительном изделии. Это позволяет изготавливать сгораемый источник тепла, содержащий большее количество угольного топлива для данного размера источника тепла, что может дополнительно увеличивать продолжительность горения сгораемого источника тепла.

Предпочтительная сгораемая карбоксилатная соль представляет собой соль калия или натрия и карбоновой кислоты, такую как цитрат, ацетат или сукцинат. Согласно предпочтительным вариантам выполнения, сгораемая карбоксилатная соль представляет собой цитратную соль щелочного металла. Согласно особенно предпочтительным вариантам выполнения изобретения, сгораемая карбоксилатная соль представляет собой цитрат калия и наиболее предпочтительно однозамещенный цитрат калия.

Как природа катиона, так и природа аниона, выбранных для сгораемой карбоксилатной соли, могут влиять на свойства горения сгораемого источника тепла, в частности, такие как продолжительность горения, температура горения и начальная температура в процессе поджигания сгораемого источника тепла. Таким образом, природу сгораемой карбоксилатной соли и количество сгораемой карбоксилатной соли, содержащейся в связующем материале, можно регулировать в зависимости от желательных свойств горения сгораемого источника тепла.

Связующий материал содержит предпочтительно от около 5 вес. % до около 50 вес. % сгораемой карбоксилатной соли и предпочтительнее от около 8 вес. % до около 40 вес. % сгораемой карбоксилатной соли.

Несгораемый неорганический связующий материал содержит слоистый силикатный материал.

Неорганический связующий материал предпочтительно представляет собой материал, имеющий относительно крупные плоские и негибкие молекулы. Неорганический связующий материал является несгораемым при температурах, достигаемых внутри сгораемого источника тепла в процессе горения, таким образом, что неорганический связующий материал продолжает присутствовать после поджигания и горения источника тепла. Таким образом, неорганический связующий материал сохраняет свои связующие свойства и продолжает связывать друг с другом материалы источника тепла после того, как выгорает органический связующий материал. При определенном содержании добавляемый неорганический связующий материал может дополнительно повышать температуру горения сгораемого источника тепла, и, таким образом, можно регулировать свойства горения. В частности, содержание несгораемого неорганического связующего материала можно регулировать таким образом, чтобы увеличивалась температура источника тепла в процессе поджигания.

Неорганический связующий материал может содержать любые подходящие неорганические связующие материалы, которые являются инертными, а также не сгорают и не разлагаются в процессе горения источника тепла. Несгораемый неорганический связующий материал может представлять собой неорганический связующий материал одного типа или комбинацию неорганических связующих материалов двух или более различных типов. Подходящие слоистые силикатные материалы для включения в несгораемый неорганический связующий материал представляют собой, без ограничения этим глины, слюды, серпентиниты и их комбинации. Согласно особенно предпочтительным вариантам выполнения, несгораемый неорганический связующий материал содержит одну или более глин. Другие подходящие неорганические связующие материалы для включения в несгораемый неорганический связующий материал представляют собой, без ограничения этим, алюмосиликатные производные, силикаты щелочных металлов, производные известняка, соединения и производные щелочноземельных металлов, соединения и производные алюминия, а также их комбинации.

Термин «глина» означает здесь содержащие алюминий филлосиликатные материалы, в которых присутствуют двумерные слои силикатных и алюминатных ионов, которые образуют четкую слоистую структуру в объеме глины. Подходящие глины для использования в связующем материале сгораемого источника тепла по изобретению представляют собой, без ограничения этим, бентонит, монтмориллонит и каолинит. Подходящие глины поставляют компании Worlee-Chimie GmbH (Германия) и Nanocor.

Особенно предпочтительно, когда одна или более глин, используемых в связующем материале сгораемого источника тепла по изобретению, представляют собой расслоенные глины. Термин «расслоенные глины» означает здесь глины, которые были подвергнуты процессу расслоения или отслоения, в котором увеличивается расстояние между слоями, содержащими силикатные и алюминатные ионы, в некоторых случаях вплоть до 20 раз или более.

В отличие от длинных гибких молекул органического связующего материала и мелких ионов сгораемой карбоксилатной соли, в слоистых силикатных материалах, таких как глины, присутствуют крупные плоские структуры. Было обнаружено, что комбинация молекул связующего материала с этими различными структурами оказывается эффективной для создания улучшенных связующих свойств не только в процессе изготовления и хранения сгораемого источника тепла по изобретению, но также и в процессе и после горения.

Связующий материал содержит предпочтительно от около 10 вес. % до около 35 вес. % несгораемого неорганического связующего материала и предпочтительнее от около 15 вес. % до около 35 вес. % несгораемого неорганического связующего материала.

Согласно особенно предпочтительным вариантам выполнения изобретения, сгораемый источник тепла содержит связующий материал, который составляют в сочетании карбоксиметилцеллюлоза как органический связующий материал, цитрат калия как сгораемая карбоксилатная соль и глина как несгораемый неорганический связующий материал. Согласно определенным предпочтительным вариантам выполнения, связующий материал содержит около 73 вес. % карбоксиметилцеллюлозы в качестве органического связующего материала, около 17 вес. % цитрата калия в качестве сгораемой карбоксилатной соли и около 10 вес. % глины в качестве несгораемого неорганического связующего материала.

