CN102665457B - 包括烟雾改变材料的过滤元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于吸烟制品的过滤元件，所述过滤元件具有纵向轴线，且适于过滤由所述吸烟制品产生的主流烟气，所述过滤元件包括第一区域和第二区域，所述第一区域沿着所述过滤元件的纵向轴线延伸并呈现第一压力降，所述第二区域沿着所述过滤元件的纵向轴线延伸并呈现低于所述第一压力降的第二压力降，其中所述第一区域和第二区域以并行构型排列，使得两个区域在垂直于纵向轴线的过滤元件横截面中可见，其中主流烟气可以从所述第二区域移动进入所述第一区域，所述过滤元件另外包括位于所述第一区域中的烟雾改变材料，诸如氧化催化剂。

Description

包括烟雾改变材料的过滤元件
技术领域
本发明涉及从烟草制成或衍生出的产品，或其以其它方式掺入烟草，且用于人类消费。具体地，本发明涉及用于吸烟制品（诸如香烟）的过滤元件。
背景技术
常见的吸烟制品（如香烟）具有基本圆柱条形结构，包括包装纸包裹的一团、一卷或一条可抽吸材料，如碎烟草（例如，以切割填充物形式），因此形成所谓的“可抽吸条（smokable rod）”或“烟丝条（tobacco rod）”。通常，香烟具有与烟丝条呈端对端关系排列的圆柱形过滤元件。通常，过滤元件包括被称为“成型纸（plug wrap）”的纸材包围的塑化醋酸纤维素丝束（tow）。通常，所述过滤元件利用称为“水松纸（tipping paper）”的外围包装材料连接到烟丝条一端。还需要对水松材料和成型纸打孔，以便用环境空气来稀释抽吸进的主流烟气。对香烟及其各部件的描述，参见Tobacco Production,Chemistry and Technology，Davis等人（编）（1999）。吸烟者通过点燃香烟一端并燃烧烟丝条来使用香烟。然后通过抽吸香烟的另一端（例如，过滤嘴端），吸烟者可以将主流烟气吸入他/她的口腔内。
某些用于香烟的过滤元件含有改变主流烟气的化学组成或感觉特性的材料。例如，已知将某些吸附材料掺入过滤元件中，诸如微粒或颗粒形式的活性炭或木炭材料（统称为含炭材料）。使用传统的黛尔美（dalmation）过滤嘴生产所用的一般类型的技术，可以将含炭材料的颗粒掺入“黛尔美”型过滤嘴区域中。用于生产黛尔美过滤嘴的技术是已知的，代表性的黛尔美过滤嘴已经由Filtrona Greensboro Inc商业化提供。或者，使用传统的“空腔”过滤嘴生产所用的一般类型的技术，可以将含炭材料的颗粒掺入“空腔”型过滤嘴区域中。各种类型的加有木炭颗粒或活性炭类材料的过滤嘴参见：Touey的美国专利号2,881,770；Seligman等人的美国专利号3,101,723；Irby等人的美国专利号3,236,244；Touey等人的美国专利号3,311,519；Berger的美国专利号3,313,306；Lloyd的美国专利号3,347,247；Sublett等人的美国专利号3,349,780；Davis等人的美国专利号3,370,595；Sublett等人的美国专利号3,413,982；Watson的美国专利号3,551,256；Dock的美国专利号3,602,231；Tigglebeck等人的美国专利号3,972,335；Blakley等人的美国专利号5,360,023；Stavridis的美国专利号5,909,736；Veluz的美国专利号6,537,186；Spiers等人的美国专利公开号2003/0034085；Chatterjee的美国专利公开号2003/0106562；Hicks等人的美国专利公开号2006/0025292；和Coleman,III等人的美国专利公开号2007/0056600；Banerjea等人的PCT WO 2006/064371；Jupe等人的PCT WO2006/051422；和Cashmore等人的PCT WO2006/103404，它们通过引用并入本文。
