JP2007236343A - タバコフィルターおよびタバコ - Google Patents

Abstract

【課題】香喫味に優れ同時に喫煙時に異臭を感じることがなく、ニコチンおよびタール成分の吸着能を飛躍的に増大させたタバコ用フィルターを提供する。
【解決手段】セルロースジアセテートトウ(3) に平均直径１μｍ以下の繊維からなる、厚さが１０μｍ以上１０００μｍ以下のシート(6) を介装させている。好ましくは、前記平均直径１μｍ以下の繊維としてセルロースアセテート繊維が使われる。
【選択図】図１

Description

本発明はタバコフィルターと同フィルターを装着したタバコに関する。

従来からタバコ用フィルターとしては、セルロースアセテートフィルター、紙フィルター、レイヨンフィルター、およびそれらに活性炭微粒子が包み込まれた活性炭フィルター等がある。これらのフィルターのうち、紙フィルターおよびレイヨンフィルターは、煙中のニコチン成分およびタール成分の吸着特性には優れているが、一方で水分も多量に吸着してしまうため、タバコの味が辛くなり、香喫味を損なうといった欠点がある。

また、活性炭フィルターもニコチン成分、およびタール成分を十分に吸着するが、タバコ煙における気相成分の吸着能力が高すぎるため喫味を害し、さらには喫煙時に異臭が感じられるという欠点がある。

これに対してセルロースアセテートフィルターは、紙フィルターやレイヨンフィルターに比べて水分の吸着量が低く、香喫味を損なわない程度の程よい吸湿性を有しているため、香喫味を損なうことがない。また、タバコ煙中の固体や液体に対するろ過性能をもち、ニコチンおよびタール成分に対しても適度な吸着能力を有している。この様に、セルロースアセテートフィルターはタバコ用フィルターとして、性能面やコスト面において上述した他のフィルターよりも優れているため、その使用量は他のフィルターを遥かに凌ぐものである。

ところで、近年になって喫煙の健康に及ぼす影響が極めて大きな問題として取り上げられるようになり、タバコのニコチン成分およびタール成分の除去率（吸着性能）を従来よりも更に高めることが強く要請されている。そこで、セルロースアセテートフィルターにおいて、上述したようなセルロースアセテートの素材の利点を十分活かし、タバコのニコチンおよびタール成分の吸着を高めるための検討がなされてきた。

その一つの手法として、フィルターの吸着面積を増大することによりタバコのニコチン成分およびタール成分の吸着性能を高める方法がある。そのためには、繊維径を細くする方法、繊維を異型断面とする方法、フィルターの長さを長くする方法などが考えられる。これらのうち、異型断面とする方法では、吸着特性を充分に向上させることはできず、またフィルターの長さを長くすることは、コストが高くなるため好ましくない。

一方、繊維径を細くして吸着面積を増大する方法としては、例えば特開昭４９−７５１８号公報（特許文献１）に、アセテートからなる、最小構成単位が０．１〜２０ミクロンのフィブリル状フィラメントから構成された繊維状糸条体をタバコフィルターに用いることが記載されている。
特開昭４９−７５１８号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法では、０．１〜２０ミクロンのフィブリル状フィラメントのみからなる、タバコ用フィルターであり、太い繊維径も多く含まれていることから、十分な吸着能力が得られないことや吸着能力の制御が行いにくいこと、またフラッシュ紡糸により製造しているため、高温・高圧下での取り扱いが必要となり、工業的には優位ではない等の問題があった。

本発明は上記の課題を解決するものであり、香喫味に優れ同時に喫煙時に異臭を感じることがなく、ニコチンおよびタール成分の吸着能を飛躍的に増大させたタバコ用フィルターを提供することを目的とする。

かかる目的は、本発明の基本的な構成である、平均直径１μｍ以下の繊維からなる、厚み１０μｍ以上１０００μｍ以下のシートと、セルロースジアセテートトウとを含んでなるタバコフィルターによって効果的に達成される。

