專利名稱：煙草煙霧過濾嘴的制作方法
技術領域：
本發明涉及煙草煙霧過濾嘴，特別是用于香煙的煙霧過濾嘴。
使用活性炭從煙草煙霧中除去不希望的氣相(VP)組分是眾所周知的。
在香煙煙霧的VP部分中存在超過400種化合物(例如醛、酮和烴)。活性炭是強吸附劑；其能有效地從煙草煙霧中除去大量的這些化合物。然而，VP部分中的化合物全部傾向于被活性炭降低到類似的程度；活性炭可以被描述為有效的“總的(blanket)吸附劑”。
近年來，對借助于香煙過濾嘴進行選擇性過濾產生了提高的興趣，也就是說與其他煙霧組分的去除相比提高從煙草煙霧中對特定化合物的去除。特別希望選擇性地去除的一種化合物是氰化氫(HCN)，因為HCN通常被認為是VP部分中存在的毒性最大的化合物之一。當在香煙過濾嘴中使用時，標準活性炭能將HCN除去，但是與其他的VP化合物相比這不是選擇性地除去。實際上，其去除程度通常低于其他的VP化合物。
眾所周知的是在活性炭中加入各種化學品，以提高特定化合物的去除。這些“浸漬炭”能夠通過化學反應以及借助于物理吸附除去特定的化合物。這樣的炭被廣泛地用于例如防毒面具和呼吸器應用，其中活性炭通常用大量化學品中的一種或多種浸漬，以對于去除特定的毒物有針對性。我們的實驗顯示，這樣的呼吸器-級炭在用于香煙過濾嘴應用時是相對無效的，因為僅僅獲得了低水平的總體去除。顯然，呼吸器-級炭不適于香煙過濾嘴環境，其中炭和氣體之間的接觸時間比在防毒面具/呼吸器應用中的接觸時間少得多。這些呼吸器級炭還顯示很少的對HCN具有提高的選擇性的跡象。上述情況將使人們認為為了有效去除香煙過濾嘴應用中的HCN，高填充量的浸漬劑將是需要的。
我們已經出人意料地發現，使用相對低水平的浸漬劑，與比用于標準香煙過濾嘴中的基礎炭具有更高的活性的基礎炭結合，對于從香煙煙霧中除去HCN是高度有效的。
本發明提供了煙草煙霧過濾嘴，其包含用金屬浸漬劑浸漬的高活性活性炭。
優選，所述金屬浸漬劑以占高活性活性炭的干重為最多10％的量存在。更優選，浸漬劑以占高活性活性炭的1到5％的量存在。所述金屬浸漬劑可以是例如銅、錳、鉬、鈷、鐵、鋅的一種或多種。在一個優選的實施方案中，浸漬劑是銅。在另一個優選的實施方案中，金屬浸漬劑是銅和鉬的混合物。
在本發明說明書中，“金屬浸漬劑”、“銅”和“鉬”等等是指金屬本身和/或其離子，其可以是任何形式(例如鹽，配合物，螯合物等等)。
本發明的活性炭可以衍生自任何可以制備活性炭的原料[可以制備活性炭的這些原料包括，例如，木材，煤，堅果殼例如椰子，泥煤，石油焦和骨；以及合成來源例如聚(丙烯腈)或者苯酚-甲醛]。
活性炭是“高活性”活性炭。在這里“活性”指在平衡條件下由基礎活性炭(基礎活性炭指在用浸漬劑例如銅和/或鉬浸漬之前的活性炭)吸附的特定的蒸氣(例如四氯化碳-CTC)的重量百分數。在此活性水平作為％CTC值給出。因此，95％CTC的炭活性值指在平衡條件下95％重量CTC的吸附水平。“高活性”指在平衡條件下吸附大于大約90％CTC的基礎活性炭(即在金屬浸漬之前的活性炭)。優選所述活性在浸漬之前大于90％。更優選活性炭的活性在浸漬之前大于100％(即在平衡條件下基礎活性炭吸附大于大約100％CTC)。
優選所述活性炭在浸漬之后具有大于80％CTC、更優選大于90％CTC的活性。
按照本發明，在另一個方面，提供了煙草煙霧過濾嘴，其包含用銅和鉬浸漬的活性炭，其中銅與鉬的比大于1.3比1。
在浸漬活性炭中優選的銅比鉬的比(重量)大于2∶1。特別優選的是在3.5∶1和4.5∶1之間的比。在浸漬活性炭中特別優選的銅比鉬的比是4∶1。
優選所述活性炭是高活性活性炭。