在另一个实例中，已经将氧化催化剂掺入吸烟制品的过滤元件中，以便改变穿过所述过滤元件的主流烟气的化学组成。具体地，将一氧化碳转化成二氧化碳的氧化催化剂是本领域已知的。示例性的催化剂材料参见：Dale等人的美国专利号4,317,460；Dellinger等人的美国专利号7,549,427；和Pillai等人的美国专利号7,560,410，它们通过引用并入本文。对于某些氧化催化剂而言，维持高水平的改变烟雾的催化活性可能是挑战性的，因为有些催化剂材料在暴露于主流烟气中存在的焦油或水以后会快速地失活。
非常需要提供用于吸烟制品的过滤元件，所述过滤元件包括能够改变主流烟气的化学组成或感觉特性的烟雾改变材料，并且其被设计成使主流烟气的某些组分对烟雾改变材料的性能的负面影响最小化。
发明内容
本发明涉及用于吸烟制品（如香烟）的过滤元件。所述吸烟制品包括点燃端（即，上游端）和嘴端（即，下游端）。嘴端件位于所述吸烟制品的嘴端末端，通过所述嘴端件，吸烟者可以将吸烟制品置于嘴中进行抽吸。所述嘴端件具有过滤元件的形式，所述过滤元件包括烟雾改变材料。本发明的过滤元件被构造成，使主流烟气流的大部分转向远离烟雾改变材料，使得主流烟气中的焦油和水蒸汽的污染或灭活烟雾改变材料的能力下降。尽管本发明的过滤元件被设计成防止或减少烟雾改变材料的污染，所述过滤元件仍然允许主流烟气中的某些气态物质与烟雾改变材料相互作用。
在一个方面，本发明提供了吸烟制品的过滤元件，所述过滤元件具有纵向轴线，且适于过滤由吸烟制品产生的主流烟气。所述过滤元件包括沿着所述过滤元件的纵向轴线延伸的第一区域，所述第一区域呈现第一压力降。所述过滤元件也包括沿着所述过滤元件的纵向轴线延伸的第二区域，所述第二区域呈现低于所述第一压力降的第二压力降。所述两个区域以并行（side-by-side）构型排列，使得两个区域在垂直于纵向轴线的过滤元件横截面中可见（例如，共轴排列），并且主流烟气能够从所述第二区域移动进入所述第一区域。具有更高压力降的第一区域含有烟雾改变材料。所述第一区域和所述第二区域之间的压力降差异可以表示为比率，所述第一区域的压力降与所述第二区域的压力降之比至少为约1.5:1，更经常是至少约2:1，最经常是至少约2.5:1。所述第一区域可以环状地位于所述第二区域周围。
在一个实施方案中，所述第一区域包括纤维丝束过滤材料，所述第二区域是开放通道。任选地，所述烟雾改变材料可以容纳在所述第一区域的室或隔室内，其中所述室位于纤维丝束过滤材料的两段（例如，纤维丝束过滤材料的上游段和纤维丝束过滤材料的下游段）之间。半渗透性的屏障层可以用于将所述烟雾改变材料保留在所述第一区域内，并阻断所述材料进入开放通道的途径。所述屏障层被设计成允许气态物质从开放通道进入含有烟雾改变材料的室中。
在另一个实施方案中，两个区域包括纤维丝束过滤材料，诸如塑化醋酸纤维素丝束，并且所述烟雾改变材料被嵌入所述第一区域的纤维丝束中。所述第一区域（更高压力降区域）的纤维丝束过滤材料可以包括这样的丝，所述丝具有比所述第二区域（更低压力降区域）的纤维丝束过滤材料的丝更低的每单位长度的重量。例如，所述第一区域的纤维丝束过滤材料可以包括这样的丝，所述丝的每单位长度的重量不超过所述第二区域的丝的每单位长度的重量的约75%，更经常不超过约50%，最经常不超过约25%。
在另一个实施方案中，在一个或多个包装材料层包裹过滤元件的情况下，至少一个包装材料层呈现至少约1cm/秒的扩散率。
烟雾改变材料的具体类型包括：调味剂、吸附剂和氧化催化剂。示例性的氧化催化剂包括催化金属化合物，所述催化金属化合物包括选自下述的元素：碱金属，碱土金属，元素周期表的IIIB、IVB、VB、VIB VIIB、VIIIB、IB和IIB族的过渡金属，IIIA族元素，IVA族元素，镧系元素，和锕系元素。示例性的催化金属化合物包括：氧化铁，氧化铜，氧化锌，氧化铈，钯，铂，铑，钯、铂或铑的卤化物（例如，氯化钯或氯化铂），或钯、铂或铑的硝酸盐（例如，硝酸钯或硝酸铂），或前述物质的组合。所述烟雾改变材料通常以粉末或颗粒形式使用，尽管也可以使用其它形式（例如，纤维）。
