KR100636083B1

KR100636083B1 - 대나무 활성탄을 이용한 담배필터

Info

Publication number: KR100636083B1
Application number: KR1020060032569A
Authority: KR
Inventors: 김정열; 장행현; 김영회; 이문수
Original assignee: 주식회사 케이티앤지
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2006-10-18
Also published as: CN101420875A; WO2007117115A1; JP2009533051A

Abstract

본 발명은 대나무 활성탄을 이용한 담배필터에 관한 것으로서, 종래에 사용되던 참나무 숯 또는 대나무 숯에 비하여 유해성분의 제거효과가 뛰어나며, 흡연시 대나무 향에 의한 심미적 안정감을 부여할 수 있는 기능성 담배필터에 대한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 셀룰로오스아세테이트로 이루어진 섬유재와 대나무활성탄이 충전된 여과재를 하나 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 대나무 활성탄을 이용한 담배필터에 관한 것으로, 본 발명에 따른 담배필터의 경우 종래 사용되는 일반적인 숯 또는 야자각 활성탄을 사용한 담배필터에 비하여 유해물질의 흡착성능이 뛰어나고, 요오드 흡착성능도 3배 이상 뛰어난 효과가 있다.

대나무활성탄, 담배필터

Description

대나무 활성탄을 이용한 담배필터{CIGARETTE FILTER USING BAMBOO ACTIVATED CARBON}

도 1은 본 발명에 따른 담배필터의 일예를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 담배필터의 일예를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 담배필터의 일예를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 사용된 담배를 도시한 것이다.

- 도면 부호의 설명 -

1 - 각초 2 - 셀룰로오스아세테이트 섬유재

3 - 여과재가 들어갈 빈공간(cavity) 4 - 대나무 활성탄입자

5 - 천공

본 발명은 흡연시 대나무향이 나므로 심미적인 안정감을 주며, 대나무 활성탄에 의한 니코틴, 타르 및 휘발성 유해물질의 흡착력이 현저히 우수한 담배필터에 관한 것이다.

일반적으로 담배는 각초와 담배필터로 이루어져 있고, 흡연시 담배필터로부 터 빨려 나오는 연기 속에는 입자상 물질인 니코틴, 타르뿐만 아니라 휘발성 유기물질 등의 독성물질 등이 포함되어 있어 인체에 해롭기 때문에 이를 흡수할 수 있도록 섬유층 등을 형성하여 제조하거나, 필터의 구조를 이중 또는 3중으로 하여 참나무 백탄 숯 등을 포함하는 숯 등의 흡착제를 충전시켜서 니코틴과 타르를 비롯하여 연소시에 발생하는 유해 성분을 감소시켜서 인체에 흡입되는 정도를 감소시키는 제품을 개발하고 있다. 그러나 숯을 이용하던 종래의 기술은 숯의 비표면적이 100 ~ 300 ㎡/g으로 비표면적이 적거나 또는 비표면적이 크다 하여도 인체에 유해한 유기물질의 흡착능력이 충분하지 못하여 충분한 필터효과를 달성할 수 없어 비표면적이 크고 풍미감이 더욱 우수하여 심리적인 안정감을 줄 수 있고, 아울러 동일한 비표면적하에서도 매우 우수한 유해물질 제거 능력이 있는 재료의 개발이 더욱 요청되고 있다.

대나무는 외떡잎식물 중 벼과에 속하는 목본식물로 아열대성 아시아지역이 원산지이다. 한국에 왕대, 솜대, 죽순대, 이대, 조릿대 등 11종이 자생하고 있으며, 생활력이 아주 강해서 지하경으로 급속도로 퍼지며 대나무 밭에는 다른 식물이 자랄 수 없다. 수십년 동안 꽃이 피지 않는데, 일단 꽃이 피면 대나무 밭의 모든 나무가 한꺼번에 죽는다. 죽순이 봄에 새로 올라올 때에는 엄청난 축적에너지를 가동시켜서 하루에 키가 1m 가까이 자라며, 4주 안에 지름 생장이 끝나며, 이후 3-5년간 대가 굳어져서 수확할 수 있게 된다.