平均直径１μｍ以下の繊維からなる前記シートをセルロースジアセテートトウに介装して配することが好ましい。この場合、平均直径１μｍ以下の繊維からなるシートをセルロースジアセテートトウの長さ方向に沿って介装することもあるが、好ましくは平均直径１μｍ以下の繊維からなる、厚み１０μｍ以上１０００μｍ以下のシートを、長さ方向に２分割されたセルロースジアセテートトウの間に挟むように介装するとよい。平均直径１μｍ以下の前記繊維の材質としては、前記セルロースジアセテートトウと同じような性能をもつセルロースアセテートを使うことが望ましい。

本発明の上記基本的構成により、タバコフィルターは通常のセルロースジアセテートトウと平均直径１μｍ以下の微細繊維からなる前記シートとの組み合わせからなるため、通気抵抗が従来と殆ど変わらないにも関わらず、タバコフィルターの吸着面積が増大し、それだけ効率的にろ過を行うことができるようになり、ニコチンおよびタールなどの除去率を大幅に高めることができ、喫味の向上と喫煙の健康に対する悪影響を軽減することができる。

一方、平均直径１μｍ以下の微細繊維からなるシートは、セルロースジアセテートトウと比較すると機械的強度が低いため、フィルター強度を確保するには平均直径１μｍ以下の微細繊維からなるシートをセルロースジアセテートトウに支持させるようにするとよい。そのため、平均直径１μｍ以下の微細繊維からなるシートを、セルロースジアセテートトウの内部に介装させることが好ましい。例えば、平均直径１μｍ以下の微細繊維からなるシートのシート面を、セルロースジアセテートトウで包むようにしてフィルターの長さ方向に沿って介装させてもよく、更にタバコフィルターの吸着性能を高めるためには、前記シート面をセルロースジアセテートトウからなるフィルターの長さ方向に直交して介装するように配することが望ましい。すなわち、セルロースジアセテートトウの端面同士で平均直径１μｍ以下の微細繊維からなるシートのシート面を挟み込むようにする。

以下、本発明の代表的な実施形態を具体的に説明する。図１は、本実施形態によるフィルター付きタバコの断面構造を模式的に示しており、図２はセルロースジアセテートトウからなるフィルター付きタバコを一部破断して概略構成を示す外観図である。この種のフィルター付きタバコは、本体である刻み部１とタバコフィルター２とが直列的に結合一体化されている。通常は、図２に示すように、タバコフィルター２の内部には微細に捲縮するセルロースジアセテート繊維からなるトウ３を長さ方向に引き揃えるようにして配されており、その表面のチップペーパー４には周方向にミシン目のような多数の微細な通気孔５が形成されている。図１に示す本実施形態によるフィルター付きタバコは、前記タバコフィルター２に平均直径１μｍ以下の繊維からなるシート６を介装させることを特徴としている。

繊維の平均直径が１μｍを越えると、既存のタバコフィルターと比べて吸着能力を飛躍的に向上させることが困難となる。繊維の平均直径は７００ｎｍ以下とすることがより好ましい。さらに好ましくは、３００ｎｍ以下とすることである。一方、下限としては、得られたフィルターの機械的強度などに問題がなければ特に限定されることはない。
さらに、平均直径１μｍ以下の繊維がセルロースアセテートであることが前述のようにタバコフィルターとしての性能面やコスト面において好ましい。

シートの厚みが、１０μｍ未満であると、機械的強度が著しく劣り、喫煙時の通気抵抗によって、シートが破断しやすくなる。また、１０００μｍより大きくなると、喫煙時の通気抵抗が極端に大きくなり、好ましくない。

さらに本発明のタバコフィルター２は、セルロースジアセテートトウ３からなるフィルターを含むことが必要である。
平均直径１μｍ以下の繊維からなるシート６のみからなるタバコフィルターでは、充分な機械的強度が得られにくく、通常のセルロースジアセテートトウ３からなるタバコフィルターと比べて生産性にも劣る。また、平均直径１μｍ以下の繊維からなるシート６は吸着能力が高いため、少量でもその効果を充分に発揮できる。そこで、セルロースジアセテートトウ３からなるフィルターを一緒に配することによって、これら機械的強度や生産性の問題を改善できる。