在一个实施方案中，本发明的过滤元件具有纵向轴线，且适于过滤由吸烟制品产生的主流烟气。所述过滤元件包括环形区域和中心区域，所述环形区域沿着所述过滤元件的纵向轴线延伸（其呈现第一压力降），所述中心区域沿着所述过滤元件的纵向轴线延伸并被所述环形区域包裹，其中所述中心区域呈现低于所述第一压力降的第二压力降。所述环形区域另外包括包含在其中的氧化催化剂。所述环形区域和所述中心区域可以包括纤维丝束过滤材料，其中所述环形区域的纤维丝束过滤材料包括这样的丝，所述丝具有比所述中心区域的纤维丝束过滤材料的丝更低的每单位长度的重量。
在另一方面，本发明提供了一种包含烟丝条和根据本发明的过滤元件的香烟，所述烟丝条具有包含在外围包装材料内的可抽吸填充材料，所述过滤元件在烟丝条的一端连接至烟丝条上。
附图说明
为了帮助理解本发明的实施方案，现在将参阅附图，所述附图并不一定按比例绘制。所述附图仅是示例性的，不应该解释为限制本发明。
图1是香烟形式的吸烟制品的分解透视图，显示了香烟的可抽吸材料、包装材料组分和过滤元件。
图2A和2B分别提供了根据本发明的过滤元件的一个实施方案的端视图和横截面视图，所述过滤元件包括过滤材料的环形第一区域和过滤材料的中心第二区域；
图3是根据本发明的过滤元件的另一个实施方案的横截面视图，所述过滤元件包括过滤材料的额外的嘴端和烟草端区段；
图4是根据本发明的过滤元件的另一个实施方案的横截面视图，其中所述烟雾改变材料被限制在过滤元件的环形区域的中心位置；和
图5A和5B分别提供了根据本发明的过滤元件的另一个实施方案的端视图和横截面视图，所述过滤元件包括中心开放通道和环形区域，所述环形区域包括含有烟雾改变材料的室。
具体实施方式
现在，将在下文中参考附图更全面地描述本发明。本发明可以表现为许多不同的形式，不应该解释成仅限于本文提出的实施方案；相反，提供这些实施方案只是为了使本发明满足适用法律的要求。在全文中，同样的数字指同样的元件。除非上下文另外清楚地指明，在本说明书和权利要求书中采用的单数形式“一个”、“一种”和“该”均包括其复数指示物。
在某些实施方案中，本发明提供了用于吸烟制品的过滤元件，所述过滤元件构造成以提供主流烟气和在过滤元件中存在的烟雾改变材料之间的有利接触的方式，控制主流烟气穿过过滤元件的流动。例如，本发明的某些实施方案提供了这样的过滤元件，其中主流烟气的通道主要穿过没有烟雾改变材料的区域，这会防止或减少烟雾改变材料的污染或灭活，所述污染或灭活可能由与主流烟气中存在的焦油或水蒸汽的接触而产生。所述烟雾改变材料被隔离在主流烟气主通道附近的区域，使得某些气体组分可以从主流烟气主通道扩散进含有烟雾改变材料的区域。以此方式，本发明提供了一种过滤嘴设计，其能够使烟雾改变材料与主流烟气内的某些气态物质相互作用，而不接触整个主流烟气流。
本文使用的术语“烟雾改变材料”表示，能够改变穿过过滤元件的主流烟气的组成的任意材料，诸如通过吸附某些气态物质（例如，去除有机化合物），通过与某些气态物质的化学反应（例如，一氧化碳的氧化），或通过加入挥发性的气体组分（例如，向烟雾中加入调味剂）。所述烟雾改变材料通常以可以描述为粉末或颗粒的形式使用，尽管可以使用其它形式（诸如纤维），而不脱离本发明。可以在相同的过滤嘴中使用烟雾改变材料的组合，包括不同类型的材料的组合，诸如吸附剂和调味剂的组合。
烟雾改变材料的示例性的类型包括：吸附剂（诸如活性炭和离子交换树脂）和调味剂，包括含有调味剂的胶囊和固体植物添加剂，诸如薄荷或绿薄荷叶或微粒形式的其它基于植物的调味剂。合适的活性炭材料的实例包括：基于活化的椰子壳的碳和基于木炭的碳（可从Calgon Corp.得到），基于木材的碳（可从Westvaco得到）和AMBERSORB树脂（可从Rohm和Haas得到）。示例性的离子交换树脂包括：可从Mitsubishi ChemicalCorp.得到的离子交换树脂（例如，WA30和DCA11）、可从Rohm和Haas得到的离子交换树脂（例如，A7）和可从中国Dalian Trico Chemical Co.得到的XORBEX树脂。
在另一个实施方案中，所述烟雾改变材料是氧化催化剂，其能够氧化在主流烟气中存在的一种或多种气态物质，诸如一氧化碳、NOX、氰化氢、儿茶酚、氢醌或某些苯酚。在本发明中使用的氧化催化剂通常是催化金属化合物，其氧化主流烟气中具有下述分子量的一种或多种气态物质：小于约110Da，更经常小于约75Da，最经常小于约50Da或小于约40Da。尽管不受任何特定操作理论的约束，据信，本发明的过滤元件特别适于氧化相对较小分子量的气态物质。