按照本發明，在另一個方面提供了煙草煙霧過濾嘴，其包含用銅和鉬浸漬的活性炭，其中所述活性炭是高活性活性炭。
高活性活性炭是上述討論的活性炭。優選，活性炭的活性大于90％CTC、更優選大于100％CTC。
優選銅和鉬以占活性炭干重不大于10％的結合量存在。優選銅和鉬以占活性炭干重為1到5％的量存在于活性炭中。
優選，銅比鉬的比大于1.3比1。更優選，銅比鉬的比大于2比1、優選在3.5比1和4.5比1之間。銅比鉬的特定的優選的比是4比1。
我們已經非常出人意料地發現，與通常用于軍用或者民用呼吸器中的浸漬劑的濃度相比，金屬浸漬劑濃度(例如銅/鉬浸漬劑濃度)的顯著降低沒有導致HCN去除的可認別的惡化。
本發明的活性炭粒子尺寸取決于要求的性能和過濾嘴結構。在說明書中給出的目尺寸是US目。適合的浸漬活性炭具有在2mm(目尺寸10)和0.15mm(100目)之間的粒子尺寸。優選，基本上全部浸漬活性炭具有在0.6mm(30目)和0.212mm(70目)之間的粒子尺寸。更優選，基本上全部浸漬活性炭具有在0.425mm(40目)和0.212mm(70目)之間的粒子尺寸。
本發明煙草煙霧過濾嘴的浸漬活性炭能夠顯示令人驚奇的HCN的選擇性脫除，而對總的VP降低沒有不利影響。過去沒有發現浸漬炭在香煙應用中有利，因為浸漬組分(例如金屬離子)和存在于煙霧中的組分之間的化學反應(和/或這些反應的產品)對香煙味道具有不利影響，其降低吸煙者的滿足感。與過去認為對于可接受的HCN去除所必須的量相比，本發明的煙草煙霧過濾嘴可以包括相當低的量的例如浸漬的銅、浸漬的銅和鉬；這可以降低任何對味道的不利影響。
申請人還顯示了本發明過濾嘴的活性炭在較低水平的活性炭重量下具有令人驚奇的有效性的優點。這可以降低與過濾嘴制造有關的成本。優選的煙草煙霧過濾嘴包含低于150mg用金屬浸漬劑(例如銅和鉬)浸漬的活性炭。特別優選的煙草煙霧過濾嘴包含10mg到70mg浸漬活性炭，更優選30mg到60mg浸漬活性炭。
本發明的過濾嘴可以具有任何過去為包含顆粒吸附劑的煙草煙霧過濾嘴建議的設計式樣。例如，本發明的浸漬活性炭可以被分散到過濾嘴塞子中，負載在被集聚形成所述塞子的絲束或者纖維或者片材上；其可以另外地粘附到一條或多條線狀物上，該線狀物在過濾嘴塞子的基質中延伸，或者粘附到圍繞所述過濾嘴塞子的卷繞材料的內表面，如例如GB-A-9124535和GB-A-9221545中描述的，對于更多的信息請參考該文獻)；或者其可以在普通的卷繞材料中形成夾在一對塞子(例如纖維素醋酸酯絲束的塞子)之間的床。
本發明的過濾嘴還可以包括不同于本發明所要求的活性炭的一種或多種特定的吸附劑(例如二氧化硅凝膠，不同的活性炭或者沸石)，其可以或者可以不選擇性地除去存在于香煙煙霧的VP部分中的其他的化合物(例如醛)。附加的吸附劑可以與本發明要求的活性炭混合和/或與其分離。
本發明的煙草煙霧過濾嘴在過濾嘴或者香煙制造之后甚至在長時間(例如儲藏)之后還能提供有效的HCN去除。用于已知的過濾嘴的炭在貯存期間吸附存在于過濾嘴或者煙草中的揮發性的物質，因此降低了吸煙時過濾嘴炭能夠除去VP化合物的效率。其結果是，已知的過濾嘴除去HCN的效率也隨著老化而降低。令人驚奇地，本發明的過濾嘴除去HCN的能力甚至在長時間(例如六個月)的貯存之后也不顯著地劣化。
本發明還提供了過濾嘴香煙，其包含任何前面要求的過濾嘴，該過濾嘴在其上游端連接到卷繞的煙絲條。本發明的香煙過濾嘴通常使用常規的包梢外包卷附著于卷繞的煙絲條，所述外包卷可以是透氣的或者不透氣的搭接。
通過以下實施例并且參考附圖舉例說明本發明，其中
圖1和2分別是按照本發明一個實施方案的單獨的過濾嘴和過濾嘴香煙的示意的截面側視圖(不按比例)；并且圖3是本發明不同的實施方案的單獨的過濾嘴的示意的截面側視圖(不按比例)。