대나무 숯은 대나무의 빨리 자라는 성질 때문에 다른 숯보다 더 이용가치가 크다. 숯은 높은 온도에서 목재가 탄화되면서 세포벽의 섬유소만 남아서 공극을 많 이 가지게 되는데, 대나무 숯은 세포의 크기가 크고 세포간격이 넓어서 더 많은 공극을 가진다. 이러한 대나무 숯 1g의 내부 표면적은 100 ~ 300㎡ 가량 되며, 이로 인하여 보수성, 통기성, 흡착성, 축열성이 우수한 특징이 있으나, 담배필터에 적용 시 니코틴과 타르 등의 유해물질의 흡수효율이 높지 않았으며, 그에 따라 비표면적을 보다 크게 하여 우수한 흡착력을 갖도록 하는데 대한 연구가 필요하였다.

따라서 본 발명자는 상기의 단점을 개선하기 위하여 일반적인 숯에 비하여 흡착성능이 우수한 물질을 연구하던 중, 대나무를 이용한 활성탄을 사용하는 경우, 흡연시 대나무의 향이 발생함과 동시에 비표면적이 증가하고, 유해물질의 우수한 흡착성능 개선과 더불어 비표면적에 따른 효과 이외의 유기물의 흡착능력을 갖는 현저한 효과가 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 대나무의 향이 발생되므로 심미적인 안정감을 주며, 흡연시 니코틴과 타르 및 유해성 유기물질의 여과 성능이 향상되는 담배필터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 보다 구체적으로 종래 사용되는 일반적인 숯 또는 야자각 활성탄 등의 다양한 활성탄을 사용한 담배필터에 비하여 유해물질의 흡착성능이 뛰어나고, 요오드 흡착성능이 현저히 뛰어난 담배필터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은 대나무 활성탄을 이용한 여과재와 섬유층으로 구성되는 담배필터를 제공하고자 하며, 상기 여과재와 섬유층의 구성을 다양하게 함으로써 효과 적으로 여과할 수 있는 담배필터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 대나무 활성탄을 이용한 담배필터에 관한 것으로서, 종래 개발된 참나무 숯 또는 대나무 숯에 비하여 유해성분의 제거효과가 현저히 뛰어나며, 흡연시 대나무 향에 의한 심미적 안정감을 부여할 수 있는 기능성 담배필터에 대한 것이다.

보다 구체적으로 본 발명은 섬유재와 여과재로 이루어진 담배필터에 있어서, 대나무활성탄이 충전된 여과재를 하나 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 대나무 활성탄을 이용한 담배필터에 관한 것으로, 예를 들면, 상기 대나무활성탄이 충전된 여과재가 각각의 섬유재와 섬유재의 사이에 위치하거나, 상기 대나무 활성탄이 상기 섬유재에 고루 분포된 형태 등 다양한 응용이 가능하다.

본 발명에서 상기 대나무 활성탄은 대나무를 800 ~ 1300℃에서 구운 후 즉, 고온 처리로 탄화가 이루어져 대나무 숯(Char)이 되며, 600 ~ 950 ℃ 온도하에서 대나무 숯의 무게비 1.5 ~ 3배의 수증기를 가하여 대나무 숯을 활성화한 것으로, 수증기 이외에도 CO₂또는 인산, ZnCl₂, KOH등의 약품을 사용하는 것도 가능하다. 800 ~ 1300 ℃에서 구운 단계에서 대나무 숯이 생성되며, 이를 다시 600 ~ 950 ℃ 온도에서 수증기를 가하면 탄소가 활성화 되어 비표면적이 3배 이상 증가하게 되는 대나무 활성탄이 제조되어 진다. 본 발명자는 이러한 대나무 활성탄을 사용하는 경 우 대나무 숯 또는 유사한 비표면적을 갖는 다른 활성탄에 비하여 유해성분의 흡착능력이 현저히 향상되어 뛰어나고, 흡연시 은은한 대나무 향이 발생되어 대나무 수액을 흡입하는 듯한 풍미감을 주어 심적인 안정감과 담배 특유의 냄새가 제거되는 새로운 담배를 제공할 수 있는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.