本文使用的“催化金属化合物”表示这样的含有金属的化合物：其可以直接地与由吸烟制品产生的主流烟气的一种或多种气相组分反应，或者催化包含主流烟气的气相组分的反应，或二者，使得气相组分的浓度降低。例如，某些催化金属化合物可以在有氧存在下催化CO氧化成CO2，以便降低主流烟气中的CO水平。在Banerjee等人的US 2007/0215168（其通过全文引用方式并入本文）中，描述了包含氧化铈颗粒的吸烟制品。氧化铈颗粒会减少在使用吸烟制品过程中产生的一氧化碳的量。其它催化金属化合物参见：Seehofer等人的美国专利号4,182,348；Dale等人的美国专利号4,317,460；Elliott等人的美国专利号4,956,330；Creighton等人的美国专利号5,050,621；Augustine等人的美国专利号5,258,340；McCormick的美国专利号6,503,475；McCormick的美国专利号6,503,475；Li等人的美国专利号7,011,096；Li等人的美国专利号7,152,609；Luan等人的美国专利号7,165,553；Hajaligol等人的美国专利号7,228,862；Saoud等人的美国专利号7,509,961；Dellinger等人的美国专利号7,549,427；Pillai等人的美国专利号7,560,410；和Bock等人的美国专利号7,566,681；和Billiet等人的美国专利公开号2002/0167118；Yadav等人的美国专利公开号2002/0172826;Lee等人的美国专利公开号2002/0194958；Lilly Jr.等人的美国专利公开号2002/014453；Bereman等人的美国专利公开号2003/0000538；Banerjee等人的美国专利公开号2005/0274390；和Gedevanishvili等人的美国专利公开号2007/0251658，以及在2008年9月18日提交的Banerjee等人的美国申请系列号12/233,192，在2008年11月20日提交的Banerjee等人的美国申请系列号12/274,780，和在2008年11月20日提交的Sears等人的美国申请系列号12/274,818，它们都通过全文引用方式并入本文。
催化金属化合物的金属组分的实例包括但不限于：碱金属，碱土金属，IIIB、IVB、VB、VIB VIIB、VIIIB、IB和IIB族的过渡金属，IIIA族元素，IVA族元素，镧系元素，和锕系元素。具体的示例性的金属元素包括：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Y、Ce、Na、K、Cs、Mg、Ca、B、Al、Si、Ge和Sn。催化金属化合物可以以多种固体微粒形式使用，包括沉淀的金属颗粒、金属氧化物颗粒（例如，氧化铁、氧化铜、氧化锌和氧化铈）和负载型催化剂颗粒，其中所述催化金属化合物分散在多孔载体材料（诸如活性炭、氧化铝、氧化铜或氧化钛）的内部或涂布在其表面上。可以使用催化金属化合物的组合，诸如钯催化剂与氧化铈的组合。催化金属化合物的粒度可以变化，但是通常是约1nm至约20微米，未负载的催化剂材料通常位于该范围的低端（例如，约1nm至约1微米），包含支撑支架的催化剂材料位于该范围的高端（例如，约5微米至约20微米）。催化剂材料在支撑基质上的负载量可以变化，但是基于涂布的基质的总干重，通常是约0.2%至约10.0%。
掺入过滤元件中的催化金属化合物的量可以变化。例如，通常掺入代表性的过滤元件内的量的范围可以是约0.1mg至约200mg。通常，该量是至少约1mg，经常至少约5mg。通常，所述量不超过约100mg，经常不超过约50mg。经常地，所述量可以是约5mg至约20mg。
关于催化金属化合物的组合的使用，一种示例性的组合是氧化物形式的催化剂金属化合物与VIIIB族催化金属化合物（诸如钯、铂、铑、它们的卤化物（例如，氯化钯或氯化铂）或它们的硝酸盐（例如，硝酸钯或硝酸铂））的组合。所述两种组分可以分别掺入过滤元件中，或在掺入之前预混合。通常，VIIIB族金属（或金属卤化物或硝酸盐）的量与第二种催化剂金属化合物的量之比的范围是约1:2至约1:10,000（基于重量）。