對比實施例-呼吸器炭從大量供應者獲得了在呼吸器應用中推薦用于去除HCN的許多的浸漬商品炭，并且與通常用于香煙過濾嘴應用中的標準(未浸漬的)炭進行了對比。這些測試包括組裝具有“三重顆粒”過濾嘴的香煙，每種在兩個纖維素醋酸酯過濾嘴段之間的填充床中包含100mg活性炭。在ISO條件(35cm3吹氣，每個具有兩秒的持續時間，每分鐘一次)下燃吸所述過濾嘴香煙并且測量氰化氫HCN和平均VP產生量。對于香煙A到F(每個包含六種典型的呼吸器級活性炭之一)，與在過濾嘴中不包含炭的相當的香煙對比，在表1中給出了平均VP和HCN。所述表還包括包含過濾嘴的“標準”香煙的VP和HCN值，所述過濾嘴包含衍生自椰子殼的未浸漬的活性炭(如通常用于香煙過濾嘴中的那種)。
表1
顯然，呼吸器樣品A到F不適合于香煙過濾嘴環境。另外顯然標準過濾嘴對于HCN沒有選擇性。
浸漬樣品的制備通常通過以下步驟制備浸漬活性炭的樣品將堿式的銅(II)碳酸鹽、碳酸銨和鉬酸氫銨(VI)溶解在含水氨化溶液中，并且按照表2(對于2％銅；0.5％鉬給出的)中詳細描述的比與活性炭混合。其他金屬濃度的量(和比)作相應的調整。將得到的漿液熱處理到175℃，給出干燥的、自由流動的產品，其然后過篩，得到要求的目尺寸。
表2
浸漬樣品的測試通過以上方法制備了十四個浸漬活性炭樣品。組裝過濾嘴香煙，每個包含100mg的所述樣品之一，并且使用以上對于對比樣品描述的過程進行測試。表3中給出了十四個浸漬樣品的結果，以及兩個未浸漬的對照樣品(樣品3和4)的結果。
使用如上所述的過程制備了僅僅包含2％銅的另一個浸漬炭樣品，除了在混合中省略鉬酸氫銨。使用用于表3中的樣品的相同的過程測試該樣品(樣品27)，結果在表3a中給出。
表3
*表示為比率4∶1的(銅+鉬)。
表3a
結果顯示，為了獲得VP物質的較高程度的降低(即香煙煙霧中VP部分中的組分的降低)以及HCN的較高程度的降低(香煙煙霧的VP部分中的HCN的降低)，在屬于本發明實施方案的香煙過濾嘴例如樣品11、15和27中，所希望的是使用具有高活性(大于大約90CTC)的基礎炭以及相對低水平的金屬浸漬(低于10％，優選1到5％)。
較高的CTC活性傾向于具有較高的HCN吸持和VP吸持兩者。VP吸持隨著浸漬劑濃度降低而提高。在作為銅和鉬濃度的函數測量時，HCN吸持保持相當恒定(表3)。因此令人驚奇的是，相對于用于民用或者軍用呼吸器的那些，銅/鉬浸漬劑濃度的顯著降低沒有導致包含這些炭的過濾嘴去除HCN的能力的可識別的惡化。
制備了衍生自不同的基礎材料(例如椰子殼和煤)的活性炭；這些顯示，對于相同的目尺寸、浸漬水平和活性，在例如煤和椰子之間，HCN吸持存在很小的差異。
所述結果還清楚地顯示，較小目尺寸(例如目尺寸30/70US目)與較大的目尺寸(比較例如樣品15和16)相比在HCN方面給出優越的性能。這與在香煙過濾嘴中通常觀察到的行為相反，已經發現其中目尺寸的變化對VP去除僅僅具有相對次要的影響。
我們的實驗還顯示，本發明實施方案中的活性炭的相對益處在較低的過濾嘴中炭重量水平下更為顯著。樣品8和11被用于制造具有兩種不同的炭重量(即分別為5％和2.5％金屬水平)的香煙過濾嘴，并且進行如上所述的測試。結果在表4a和4b中給出。
表4a-包含樣品8的香煙過濾嘴。
表4b-包含樣品11的香煙過濾嘴。
隨著時間的過去性能的保持包含已知的炭的過濾嘴的缺點是，在貯存期間過濾嘴中的炭吸附存在于過濾嘴或者煙草中的揮發性的物質，因此降低了在吸煙時所述炭除去VP化合物的效率。其結果是已知的炭除去HCN的總效率隨著老化而降低。申請人測試了過濾嘴香煙(包括本發明的過濾嘴)的性能變化。所述過濾嘴包含大約95mg的炭/過濾嘴。