본 발명에 사용되는 대나무 활성탄의 비표면적은 600 ~ 3000 ㎡/g으로서, 종래에 사용되던 일반적인 숯에 비하여 비표면적이 크며, 또한 대나무가 아닌 다른 종류의 활성탄에 비하여 동일 비표면적 당 겉보기 비중이 더 낮으며, 니코틴과 타르 및 유기물 유해성분 제거능력이 보다 우수하다. 또한 본 발명에 따른 대나무 활성탄을 사용하는 경우, 일반적인 숯 또는 야자각 활성탄을 사용하는 것에 비하여 현저한 요오드 흡착효과를 가지게 되어 유해물질 흡착력에 탁월한 효과가 있다.

본 발명에서 상기 대나무 활성탄은 미세한 분말로 분쇄하여 사용하는 것이 바람직하며, 크기는 특별히 한정되지 않고 필요에 의해 적절히 선택하여 사용할 수 있으나, 3중필터로 제조하여 섬유재 사이에 대나무활성탄이 여과재로 사용되는 경우, 16 × 35 메쉬로 사용하는 것이 바람직하며, 그 이하로 하는 경우 흡인저항이 높게 되므로 바람직하지 않으며, 섬유재와 여과재로 이루어진 2중필터로 사용하는 경우 30 × 80메쉬로 사용하는 것이 작업성 및 효율성의 측면에서 좋고, 보다 바람직하게는 40 × 60메쉬로 사용하는 것이 좋다.

도 1 내지 3은 본 발명에 따른 담배필터를 사용한 일예를 나타낸 것이다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 분쇄된 대나무 활성탄 입자를 섬유재와 혼합하여 섬유재에 고루 분포되도록 하여 사용하는 것도 가능하며, 도 2에 도시된 바와 같이, 섬유재와 섬유재의 사이에 대나무활성탄 여과재가 적층되도록 충전하는 것도 가능하며, 도 3에 도시된 바와 같이, 각초의 상부에 대나무활성탄 여과재를 충전한 후 그 상부에 섬유재를 충진하여 사용하는 것도 가능하다. 이밖에도 통상의 담배필터 구조에 다양한 형태로 적용가능하다.

이때 상기 섬유재는 통상적으로 담배의 제조 시 사용되는 셀룰로오스 아세테이트를 사용하는 것이 바람직하나 필요에 따라 당업자에 의해 변경하여 사용될 수 있으므로 이에 제한되는 것은 아니다.

이하는 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 실시예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

먼저, 대나무 활성탄에 의한 담배연기성분 특히, Hoffmann 성분으로 잘 알려진 유해 연기성분, 제거능을 측정하기 위하여 참숯, 대나무 숯, 야자각 활성탄과 물성을 측정하여 비교분석하였다.

[실시예]

대나무 활성탄 제조

대나무를 사용하여 1cm x 2cm 크기로 절단한 후, 가마에서 1000℃ 정도에서 5 시간동안 구워 대나무 숯(Char)을 제조하였다. 이렇게 제조된 대나무 숯을 다시 850℃ 온도하에서 대나무 숯의 무게비 1.5배의 수증기량을 투입하면서 3 시간동안 활성화시켰다. 이렇게 제조된 대나무 활성탄을 분쇄기를 이용하여 분쇄하였으며, 입도가 40 × 60메쉬인 것을 분리하여 실험에 사용하였다.

이에 대한 비표면적(BET, N₂), 동공분포 및 동공 부피를 미국 Micromertics사의 ASAP2020 기기를 이용하여 분석하였으며, 겉보기 비중을 KSM 1802 방법으로 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

담배연기 분석 및 결과

연기성분 제거능 분석을 위하여 도 4에 도시된 삼중으로 되어 가운데층이 비어있는 공간부(cavity)를 갖으며, 양측면은 셀룰로오스 아세테이트 섬유로 된 담배필터를 제조한 후, 중량과 흡인저항이 일정한 제품담배를 선별하였다. 이때 상기 필터는 원주가 24.2mm, 필터길이가 24mm(셀룰로오스 아세테이트 섬유재부 9mm + cavity 6mm + 셀룰로오스 아세테이트 섬유재부 9mm)로 제조하였다. 선별조건(삼중 빈cavity 담배)은 중량이 786± 10mg, 흡인저항이 89± 2mmH₂O 으로 하였다.

이러한 조건으로 선별된 제품담배의 가운데층에 비어있는 부분을 칼로 5mm x 5mm 정도 절개하여 대나무 활성탄을 각각 80mg 정확히 무게를 달아 가운데층에 비어있는 부분에 채웠으며, 스카치 테이프로 접합시켰다.