本发明的过滤元件包括两个邻近的纵向延伸的区域，所述区域的特征在于不同的压力降。具有更低压力降的区域（即，具有更少的抽吸阻力的区域）被用作主流烟气穿过过滤元件的主要管道。特征在于更高压力降(即，更大的抽吸阻力）的第二个相邻区域含有烟雾改变材料。所述两个区域沿着所述过滤元件的轴线以并行关系排列，使得穿过与过滤元件的纵向轴线垂直的平面做出的过滤元件的横截面切过所述两个区域。换而言之，一个区域不位于另一个区域的上游。在附图中阐述的实施方案中，所述两个区域是共轴的。但是，不需要共轴排列。所述两个区域可以以并行方式排列，而不具有相同的轴线。例如，所述两个区域可以各自具有半圆形横截面。
每个区域的横截面面积可以变化。通常，所述第一区域与所述第二区域的横截面面积之比是约2:1至约1:2，更经常约1.5:1至约1:1.5，最经常约1:1。
所述两个区域处于流体连通中，这意味着，主流烟气的气体组分可以从一个区域进入另一个区域。以此方式，穿过呈现更低压力降的区域的主流烟气的气体组分可以进入含有烟雾改变材料的邻近区域。
通常，使用可从Filtrona Instruments and Automation Ltd得到的Filtrona香烟试验站（CTS系列），测量香烟的压力降值。压力降可以表示为，穿过或横过过滤嘴区域从烟丝条侧向过滤元件的嘴端抽吸17.5cc/秒的空气所需的mm水柱。所述第一区域和所述第二区域之间的压力降差异可以表示为比率，所述第一区域的压力降与所述第二区域的压力降之比是至少约1.5:1，更经常是至少约2:1，最经常是至少约2.5:1。在某些实施方案中，所述比率可以是至少约3:1或至少约3.5:1。所述第一区域的压力降的示例性范围是约50至约300mm水柱，所述第二区域的压力降的示例性范围是约0至约100mm水柱。在一个示例性的实施方案中，所述第一区域呈现约100mm水柱的压力降，所述第二区域呈现约33mm水柱的压力降。在另一个实施方案中，所述第一区域呈现约50mm水柱的压力降，所述第二区域呈现约17mm水柱的压力降。在另一个实施方案中，所述第一区域呈现约200mm水柱的压力降，所述第二区域呈现约66mm水柱的压力降。
可以以许多方式建立所述区域之间的压力降差异。例如，更低压力降区域可以是穿过过滤元件的自由流动的开放通道，从而提供非常低的抽吸阻力。在这样的实施方案中，更高压力降区域可以由常规的纤维丝束过滤材料构成。在另一个实施方案中，使用纤维丝束过滤材料制成两个区域，每个区域包括具有改变穿过该区域的压力降的不同性质的丝。例如，可以调节丝的横截面形状，以改变压力降。用于香烟生产的常规纤维丝束材料通常包括具有Y或X横截面形状（它们会增加压力降）的丝。在更低压力降区域中，可以使用具有圆形横截面的丝，以便降低穿过该区域的压力降。或者，可以操纵每个区域的旦/丝（即，dpf，其中旦用g/9000m的单位来表示），以实现希望的压力降差异，所述旦/丝是丝束的单条丝的每单位长度的重量的量度。例如，所述第一区域的纤维丝束过滤材料可以包括这样的丝，所述丝的每单位长度的重量不超过所述第二区域的丝的每单位长度的重量的约75%，更经常不超过约50%，最经常不超过约25%。在本发明的过滤元件中使用的纤维丝束的示例性的dpf范围是约1.5至约8。在本发明中使用的纤维丝束的总旦的示例性范围是约20,000至约50,000（例如，约35,000或约40,000总旦）。另外，可以使用具有不同压力降特征的两种不同的过滤材料，诸如在一个区域中使用纤维丝束，在另一个区域中使用聚集的坯料或聚集的纸材。
将参考附图描述本发明的过滤元件的几个示例性的实施方案。为了容易参考，在这些实施方案中将烟雾改变材料描述为氧化催化剂；但是，可以使用其它烟雾改变材料，而不脱离本文解释的发明。
