JP4916453B2 - 喫煙物品における表面改質活性炭 - Google Patents
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Description
別の実施形態では、シガレットフィルタは、空洞を有するフィルタを含み、この空洞は、活性炭と、活性炭の表面上の微細炭素粒子と、活性炭の内面及び外面上の層とを含む表面改質活性炭を含み、この層は、活性炭上に炭化水素化合物、炭素の付加的な層、又はポリマーを含み、この層がポリマーである場合には、このポリマーは、表面改質活性炭全重量の約9−20重量%である。
活性炭は、ミクロ細孔、メゾ細孔、及びマクロ細孔の分布を含むことができる。用語「ミクロ細孔性」とは、約20Å又はそれ未満の孔径を有するこうした材料を総称し、用語「メゾ細孔性」とは、約20から500Åの孔径を有するこうした材料を総称する。用語「マクロ細孔性」とは、約500Åを超える孔径を称する。ミクロ細孔、メゾ細孔、及びマクロ細孔の相対的な量は、タバコ主流煙からの目標とされ除去されるように選択された成分に関連して予め選択することができる。従って、孔径及び細孔分布は、特定の用途について要求されるのに応じて調整することができる。
高活性炭は、過酷な炭化処理及び賦活処理から生じる固有の多孔質構造のため本質的に粉末が多い。微細粒子又は「ダスト」又は10ミクロン未満の粒径を有する炭素は、活性炭の機械的一体性に対する炭化処理及び賦活処理の過酷さのために、これらの処理のいずれか又は両方の間に生成されることが多い。更に、炭素粒子がシガレットフィルタの空洞に加えられるシガレット製造時に、炭素粒子の機械的取扱いが、付加的な微細粒子生成をもたらす可能性がある。
従来的には、これらの微細粒子は、活性炭を水と共に攪拌して洗浄することによって除去されていた。しかし、活性炭の若干脆弱な性質のために、付加的な微細粒子が洗浄後に形成される可能性がある。
活性炭の微細粒子の量及び機械的強度は、前駆体の起源及び賦活処理に応じて変動する。例えば、椰子殻のようなより低密度の前駆体から形成された活性炭は、ピッチのようなより高密度の前駆体から形成された活性炭よりも低い密度及び低い機械強度を有する傾向がある。しかし、ピッチを処理することは、より高価になる傾向があり、かつ例えば粒体のような一部の形態では、利用できない可能性がある。従って、高価でない活性炭は、より低い機械的強度を有することができ、従って、微細粒子の増加した量ももたらす。
本発明で使用される「表面改質活性炭」には、層を上に有する機械的強化活性炭、又は層を上に形成することによって表面改質され、次にその層を処理してこの層をより高い強度の表面改質のものに変換させた活性炭が含まれる。
上述のように、活性炭は、ワックスのような炭化水素の層を活性炭上に形成させることによって表面改質することができ、一方、炭化水素化合物は、活性炭の外面及び内面に付着することができる。この付着により、炭化水素化合物は、活性炭の機械的一体性を高めて活性炭を強化することができ、同時に微細粒子を層内に被覆することができる。
あるいは、更に別の代替案として、表面改質活性炭は、ピッチのような芳香族化合物を活性炭の外面及び内面に予め設けて、その芳香族化合物及び活性炭を熱処理して活性炭上に炭素層を形成させることによって形成することができる。活性炭の多孔質組織上にこの炭素層を形成することにより、一部の細孔が埋められる可能性があり、従って、活性炭の細孔分布が変化する。また、炭素層の付加は、活性炭の密度が高められることを可能にし、それはまた、活性炭の強度を増大させることができる。炭素層の付加は、微細粒子が炭素層によって固定されることも可能にする。結局、炭素層は、活性炭を形成するのに使用された前駆体材料よりも高い密度を有する前駆体材料を用いて形成することができる。例えば、ピッチ前駆体を炭素層を形成するために設け、一方で活性炭を形成するために椰子殻前駆体を設けることにより、より廉価な椰子殻前駆体の活性炭のベースを提供することによる低コストでピッチ前駆体の炭素層からの高い強度を有する炭素被覆活性炭を形成することができる。