담배연기 분석을 위하여 CORESTA 조건으로 설정되어 있는 항온항습(온도 22± 2℃, 상대습도 60± 5%)에서 48시간 조화시킨 후 실험에 사용하였다.

담배연기 전체담배입자물질로 타르 및 니코틴을 포함한 유기물에 대한 흡착성능 분석을 위하여 ISO 3308에 준하여 각각의 담배시료 20개피를 RM20 흡연장치 (Heinr Borgwaldt, Germany)를 이용하여 연소시킨 후, 92mm Cambridge filter pad에 포집하여 분석하였다.

연기응축물중 니코틴 분석은 ISO 10315에 준하여 GC 분석을 실시하였다.

담배 주류연중 휘발물질(유기물)은 Arista 실험방법(1999)에 따라서 측정하였다.

또한 요오드 흡착능을 분석하였으며, KS M 1802 시험방법에 따라 실험하였다. 요오드 흡착능은 담배의 유해성분 흡착성능을 측정하는 중요한 요인이다.

이들의 연기성분 제거능 분석을 하여 하기 표 2에 나타내었다.

[비교예 1]

1000 ℃ 정도에서 5 시간 동안 구운 참나무 백탄숯을 분쇄기를 이용하여 분쇄하였으며, 입도가 40 × 60메쉬인 것을 분리하였다. 이에 대한 비표면적(BET, N₂), 동공분포 및 동공 부피를 미국 Micromertics사의 ASAP2020 기기를 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

또한 담배연기 분석을 위하여 상기 실시예 1에서 대나무 활성탄 대신 참나무 숯을 사용한 것을 제외하고는 동일한 조건으로 실험하였다. 이들의 연기성분 제거능 분석을 하여 하기 표 2에 나타내었다.

[비교예 2]

1000 ℃ 정도에서 5 시간 동안 구운 대나무 숯을 분쇄기를 이용하여 분쇄하였으며, 입도가 40 × 60메쉬인 것을 분리하여 사용하였다. 이에 대한 비표면적(BET, N₂), 동공분포 및 동공 부피를 미국 Micromertics사의 ASAP2020 기기를 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

또한 담배연기 분석을 위하여 상기 실시예 1에서 대나무 활성탄 대신 대나무 숯을 사용한 것을 제외하고는 동일한 조건으로 실험하였다. 이들의 연기성분 제거능 분석을 하여 하기 표 2에 나타내었다.

[비교예 3]

야자각 활성탄

1000 ℃ 정도에서 5 시간 동안 구운 후 950℃의 온도하에서 수증기를 투입하여 3시간 동안 활성화시킨 야자각 활성탄을 사용하였다. 이렇게 제조된 야자각 활성탄을 분쇄기를 이용하여 분쇄하였으며, 입도가 40 × 60메쉬인 것을 분리하여 사용하였다. 이에 대한 비표면적(BET, N₂), 동공분포 및 동공 부피를 미국 Micromertics사의 ASAP2020 기기를 이용하여 분석하였으며, 겉보기비중을 KS M 1802방법으로 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

또한 담배연기 분석을 위하여 상기 실시예 1에서 대나무 활성탄 대신 야자각 활성탄을 사용한 것을 제외하고는 동일한 조건으로 실험하였다. 이들의 연기성분 제거능 분석을 하여 하기 표 2에 나타내었다.

[표 1]

상기 표 1에서 보이는 바와 같이, 대나무 활성탄은 참숯 또는 대나무 숯의 비표면적보다 약 3배 발달되어 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 본 발명에 따른 대나무 활성탄은 동일한 방법으로 제조한 야자각 활성탄에 비하여 유사한 비표면적을 가짐에도 불구하고 동공 부피가 더 크며, 겉보기 비중(bulk density)이 낮음을 알 수 있었다.

하기 표 2에서 타르, 니코틴 및 유기물은 비교예 3의 야자각 활성탄의 측정된 값을 100으로 기준하여 이에 대한 비교값을 기재하였다.