图1所示是香烟形式的吸烟制品10，其具有本发明吸烟制品的某些代表性的组分。香烟10包括被包含在外围包装材料16中的一团或一卷可抽吸填充材料的基本圆柱形条12。条12通常称为“烟丝条”。烟丝条12的端部是开放的，以暴露可抽吸填充材料。香烟10显示为具有附着在所述包装材料16上的一个任选带22（例如，印制覆层，包括成膜剂，如淀粉、乙基纤维素或海藻酸钠），该带在与香烟的纵向轴线横切的方向上包围香烟条。也就是说，带22提供了相对于香烟纵向轴线的横向区域。带22可以印制在包装材料的内表面上（即，面对可抽吸填充材料），或者次优选地，印制在所述包装材料的外表面上。尽管香烟可以包括具有任选带的包装材料，但是所述香烟还可以包括进一步具有两个、三个或更多个任选隔开的带的包装材料。
烟丝条12一端是点燃端18，在嘴端20处设置有过滤元件26。所述过滤元件26位于烟丝条12的一端附近，使得所述过滤元件和烟丝条以端对端关系呈轴向排列，优选彼此相邻。过滤元件26可以具有通常的圆柱形形状，其直径可以基本上等于烟丝条的直径。过滤元件26的两端允许空气和烟雾在其中通过。
在图2A和2B中显示了一种示例性的过滤元件26构型；所述过滤元件包括第一纵向延伸的过滤区段32和第二纵向延伸的过滤区段36，所述两个过滤区段与第一过滤区段共轴排列，所述第一过滤区段具有环形形状，并包围第二过滤区段。过滤材料的每个区段32、36包括纤维丝束过滤材料（例如，被诸如三醋汀等塑化剂浸渍的醋酸纤维素丝束），外围的或环形的过滤区段32呈现比中心过滤区段36更高的压力降。外围过滤区段32也包括分散在其中的多个氧化催化剂颗粒40。中心过滤区段36通常基本上不含有氧化催化剂或其它烟雾改变材料（例如，基于过滤区段的总重量，含有小于约0.5重量%的这种材料），经常完全不含有这种材料。
过滤元件26沿其外周或纵向周围被外围成型纸层28包裹，所述外围成型纸层覆盖在环形过滤区段32上面。使用水松材料44，使过滤元件26与烟丝条12连接，所述水松材料44包裹过滤元件26全长和烟丝条12的毗连部分。使用合适的粘合剂，将水松材料44的内表面牢固地固定到成型纸28的外表面和烟丝条的包装材料16的外表面；由此，过滤元件和烟丝条彼此相连。
采用任选的空气稀释装置，如一系列洞孔30（各洞孔穿透水松材料44和成型纸28），可以提供通气的或空气稀释的吸烟制品。采用本领域普通技术人员已知的各种技术，如激光打孔技术，可以制成任选的洞孔30。或者，可以采用所谓的离线空气稀释技术（例如，通过使用多孔成型纸和预打孔的水松纸）。就空气稀释或通气的香烟而言，空气稀释或通气的量或程度可以变化。经常地，用于空气稀释香烟的空气稀释量大于约10％，一般大于约20％，常常大于约30％，有时大于约40％。通常，用于空气稀释香烟的空气稀释的水平小于约80％，常常小于约70％。本文采用的术语“空气稀释”是，通过空气稀释装置抽入的空气体积与流经香烟和排出香烟嘴端末端部分的空气和烟雾的总体积的比率（以百分比表示）。
使用时，吸烟者用火柴或打火机点燃香烟10的点燃端28。如此，可抽吸材料12开始燃烧。将香烟10的嘴端20置于吸烟者的嘴唇中。通过燃烧可抽吸材料12产生的热分解产物（例如，烟草烟雾的组分）被抽吸穿过香烟10，穿过过滤元件26，并进入吸烟者的口腔。由于环形的过滤区段32和中心过滤区段36之间的压力降差异，主流烟气优先穿过过滤嘴的中心区段。但是，主流烟气的某些气体组分能够扩散进外围过滤区段32，这样的气体组分在这里与氧化催化剂颗粒40发生相互作用。与氧化催化剂颗粒40的相互作用可以导致穿过所述过滤嘴的烟雾的化学组成的改变。由于主流烟气优先穿过过滤嘴的中心区段36，将避免主流烟气中的焦油和水蒸汽与氧化催化剂颗粒40之间的接触或使其最小化，这可以减少催化剂颗粒的污染或灭活。
图3图解了另一个过滤元件26实施方案，其包括在过滤元件的嘴端和烟草端处的额外过滤区段。过滤元件26的中心区段包括结合图2A和2B所述的环形区段32和中心区段36。另外，所述图解的实施方案包括常规的纤维丝束过滤区段48、50，所述区段位于过滤元件26的共轴部分的上游和下游。过滤元件26还包括烟草端过滤区段48和嘴端过滤区段50中的仅一个，而不是两个。过滤元件26还包括额外的过滤区段，诸如共1-6个过滤元件区段，通常2-4个区段。