作為組裝的香煙貯藏體現本發明的過濾嘴，并且在0、3和6個月測量性能變化。結果示于表5中。
表5
*在表1中測試的炭顯然，體現本發明的過濾嘴(用樣品8和11制成)的HCN降低性能，在六個月以上沒有顯著降低(特別是與包含標準炭的樣品相比)。
圖1和2分別是按照本發明一個實施方案的單獨的過濾嘴和過濾嘴香煙的示意性截面側視圖(不按比例)。
圖1過濾嘴具有纖維素醋酸酯絲束的圓柱形的口端過濾嘴塞子2，纖維素醋酸酯絲束的圓柱形上游過濾嘴塞子3，和圍繞所述塞子接合而在它們之間形成空腔6的過濾嘴卷繞材料4。空腔6用按照以上方法制備并且具有與如上所述的樣品11相同的組成的用銅和鉬浸漬的活性炭的顆粒17填充。
圖2顯示了圖1類型的過濾嘴，其在上游端7連接到在自己的卷繞材料11中的煙絲條10，這通過完全的包梢外包卷12來實現，12圍繞和接合過濾嘴的全長以及卷繞的煙絲條10，11的僅僅鄰近端。
實施例17在如圖1和2描述的本發明的過濾嘴和過濾嘴香煙的特定實施例中，過濾嘴是27毫米長和大約25毫米周長。口端塞子2是10毫米長非卷繞的乙酸酯(NWA)塞子-即預先形成的非卷繞的增塑纖維素醋酸酯長絲的塞子，其以本領域中眾所周知的方式集聚和粘合在一起。
上游端塞子3是10毫米長的卷繞的乙酸酯(WA)塞子-即預先形成的卷繞的增塑纖維素醋酸酯長絲塞子。過濾嘴卷繞材料是27毫米長，給出空腔6，其是7毫米長，在塞子2和3之間延伸。空腔6用按照以上方法制備并且具有與如上所述的樣品11相同的組成的用銅和鉬浸漬的活性炭的顆粒17(100mg)填充。過濾嘴條通過透氣的包梢外包卷12連接到商品卷繞的煙絲條10，11。
在另一個特定的實施例(實施例17a)中，空腔用按照以上方法制備并且具有與如上所述的樣品27相同的組成的用銅浸漬的活性炭的顆粒17(100mg)填充。
可以看到，實施例17和實施例17a在結構上是與已知的三重粒料過濾嘴相似的，但是包含本發明的活性炭。
圖3是按照本發明不同的實施方案的單獨的過濾嘴的示意的截面側視圖(不按比例)。
圖3過濾嘴具有纖維素醋酸酯絲束的圓柱形的口端過濾嘴塞子52和同樣為纖維素醋酸酯絲束的圓柱狀的上游過濾嘴塞子53。按照以上方法制備的并且具有與如上所述的樣品11相同的組成的用銅和鉬浸漬的活性炭的粒子67被分散在上游過濾嘴塞子53中，負載在被集聚而形成所述塞子的絲束或者纖維或者片材上。過濾嘴卷繞材料54圍繞塞子接合。可以看到，圖3類型的過濾嘴可以例如以在圖2中關于實施例17顯示的方式在其上游端57連接到煙絲條(例如通過完全的包梢外包卷連接到在其自己的卷繞材料中的煙絲條，所述外包卷圍繞和約束過濾嘴的全長以及卷繞的煙絲條的僅僅鄰近的端)。
實施例18在參考圖3描述的本發明過濾嘴的特定的實施例中，過濾嘴是27毫未長和大約25毫米周長。口端塞子52是14毫米長非卷繞的乙酸酯(NWA)塞子-即預先形成的非卷繞的增塑纖維素醋酸酯長絲的塞子，其以本領域中眾所周知的方式集聚和粘合在一起。
上游端塞子53同樣是13毫米長的預先形成的增塑纖維素醋酸酯長絲塞子，其以本領域中眾所周知的方式集聚和粘合在一起。按照以上方法制備的并且具有與如上所述的樣品11相同的組成的用銅和鉬浸漬的活性炭的粒子67(50mg)被分散在過濾嘴塞子53中，負載在被集聚而形成所述塞子的絲束材料(長絲)上。在收集工藝期間將粒子引入絲束材料的方法在本領域中是眾所周知的。過濾嘴卷繞材料54圍繞塞子接合并且是27毫米長。
過濾嘴條可以以示于圖2中并且參考該圖描述的方式借助于透氣的包梢外包卷連接到商品卷繞的煙絲條上。