[표 2]

상기 표2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 대나무 활성탄을 담배필터에 사용하는 경우, 참숯, 대나무숯 및 야자각 활성탄을 사용한 것에 비하여 우수한 흡착력을 갖게 되어 타르, 니코틴뿐만 아니라 유기물의 이행되는 량이 적음을 알 수 있었다. 또한 요오드(I₂)흡착량 역시 참숯 및 대나무 숯에 비하여 3배 이상의 흡착능을 갖는 것을 알 수 있었다.

또한, 유사한 비표면적을 갖는 비교예 3의 야자각 활성탄과 실시예를 비교한 결과, 오히려 비교예 3에 비하여 비표면적인 더 작음에도 불구하고 대나무 활성탄을 사용한 실시예가 비교예 3에 비하여 타르(Tar)의 경우 8.2%, 니코틴(Nicotine)의 경우 7.9%, HCN의 경우 47.5%, 아크릴로니트릴(Acrylonitrile)의 경우 58.8%, 이소프렌(Isoprene)의 경우 51.6%, 벤젠(Benzene)의 경우 52.3%, 톨루엔(Toluene)의 경우 53.3%, 1,3-부타디엔(1,3-Butadiene)의 경우 36%, 피리딘(Pyridine)의 경우 45.45%, 아크로레인(Acrolein)의 경우 42.51%, 프로피온알데히드(Propionaldehyde)의 경우 36.7%, 크로톤알데히드(Crotonaldehyde)의 경우 61.5%, 메틸에틸케톤(MEK)의 경우 62.8%의 감소효과를 나타내는 등 유기물에 대한 흡착능력이 30%이상 증가 되었고, 요오드 흡착량의 경우 비교예 3에 비하여 2.33%나 증가하는 효과를 나타내었다. 이에 따라 야자각 활성탄에 비하여 대나무 활성탄을 사용하는 경우 더 작은 비표면적을 가짐에도 불구하고 유해 연기성분 이행량이 30%이상 감소하는 것을 알 수 있었다.

즉, 본 발명에 따른 대나무활성탄을 담배필터에 적용하는 경우 일반적인 숯 또는 다른 종류의 활성탄에 비하여 인체에 유해한 연기성분의 흡착성능 및 요오드 성분의 흡착이 현저히 우수한 것을 알 수 있었다.

또한, 흡연자 20명을 대상으로 본 발명에 따른 대나무활성탄을 사용한 담배필터를 이용하여 흡연을 하도록 한 결과, 야자각 활성탄을 사용한 담배필터를 구비한 담배를 흡연하는 경우, 건조한 느낌이 나지만, 대나무 활성탄을 사용한 담배의 경우, 대나무 목초액과 같이 대나무의 향이 진하고, 부드러운 느낌이 있어 심미적 안정감이 있음을 알 수 있었다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 담배필터는 종래 사용되던 일반 적인 숯 또는 야자각 활성탄에 비하여 유해성분의 흡착력이 현저하게 뛰어나며, 요오드 흡착량도 현저히 우수하였다. 또한, 흡연시 대나무향이 나므로 심미적인 안정감을 부여할 수 있다.

Claims

섬유재와 여과재로 이루어지는 담배필터에 있어서,

대나무를 1000 ~ 1300 ℃에서 구운 후 600 ~ 950 ℃에서 수증기처리, CO₂처리 또는 인산과 ZnCl₂ 및 KOH에서 선택되는 어느 하나의 약품처리에서 선택되는 어느 하나의 처리수단을 이용하여 대나무 숯을 활성화한 대나무활성탄이 충전된 여과재를 하나 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 대나무 활성탄을 이용한 담배필터.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 대나무 활성탄은 비표면적이 600 ~ 3000 ㎡/g인 것을 특징으로 하는 대나무 활성탄을 이용한 담배필터.
제 1항에 있어서,

상기 대나무활성탄이 충전된 여과재가 각각의 섬유재와 섬유재의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 대나무 활성탄을 이용한 담배필터.
제 1항에 있어서,

상기 대나무활성탄이 상기 섬유재에 고루 분포된 것을 하나 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 대나무 활성탄을 이용한 담배필터.
제 1항에 있어서,

상기 대나무활성탄이 충전된 여과재를 각초의 상부에 충전한 후, 상기 여과재 상부에 상기 섬유재를 충전하여 두 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 대나무 활성탄을 이용한 담배필터.
제 1항 또는 제 3항 내지 제 6항에서 선택되는 어느 한 항의 담배필터를 가지는 담배.