图4图解了另一个实施方案，其中氧化催化剂颗粒40仅存在于环形过滤区段32的部分52中。尽管含有颗粒40的部分52在该图中位于中心，也可以使用更靠近过滤元件26的嘴端或烟草端的其它位置。
尽管在图2-4中的环形区域32被描绘为含有氧化催化剂颗粒40的区域并呈现更高的压力降，本发明不限于这样的实施方案。也可以使用这样的过滤元件构型，其中所述环形区域是更低压力降区域，所述中心区域含有氧化催化剂颗粒（或其它烟雾改变材料），而不脱离本发明。
图5A和5B图解了另一个实施方案，其中过滤元件26的中心区域是自由流动的开放通道62。环形区段32环绕通道62，且可以由例如纤维丝束过滤材料构成。环形区段32限定室56，所述室在该图中位于中央，但是也可以位于更靠近过滤元件26的末端之一处。室56含有多个氧化催化剂颗粒40。通道62被屏障层60包围，所述屏障层阻止颗粒40从室56迁移进所述通道中。屏障层60可以由任意半渗透性材料构成，所述材料能够允许透过主流烟气气体组分，但是将颗粒40保留在室内。示例性的屏障材料包括纸和纤维丝束。
通过添加图3所示的过滤材料的嘴端区段或过滤材料的烟草端区段，也可以改进图4和5的过滤元件构型。
可以采用不同类型的香烟组分，包括烟草类型、烟草掺和物、顶部覆盖和包装材料、掺和物填充密度和烟丝条的纸包装材料的类型。参见，例如，香烟组分的不同代表性类型，以及不同的香烟设计、形式、构型和特征，它们描述在：Johnson,Development of Cigarette Components to MeetIndustry Needs,52nd T.S.R.C.（1998年9月）；Jakob等人的美国专利号5,101,839；Arzonico等人的美国专利号5,159,944；Gentry的美国专利号5,220,930和Kraker的美国专利号6,779,530；Ashcraft等人的美国专利公开号2005/0016556；Nestor等人的美国专利公开号2005/0066986;Fitzgerald等人的美国专利公开号2005/0076929；Thomas等人的美国专利公开号2006/0272655；Coleman,III等人的美国专利公开号2007/0056600；和Oglesby的美国专利公开号2007/0246055，它们各自通过引用并入本文。最优选地，整个可抽吸条由可抽吸材料（例如，烟草切割填充剂）和一层限制外围包装材料组成。
使用常规材料，可以构成用作水松材料和成型纸（即，过滤元件26的外围包装层）的包装材料。在一个实施方案中，包围过滤元件的一个或多个包装材料层是扩散型材料（例如，扩散型成型纸或扩散型水松材料）。在扩散型包装材料实施方案中，包装材料的扩散率最优选地类似于标准香烟包装材料（例如，材料16（例如，约2cm/秒的扩散率，或约15至约80 CORESTA的基质孔隙率））或在香烟的烟丝团周围常用类型的类似材料的扩散率。示例性的实施方案具有单层扩散型水松材料和多孔的或无孔的成型纸。扩散型包装材料大于0CORESTA且小于100CORESTA，优选的范围是约5至约80CORESTA，扩散率为至少约1cm/秒，优选至少约1.5cm/秒。使用例如在Norman等人的美国专利申请公开号2005/0087202（它通过引用并入本文）中公开的技术，可以测量扩散率。这显著不同于典型的水松材料或成型纸材料，后者可以几乎不提供或不提供扩散率（例如，约0cm/秒，通常小于约1cm/秒，或小于约10CORESTA的基质孔隙率）。就包括在过滤元件周围的扩散型包装材料的香烟实施方案而言，所述包装材料可以选自许多纸或纸样材料。在一个实施例中，可以使用通常用于包纳烟丝团的典型包装材料类型。这样的包装材料最优选地包括希望的扩散率（例如，有时大于1cm/秒，优选地大于约1.5cm/秒，经常约1至约3cm/秒，常常约2cm/秒）。具有高度扩散率的包装材料描述在2008年10月31日提交的Norman等人的美国专利申请系列号12/263,031中，其通过引用整体并入本文。尽管不受任何特定操作理论的约束，据信，使用具有高度扩散率的包装材料，可以提供穿过本发明的过滤元件中的烟雾改变材料床的有利流动特征。