在另一個特定的實施例(實施例18a)中，空腔用按照以上方法制備并且具有與如上所述的樣品27相同的組成的用銅浸漬的活性炭粒子67(50mg)填充，所述粒子分散在過濾嘴塞子53中，負載在絲束材料上。
可以看到，實施例18和18a在結構上是與已知的活性乙酸酯過濾嘴相似的，但是包含本發明的活性炭。
應當理解，本發明的過濾嘴可以具有任何過去為包含顆粒吸附劑的煙草煙霧過濾嘴建議的設計式樣，其中用本發明的浸漬活性炭替代已知的顆粒吸附劑。
權利要求
1.一種煙草煙霧過濾嘴，其包含用金屬浸漬劑浸漬的活性炭，其中所述活性炭是高活性活性炭。
2.權利要求1的煙草煙霧過濾嘴，其中金屬浸漬劑選自以下的一種或多種銅、鉬、錳、鈷、鋅和鐵。
3.權利要求1或者2的煙草煙霧過濾嘴，其中金屬浸漬劑以占高活性活性炭的干重為不大于10％的量存在。
4.權利要求3的過濾嘴，其中金屬浸漬劑以占活性炭干重為1到5％的量存在。
5.前述權利要求任何一項的煙草煙霧過濾嘴，其中金屬浸漬劑是銅。
6.一種煙草煙霧過濾嘴，其包含活性炭，該活性炭用銅和鉬浸漬，其中銅與鉬的比為大于1.3比1。
7.一種煙草煙霧過濾嘴，其包含活性炭，該活性炭用銅和鉬浸漬，其中所述活性炭是高活性活性炭。
8.權利要求6或者7的過濾嘴，其中銅和鉬以占活性炭的干重為不大于10％的結合量存在。
9.權利要求6、7或者8任何一項的過濾嘴，其中銅和鉬以占活性炭干重為1到5％的量存在。
10.權利要求6到9任何一項的過濾嘴，其中在浸漬活性炭中銅與鉬的重量比大于2比1。
11.權利要求6到10任何一項的過濾嘴，其中在浸漬活性炭中銅與鉬的重量比在3.5比1和4.5比1之間。
12.權利要求6到11任何一項的過濾嘴，其中在浸漬活性炭中銅與鉬的重量比為4比1。
13.前述權利要求任何一項的過濾嘴，其中活性炭在浸漬之前具有大于90％CTC的活性。
14.前述權利要求任何一項的過濾嘴，其中活性炭在浸漬之前具有大于100％CTC的活性。
15.前述權利要求任何一項的過濾嘴，其中活性炭在浸漬之后具有大于80％CTC的活性。
16.前述權利要求任何一項的過濾嘴，其中活性炭在浸漬之后具有大于90％CTC的活性。
17.前述權利要求任何一項的過濾嘴，其中基本上全部活性炭具有在2mm和0.15mm之間的粒子尺寸。
18.前述權利要求任何一項的過濾嘴，其中基本上全部的活性炭具有在0.6mm和0.212mm之間的粒子尺寸。
19.前述權利要求任何一項的過濾嘴，其包含10mg到150mg的活性炭。
20.前述權利要求任何一項的過濾嘴，其包含30mg到60mg的活性炭。
21.前述權利要求任何一項的過濾嘴，其還包含一種或多種附加的吸附劑。
22.權利要求16的過濾嘴，其中附加的吸附劑選擇性地除去不同于HCN的存在于香煙煙霧的VP部分中的化合物。
23.一種煙草煙霧過濾嘴，其基本上如以上參考說明書和實施例所描述的。
24.一種煙草煙霧過濾嘴，其基本上如以上參考附圖1和2所描述的。
25.一種煙草煙霧過濾嘴，其基本上如以上參考附圖3所描述的。
26.一種過濾嘴香煙，其包含在其上游端連接到卷繞的煙絲條的前述權利要求任何一項的過濾嘴。
全文摘要
一種煙草煙霧過濾嘴，其包含用金屬浸漬劑浸漬的高活性活性炭(17)。使用相對低水平的浸漬劑，連同與用于標準香煙過濾嘴中的那些相比具有較高的活性的基礎炭，在從香煙煙霧中除去HCN方面是高度有效的。
文檔編號A24D3/16GK1897833SQ200480038230
公開日2007年1月17日 申請日期2004年10月19日 優先權日2003年10月20日
發明者A·D·麥科爾馬克, M·J·泰勒, A·J·瓦布爾頓, T·A·瑞安 申請人:菲爾特隆納國際有限公司