本発明のタバコフィルター中の、平均直径１μｍ以下の繊維からなるシート６と、セルロースジアセテートトウとからなるタバコフィルター２の構成は、タバコの軸に対して並列や直列に配列させたり、平均直径１μｍ以下の繊維からなるシート６と、セルロースジアセテートトウ３からなるフィルターを交互に配列させる等の様々な配列が挙げられるが、図１に示すように、前記シート６がセルロースジアセテートトウ３からなる第１及び第２のフィルター２ａ，２ｂの間に挟まれていること、すなわちシート６をセルロースジアセテートトウ３の軸線に直交するように配することが、フィルターとしての機械的強度やろ過機能の点および形態の安定性の点から好ましい。

平均直径１μｍ以下の繊維からなるシート６は重量比で０．０１％以上含まれていることが好ましく、さらには０．１％以上含まれていることが好ましい。
また、平均直径１μｍ以下の繊維からなるシート６の厚さは、１０μｍ以上、１０００μｍ以下であることが好ましい。

本発明のタバコフィルター２を用いたタバコは、容易に製造が可能であり、従来のタバコフィルターと比べてニコチン及びタール成分の吸着能が高いことに特徴がある。

次に本発明のタバコフィルターの製造方法の一例を示す。
平均直径１μｍ以下の繊維からなるシート６は、メルトブローン法、フラッシュ紡糸、複合紡糸法、エレクトロスピニング（電界紡糸）法などで得られるが、平均直径１μｍ以下の繊維を安定して、かつ簡便に得る方法としては、エレクトロスピニング法を用いることが好適である。

エレクトロスピニングを行う装置の構成は、図示を省略するが、主に直流高電圧電源、送液ポンプ、シリンジ或いはガラスキャピラリーなどから構成されるノズル、および金属コレクターからなる。シリンジあるいはガラスキャピラリーの先端は、ポリマー溶液を噴射するためのノズルになっており、ここに電圧を印加し、液滴の電気的反発力と重量の和が表面張力を上回ると、微細な液滴が噴射される。噴射された溶液は、溶媒が蒸発しながら対極となる金属コレクターに堆積する。堆積したポリマーの構造は、用いるポリマーの分子量、溶媒、溶液の濃度、印加電圧、ノズルと金属コレクターとの距離などによって１μｍ以下の粒子や繊維となる。これらの条件を変更することで、粒子の大きさや繊維直径、シートの厚みを制御することが可能である。

溶液のポリマー濃度は、使用するポリマーの種類や分子量、溶媒により異なるため、一概にはいえないが、ポリマー濃度があまりにも低いと生産性が低下することや、繊維状物が得られにくいことがあり、ポリマー濃度が高すぎると粘度が高くなり噴射させにくいことから、一般的には０．１ｗｔ％〜４０ｗｔ％程度に調整することが好ましい。例えば、分子量３万のセルロースジアセテートを用いた場合では、繊維状物を得るためには２０ｗｔ％〜３５ｗｔ％であることが好ましく、２２ｗｔ％〜３０ｗｔ％がさらに好ましい。

用いる溶媒については、上記濃度でポリマーを溶解させることができれば特に限定されることはない。例えば、アセトン、トリアセチン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどの溶剤を用いることが出来るが、揮発性の高い溶媒を用いると溶媒が揮発することで、シリンジやガラスキャピラリーの先端にポリマーが詰まりやすいなどの不具合が生じるため好ましくない。また溶解性の向上などのため、数種類の溶媒をブレンドして用いても構わない。例えば、セルロースジアセテートを用いた場合には、溶媒としてはジメチルホルムアミドを用いると好適であるが、アルコール類を少量添加した方が溶解性が高まるため、エタノールを０．５ｗｔ％〜３０ｗｔ％添加すると好ましく、２ｗｔ％〜１５ｗｔ％添加するとさらに好ましい。

用いるポリマーの分子量については特に限定されることはないが、セルロースジアセテートを用いた場合には、ポリマー濃度と合わせて調整して、紡糸原液のゼロせん断粘度が０．２Ｐａ・ｓ以上とする方が好ましく、３．５Ｐａ・ｓ以上とすることがさらに好ましい。一方、ゼロせん断粘度が５００Ｐａ・ｓを越えると紡糸性が悪化し好ましくないため、これ以下とすることが好ましく、さらに好ましくは１００Ｐａ・ｓ以下である。