Было обнаружено, что эта комбинация компонентов связующего материала проявляет особенно эффективные связующий свойства, и получаемые в результате сгораемые источники тепла сохраняют целостность, проявляя на незначительном или нулевом уровне видимую деформацию или растрескивание в процессе или после горения. Кроме того, было показано, что пепел, который остается после горение сгораемого источника тепла, содержащего такую комбинацию компонентов связующего материала, проявляет улучшенную связность и внешность по сравнению со сгораемыми источниками тепла уровня техники, в которых содержится только органический связующий материал.

Сгораемые источники тепла по изобретению предпочтительно содержат от около 2 вес. % до около 10 вес. % связующего материала, предпочтительнее от около 4 вес. % до около 10 вес. % связующего материала и наиболее предпочтительно от около 5 вес. % до около 9 вес. % связующего материала, включающего три различных компонента связующего материала. Согласно определенным предпочтительным вариантам выполнения изобретения, сгораемые источники тепла содержат около 8 вес. % связующего материала.

Связующий материал предпочтительно вводится в сгораемый источник тепла по изобретению в процессе изготовления источника тепла. Комбинацию трех компонентов связующего материала можно вводить в источник тепла в течение одной стадии, или, три компонента связующего материала можно добавлять в течение двух или трех отдельных стадий в процессе изготовления.

Один или более компонентов связующего материала можно добавлять в другие компоненты сгораемого источника тепла в форме твердого практически сухого порошка. В качестве альтернативы, один или более компонентов связующего материала можно добавлять в другие компоненты сгораемого источника тепла в форме раствора связующего материала, содержащего один или более компонентов связующего материала, растворенных или суспендированных в подходящем растворителе, таком как вода. Предпочтительно по меньшей мере сгораемая карбоксилатная соль добавляется в другие компоненты сгораемого источника тепла в форме раствора. Например, если сгораемая карбоксилатная соль содержит цитрат калия, можно использовать водный раствор, содержащий от 5 до 10 вес. % цитрата калия.

В случае, когда один или более компонентов связующего материала вводят в форме раствора связующего материала, значение pH этого раствора связующего материала доводят в основной области, и оно составляет предпочтительно по меньшей мере 8, предпочтительнее по меньшей мере 10 и наиболее предпочтительно около 12. Естественное значение pH этого раствора, как правило, находится в кислой области, и в таких случаях уровень pH можно легко повышать посредством добавления подходящей щелочи.

Компоненты связующего материала и, в частности, органический полимерный связующий материал, как правило, проявляют чувствительность к изменениям pH. Это может быть особенно актуальным в случае заряженного органического полимерного связующего материала, для которого увеличение pH раствора связующего материала может влиять на заряд, который несут молекулы связующего материала, и, таким образом, на молекулярную конфигурацию и связующие свойства. Было обнаружено, что использование раствора связующего материала, имеющего значение pH в основной области, составляющее 8 или более, улучшает свойства горения сгораемого источника тепла по изобретению по сравнению с аналогичным сгораемым источником тепла, изготовленным с использованием кислого раствора связующего материала. В частности, было обнаружено, что сгораемый источник тепла имеет увеличенную продолжительность горения, таким образом, что сгораемый источник тепла может продолжать горение в течение более длительного времени.

Кроме того, было обнаружено, что использование основного раствора связующего материала для изготовления сгораемого источника тепла повышенной плотности и для улучшения целостности сгораемого источника тепла после горения по сравнению аналогичным сгораемым источником тепла, изготовленным с использованием кислого раствора связующего материала.

Сгораемые источники тепла по изобретению представляют собой углесодержащий источник тепла, в котором уголь содержится в качестве топлива. Сгораемые источники тепла по изобретению имеют содержание угля, составляющее предпочтительно по меньшей мере около 35%, предпочтительнее по меньшей мере около 40% и наиболее предпочтительно по меньшей мере около 45% от сухого веса сгораемого источника тепла.

Согласно некоторым вариантам выполнения изобретения, сгораемый источник тепла представляет собой источник тепла на основе угля. При использовании в настоящем документе термин «источник тепла на основе угля» используется, чтобы описывать источник тепла, в котором содержится в основном уголь. Сгораемые источники тепла на основе угля для использования в курительных изделиях по изобретению могут иметь содержание угля, составляющее по меньшей мере около 50%, предпочтительно по меньшей мере около 60%, предпочтительнее по меньшей мере около 70% и наиболее предпочтительно по меньшей мере около 80% от сухого веса сгораемого источника тепла на основе угля.

Сгораемые источники тепла по изобретению, можно изготавливать, используя один или более подходящих углесодержащих материалов. Подходящие углесодержащие материалы являются хорошо известными в технике и представляют собой, без ограничения этим, угольный порошок.

Сгораемые источники тепла по изобретению предпочтительно содержат дополнительно по меньшей мере один зажигательный агент.