炭化水素化合物が活性炭を表面改質するために使用される時、炭化水素化合物は、活性炭の内面及び外面上に形成することができる。これは、最初に、溶媒又は溶媒混合物内に炭化水素化合物を融解又は溶解し、好ましくは均一な液体溶液である液体溶液を形成させることによって行われる。次に、活性炭は、炭化水素化合物を活性炭内に含浸させるためにその液体溶液内に懸濁することができる。次に、活性炭から溶媒を蒸発させるか又は抽出することによって溶媒を除去することができ、活性炭の内面及び外面上に好ましくは薄く均一な層である炭化水素層が形成される。
上述の利点に加え、ポリマー層を使用する別の利点は、ポリマー層が、静電気力などによる電気力で微細粒子を捕捉することができる電荷を保持することができることである。
例示的なポリマーは、無毒性であり、かつ好ましくは生分解性及び/又はシガレット喫煙が活性炭に接近するようにポリマーを透過することができるような喫煙通気性である。更に、例示的なポリマーは、好ましくは食品医薬品局(FDA)によって認可され、かつ長期の貯蔵寿命を有するものである。こうしたポリマーの例としては、以下に限定されるものではないが、ポリプロピレン、ポリエチレン、シリコーンポリマー、ポリ(エチレンオキシド)、ポリ(エチレングリコール)、ポリ(アクリル酸)、ポリ(ビニルアセテート)、ポリ(ビニルアルコール)、様々なブロック・ポリ(エチレンオキシド)−ポリ(プロピレンオキシド)コポリマー、他のコポリマー又は他のブロックコポリマー、又はそれらの誘導体のような合成ポリマー及び/又はペクチン、アルギン酸、又はデンプンのような天然ポリマーが挙げられる。
炭化水素化合物又はポリマーでなく、芳香族化合物からの炭素層が活性炭を表面改質するために使用される場合、芳香族化合物を活性炭の内面及び外面上に形成することができる。これは、最初に、溶媒又は溶媒混合物内に芳香族化合物を融解又は溶解し、好ましくは均一な液体溶液である液体溶液を形成させることによって行われる。次に、その液体溶液内に活性炭を懸濁させることができ、芳香族化合物は、活性炭内に含浸され、従って活性炭の表面を覆う。次に、溶媒を濾過によって除去することができ、次に、残りの溶媒が蒸発又は抽出によって除去される。
使用することができる芳香族化合物の例としては、以下に限定されるものではないが、石油ピッチ、コールタールピッチ及びパインタールピッチ、他の天然又は合成芳香族化合物、並びにそれらの混合物が挙げられる。これらの芳香族化合物は、それらの高密度の理由で好ましく、言い換えると、それは、炭化処理の後でのより低密度の炭素質前駆体の炭化処理によって達成することができるものよりも高い機械的強度の炭素をもたらす。このようにして、より低密度の前駆体の活性炭上をピッチ前駆体で被覆してそれを炭化処理することにより、炭化処理ピッチのより高い機械的強度を廉価で低密度の前駆体活性炭上にもたらすことができる。
芳香族化合物を融解又は溶解させるのに使用することができる溶媒の例としては、以下に限定されるものではないが、N−メチル−2−ピロリジノン(NMP)、キノリン、トリクロロベンゼン、トルエン、キシレン、芳香族化合物を溶解するのに使用される他の溶媒、及びそれらの混合物を含むことができる。
この表面改質活性炭は、好ましくは喫煙物品内で、具体的には喫煙物品のフィルタ部分に使用される。本明細書で想定される喫煙物品には、従来的及び非従来的シガレットのようなシガレット、シガー、及び他の喫煙装置が含まれる。非従来的シガレットには、例えば、本出願人に譲渡された米国特許第6,026,820号、第5,988,176号、第5,915,387号、第5,692,526号、第5,692,525号、第5,666,976号、及び第5,499,636号に説明した電気喫煙システムのためのシガレットが含まれ、これらの開示内容は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている。
シガレットのタバコロッド又はタバコ含有要素は、シガレット包装紙を通常含み、その中にタバコの細片が紙の継ぎ目を接着剤で結合して包まれる。