上記のように調整した紡糸原液には、様々な目的で適宜添加物を加えて紡糸することも可能である。例えば、フィルターの性能を高めるために活性炭を砕いた極微細な粉末を添加しても構わない。

印加する電圧の好ましい範囲は用いるポリマーの種類や物性により異なるため一概にはいえないが、一般的には０．１ｋＶ〜５０ｋＶの範囲が好ましく、セルロースジアセテートを用いる場合には、１ｋＶ〜３０ｋＶが好ましい。

シリンジやガラスキャピラリーの先端と金属コレクターとの距離については、用いるポリマーの種類や物性により異なるため一概にはいえないが、距離が短すぎると放電が生じ、長すぎると噴射性が悪化することなどから１ｃｍ〜５０ｃｍの範囲が好ましく、３ｃｍ〜１０ｃｍとすることがさらに好ましい。

その他にも、添加剤を加えるなどして紡糸原液の表面張力や導電性を調整したり、原液を一定の流速でシリンジやガラスキャピラリーの先端に供給したり、金属コレクターを回転させたり動かしたりすることで、構造を制御したり噴射性を向上させることができる。

上記のように調整した紡糸原液を用いてエレクトロスピニング法により紡糸を行うことで、平均直径１μｍ以下の繊維からなるシート６を容易に作製することができる。

セルロースジアセテートトウ３からなるフィルターは、例えば乾式紡糸法によって作られる。
次に、平均直径１μｍ以下の繊維からなるシート６をセルロースジアセテートトウ３からなるフィルターに介装して、重量比で０．１％以上にて組み合わせることにより、本発明のタバコフィルター２が得られる。

以下、実施例に基づき本発明を比較例とともに更に具体的に説明する。

実施例中の測定方法は以下の方法を用いた。
Ａ．吸着特性の評価
タバコの先端をシリコンチューブでシリンジの先端に接続し、１５ｍｌの空気を吸引しながらライターを用いて着火した。その後、３ｍｌ／ｓの速度で３５ｍｌ吸引し、１０秒後に再び３５ｍｌ吸引、さらに１０秒後に３５ｍｌ吸引するという作業を行った。

吸引後タバコを解体し、フィルター部分の色の吸着程度を目視で判断した。さらフィルターを、イソプロピルアルコール（和光純薬工業株式会社・特級）５ｍｌに１時間浸漬させ、吸着成分を溶出させた。その後、これらの溶液を２５倍に希釈し、分光光度計（日立製作所製、Ｕ−３３００）を用いて吸着成分の吸収スペクトルを測定した。そのスペクトルから２０２ｎｍ付近にあるピークを読みとり、その吸収強度を吸着度とした。

Ｂ．紡糸原液の粘度測定
レオメーター（ＴＡインスツルメンツ社製ＡＲ５５０）を用いて、２５℃における粘度を測定した。なお、ゼロせん断粘度はＥＬＬＩＳｍｏｄｅｌによりフィッティングを行い算出した。

Ｃ．形状観察
走査型電子顕微鏡（日本電子社製、ＪＳＭ−６０６０Ａ）で観察を行った。

Ｄ．繊維直径の算出
繊維集合体の直径は、ＳＥＭ写真を（株）プラネトロン製Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ ｖｅｒ４．５．０．２４を用いて画像解析を行うことにより求めた。ＳＥＭ写真のスケールに対して画像解析のスケールが合うように調整した後、ＳＥＭ写真中から任意に２０箇所撰んだ繊維の直径を求め、その平均値を繊維の直径とした。
なお、断面が円状以外の構造の場合は、断面積を円換算し、それから直径を求めるものとする。

「実施例１」
（平均直径１μｍ以下の繊維からなるシートの作製）
分子量３万のセルロースジアセテート（アルドリッチ社、３７ｗｔ％ ａｃｅｔｙｌ ｃｏｎｔｅｎｔ）を、ジメチルスルホキシド（和光純薬工業株式会社、特級）：エタノール（和光純薬工業株式会社、特級）＝９：１（重量比）からなる溶媒に２７ｗｔ％の濃度で溶解させ、紡糸原液とした。この原液の２５℃におけるゼロせん断粘度は２０Ｐａ・ｓであった。