При использовании в настоящем документе термин «зажигательный агент» означает материал, который высвобождает энергию и/или кислород в процессе поджигания сгораемого источника тепла, причем скорость высвобождения энергии и/или кислорода данным материалом не ограничивается диффузией кислорода из окружающей среды. Другими словами, скорость высвобождения энергии и/или кислорода материалом в процессе поджигания сгораемого источника тепла, в основном, является независимой от скорости, с которой кислород из окружающей среды может попадать в данный материал. При использовании в настоящем документе термин «зажигательный агент» также означает элементарный металл, который высвобождает энергию в процессе поджигания сгораемого источника тепла, причем температура поджигания элементарного металла составляет менее чем около 500°C, и теплота сгорания элементарного металла составляет по меньшей мере около 5 кДж/г.

При использовании в настоящем документе термин «зажигательный агент» не распространяется на сгораемые карбоксилатные соли, которые определены выше.

В технике известны подходящие зажигательные агенты для использования в сгораемом источнике тепла по изобретению.

Сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать один или более зажигательных агентов, которые состоят из одного элемента или соединения, высвобождающего энергию при поджигании сгораемого источника тепла. Высвобождение энергии одним или более поджигательными агентами при поджигании сгораемого источника тепла непосредственно вызывает резкое повышение температуры в течение начальной стадии горения сгораемого источника тепла.

Например, в вариантах выполнения изобретения, сгораемые источники тепла могут содержать один или более высвобождающих энергию материалов, которые состоят из одного элемента или соединения, реагирующего экзотермически с кислородом при поджигании сгораемых источников тепла. Примеры подходящих высвобождающих энергию материалов представляют собой, без ограничения этим, алюминий, железо, магний и цирконий.

В качестве альтернативы или в качестве дополнения, сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать один или более поджигательных агентов, состоящих из двух или более элементов или соединений, которые реагируют друг с другом и высвобождают энергию при поджигании сгораемого источника тепла.

Например, в вариантах выполнения сгораемые источники тепла по изобретению, могут содержать один или более термитов или термитных композитов, содержащих восстановитель, такой как, например, металл, и окислитель, такой как, например, оксид металла, которые реагируют друг с другом и высвобождают энергию при поджигании сгораемых источников тепла. Примеры подходящих металлов представляют собой, без ограничения этим, магний, и примеры подходящих оксидов металлов представляют собой, без ограничения этим, оксид железа (Fe₂O₃) и оксид алюминия (Al₂O₃).

Согласно другим вариантам выполнения изобретения, сгораемые источники тепла могут содержать одно или более зажигательных агентов, представляющих собой другие материалы, которые вступают в экзотермические реакции при поджигании сгораемого источника тепла. Примеры подходящих металлов представляют собой, без ограничения этим, интерметаллические и биметаллические материалы, карбиды металлов и гидриды металлов.

Согласно предпочтительным вариантам выполнения изобретения, сгораемые источники тепла содержат по меньшей мере один зажигательный агент, который высвобождает кислород в процессе поджигания сгораемого источника тепла.

Согласно таким вариантам выполнения, высвобождение кислорода по меньшей мере одним поджигательным агентом при поджигании сгораемого источника тепла косвенно приводит к резкому повышению температуры в течение начальной стадии горения сгораемого источника тепла за счет увеличения скорости горения сгораемого источника тепла.

Например, сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать один или более окислителей, которые разлагаются, высвобождая кислород при поджигании сгораемого источника тепла. Сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать органические окислители, неорганические окислители или их комбинацию. Примеры подходящих окислителей представляют собой, без ограничения этим, нитраты, такие как, например, нитрат калия, нитрат кальция, нитрат стронция, нитрат натрия, нитрат бария, нитрат лития, нитрат алюминия и нитрат железа; нитриты; другие органические и неорганические нитросоединения; хлораты, такие как, например, хлорат натрия и хлорат калия; перхлораты, такие как, например, перхлорат натрия; хлориты; броматы, такие как, например, бромат натрия и бромат калия; перброматы; бромиты; бораты, такие как, например, борат натрия и борат калия; ферраты, такие как, например, феррат бария; ферриты; манганаты, такие как, например, манганат калия; перманганаты, такие как, например, перманганат калия; органические пероксиды, такие как, например, бензоилпероксид и пероксид ацетона; неорганические пероксиды, такие как, например, пероксид водорода, пероксид стронция, пероксид магния, пероксид кальция, пероксид бария, пероксид цинка и пероксид лития; надпероксиды, такие как, например, надпероксид калия и надпероксид натрия; йодаты; перйодаты; йодиты; сульфаты; сульфиты; другие сульфоксиды; фосфаты; фосфинаты; фосфиты; фосфаниты.

В качестве альтернативы или в качестве дополнения, сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать один или более аккумулирующих или поглощающих кислород материалов, которые высвобождают кислород при поджигании сгораемого источника тепла. Сгораемые источники тепла по изобретению могут содержать аккумулирующие или поглощающие кислород материалы, которые сохраняют и высвобождают кислород посредством инкапсулирования, физической сорбции, химической сорбции, структурного изменения или их комбинации. Примеры подходящих аккумулирующих или поглощающих кислород материалов представляют собой, без ограничения этим: металлические поверхности, такие как, например, поверхности металлического серебра или