用語「主流煙」は、タバコロッドのような喫煙物品を通過して下り、フィルタ先端を通るような端部から流出する気体及び/又はエーロゾルの混合物、すなわち、シガレットの喫煙中にシガレットの吸口端から流出又は吸引される煙の量を含むものである。主流煙は、タバコの加熱領域と包装紙を通過して吸い込まれる空気を含有する。
フィルタのフィルタ材料は、タバコ喫煙フィルタ要素に使用するための様々な繊維材料のいずれかとすることができる。代表的な材料としては、セルロースアセテート、ポリプロピレン、又は紙が挙げられる。好ましくは、フィルタ材料は、セルロースアセテートであることになる。
モノフィルタは、典型的に、セルロースアセテート・トウ又はセルロース紙の材料を含有する。純粋モノセルロースフィルタ又は紙フィルタは、良好なタール及びニコチン保持力をもたらし、かつ分解性が高い。二重フィルタは、典型的に、セルロースアセテートの吸口端及び純粋セルロース又はセルロースアセテートセグメントを含む。二重フィルタ内のセグメントの長さ及び圧力低下は、最良の吸着をもたらし、一方で許容することができる吸引抵抗を維持するように調整することができる。三重フィルタは、吸口部及び喫煙材料又はタバコ側セグメント、並びに紙を含む中央セグメントを含むことができる。空洞フィルタは、少なくとも1つの空洞によって分離された例えばアセテート−アセテート、アセテート−紙、又は紙−紙である2つのセグメントを含む。凹型フィルタは、吸口側に開いた空洞を含む。
上述の事項の変形及び修正は当業者には明らかであろう。そのような変形及び修正は、本明細書の特許請求の範囲及び視野の中にあると考えるものとする。
Claims (9)
- タバコを含むタバコロッド及びフィルタ、
を含み、
前記フィルタは、表面改質活性炭を含み、
前記表面改質活性炭は、
活性炭と、
前記活性炭の表面上の微細炭素粒子と、
前記活性炭の表面上の、炭素の付加的な層と、
を含む
ことを特徴とするシガレット。 - 前記炭素の付加的な層は、前記表面改質活性炭内の細孔を少なくとも部分的に埋める非賦活炭素を含む
ことを特徴とする請求項1に記載のシガレット。 - 前記炭素の付加的な層は、前記活性炭とは異なる密度を有し、かつ該活性炭の孔径分布を修正する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のシガレット。 - 前記炭素の付加的な層は、前記活性炭よりも高い密度を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のシガレット。 - 前記炭素の付加的な層は、前記微細炭素粒子を該炭素の付加的な層の容積内に捕捉するか、又は、該微細炭素粒子を該炭素の付加的な層又は前記活性炭の表面に固定するか、又は、前記表面改質活性炭の機械的強度を該炭素の付加的な層のない前記活性炭を超える機械的強度まで高めることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のシガレット。
- 前記炭素の付加的な層は、前記活性炭と前記微細炭素粒子を少なくとも部分的に覆うのに十分な厚みを有することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のシガレット。
- 前記炭素の付加的な層は、シガレットが喫煙される時に形成される喫煙流の力よりも大きな力で該炭素の付加的な層の表面上に前記微細炭素粒子を付着させるために帯電していることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のシガレット。
- 前記表面改質活性炭は、前記フィルタの空洞に位置していることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のシガレット。
- 空洞を有するフィルタ、
を含み、
前記空洞は、そこに表面改質活性炭を含み、
前記表面改質活性炭は、
活性炭と、
前記活性炭の表面上の微細炭素粒子と、
前記活性炭の表面上の、炭素の付加的な層と、
を含む
ことを特徴とするシガレットフィルタ。
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