この原液を用い、エレクトロスプレーデポジション装置（フューンス社製ｅｓｒａｙｅｒ ＥＳ−１０００）を用いて紡糸を行った。原液をシリンジに充填させ、その先端から溶液を噴射し紡糸を行った。そのときの印加電圧は８．５ｋＶ、シリンジの先端と金属コレクターの距離は５．５ｃｍとした。１０分間噴射を続けシートを得た。その形状を走査型電子顕微鏡で観察を行ったところ、繊維の平均直径が約０．２２２μｍで、厚みが８７μｍからなる繊維シートであった。

（セルロースジアセテートトウからなるフィルターの作製）
単繊維繊度３．３ｄｔｅｘ、単糸断面形状Ｙ型、総繊度４０，０００ｄｔｅｘのセルロースジアセテートトウをハウニ社製プラグ巻き上げ機ＫＤＦ−ＩＩＩ／ＡＦ−ＩＩＩにより、高通気度プラグ巻取紙により被覆した円周２４．６ｍｍ、長さ１２０ｍｍのフィルタープラグを製造し、これを長さ２５ｍｍに切断してフィルターを作製した。この際、トウの充填密度が０．１１１ｇ／ｃｍ³ となるようにフィルター中へのトウの充填量を調整した。

上記のようにして得た平均直径１μｍ以下の繊維からなる約０．８ｍｇ、厚み８７μｍのシートを金属コレクターから剥がし、図１に示すようにタバコ（マイルドセブン、登録商標）を解体し、タバコ中に充填されている現行フィルターを除去し、代わりに上述のようにして得たフィルター２個の間（図１おいて第１及び第２フィルター２ａ，２ｂの間）に導入した後、再びタバコを組み立てた。これらのタバコについて、上述した吸着特性の評価を行った。

「比較例１」
実施例１と、同様の方法で、平均直径１μｍ以下の繊維からなるシート６を導入せずに、図２に示すように、タバコ（マイルドセブン、登録商標）を解体し、現行フィルターを除去し、代わりに上記のように得たフィルター２個を導入し、再び組み立てた構成で、吸着特性の評価を行った。セルロースジアセテートトウからなるフィルターの形状観察を走査型電子顕微鏡で行ったところ、繊維の平均直径は１μｍ以上であった。

（吸着特性の評価）
実施例１により得られたタバコを吸引後に解体し、シートを目視で確認したところ、セルロースジアセテートトウからなるフィルターで同様の検討を行った場合（比較例１）よりも濃い褐色を呈しており、タール・ニコチンなどの有害成分が多く吸着していることがわかった。さらに実施例１により得られたフィルターの吸着度を分光光度計により求めたところ０．６５１であり、１ｍｇあたりの吸着度は０．８１４であった。

一方、吸着特性の評価実施後のセルロースジアセテートトウからなるフィルター（比較例１：図２に示すフィルター２）は、目視によると実施例１における平均直径１μｍ以下の繊維からなるシートよりも薄い褐色を呈していた。さらに比較例１のフィルターの分光光度計により求めた吸着度は０．６００であり、１ｍｇあたりの吸着度は０．００７１７であって、セルロースジアセテートトウからなるフィルター（比較例１）と比べると、本発明に使われる平均直径１μｍ以下の繊維からなるシートは単位重量当たり１００倍以上の優れた吸着特性を有していた。

本発明のタバコの一例を示す断面構造図である。 比較例１のタバコの一例を示す構造図である。

符号の説明

１ 刻み部
２ タバコフィルター
２ａ 第１フィルター
２ｂ 第２フィルター
３ セルロースジアセテートトウ
４ チップペーパー
５ 通気孔
６ 平均直径１μｍ以下の繊維からなるシート

Claims (4)

1. 平均直径１μｍ以下の繊維からなる、厚さが、１０μｍ以上１０００μｍ以下のシートと、セルロースジアセテートトウとを含んでなるタバコフィルター。
2. 平均直径１μｍ以下の繊維からなる、厚さが、１０μｍ以上１０００μｍ以下のシートが、セルロースジアセテートトウに介装されてなる請求項１記載のタバコフィルター。
3. 平均直径１μｍ以下の繊維がセルロースアセテートである請求項１又は２に記載のタバコフィルター。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のフィルターを有してなるタバコ。

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