通常使用在生产过程中专门布置连续的和不连续的粘合剂接缝的不同方法，新方法也将出现（参见，例如，Pipes等人的美国专利申请系列号12/101,529）。尽管以此方式为过滤元件包装过程布置粘合剂可以使用限制或减少应用的区域中的扩散率的粘合剂，应当理解，一种或多种“应用的扩散型”粘合剂可以用在过滤元件包装材料的内表面的一部分或全部上，其不会显著限制或减少应用的区域中的包装材料的扩散率。这样的粘合剂优选地提供多孔的或其它方式的扩散表面，所述扩散表面允许空气在其中通过，并同时地提供希望的粘合特性。可用于将包装材料施用于香烟部件上的代表性粘合剂可作为索引号32-2049和32-2124从National Starch &Adhesives Corp得到。也参见，例如，Skeist,Handbook of Adhesives，第2版(1977);Schneberger,Adhesive in Manufacturing(1983);Gutcho,Adhesives Technology Developments Since 1979(1983);Landrock,Adhesives Technology Handbook(1985)；和Flick,Handbook of AdhesivesRaw Materials，第2版(1989)。
在过滤元件的各个区段（例如，区段或区域32、36、48或50）中使用的过滤材料可以变化，且可以是可用于提供香烟的烟草烟雾过滤嘴的任意材料类型。通常，使用传统的香烟过滤材料，诸如醋酸纤维素丝束、聚集的醋酸纤维素坯料、聚丙烯丝束、聚集的醋酸纤维素坯料、聚集的纸、重构的烟草缕丝等。特别优选的是丝状的或纤维性的丝束，诸如醋酸纤维素、聚烯烃（诸如聚丙烯）等。可以用于本发明的过滤元件的某些区域中的一种过滤材料是具有3旦/丝和40,000总旦的醋酸纤维素丝束。作为另一个实施例，可以在过滤元件的某些区域中使用具有3旦/丝和35,000总旦的醋酸纤维素丝束。作为另一个实施例，可以在过滤元件的某些区域中使用具有8旦/丝和40,000总旦的醋酸纤维素丝束。关于其它实施例，参见在下述美国专利中阐述的过滤材料类型：Neurath的美国专利号3,424,172；Cohen等人的美国专利号4,811,745；Hill等人的美国专利号4,925,602；Takegawa等人的美国专利号5,225,277，和Arzonico等人的美国专利号5,271,419；它们各自通过引用并入本文。如以前指出的，关于在附图中图解的过滤元件的共轴部分，所述共轴部分的每个区域可以包括具有不同特征（诸如不同的丝横截面、不同的旦/丝、不同的横截面面积、不同的丝束重量等）的纤维丝束过滤材料。
通常，使用已知的技术，以传统量将塑化剂（诸如三醋汀或碳蜡）应用于丝状丝束。在一个实施方案中，所述过滤材料的塑化剂组分包括重量比为1:1的三醋汀和碳蜡。塑化剂的总量通常是约4至约20重量%，优选约6至约12重量%。香烟过滤嘴设计和生产领域的技术人员会容易地明白与所述过滤元件的结构结合使用的其它合适的材料或添加剂。参见，例如，Rivers的美国专利号5,387,285，它通过引用并入本文。
使用常规的过滤嘴丝束加工单元，诸如由Arjay Equipment Corp.,Winston-Salem,N.C.供应的可市购得到的E-60，加工丝状丝束（诸如醋酸纤维素）。同样，可以使用本领域普通技术人员已知的其它类型的可市购得到的丝束加工设备。
多区段带有过滤嘴的香烟的过滤元件的过滤元件部件或区段通常从过滤嘴条提供，所述过滤嘴条使用传统类型的条形成单元（诸如可作为KDF-2和KDF-3E从Hauni-Werke Korber & Co.KG得到的那些）来生产。通常，使用丝束加工单元，提供过滤材料（诸如过滤嘴丝束）。一种示例性的丝束加工单元已经可作为E-60（由Arjay Equipment Corp.,Winston-Salem,NC供给）而市购得到。其它示例性的丝束加工单元已经可作为AF-2、AF-3和AF-4（来自Hauni-Werke Korber & Co.KG）而市购得到。另外，用于操作过滤材料供给单元和过滤嘴制作单元的代表性的方式和方法参见：Byrne的美国专利号4,281,671；Green,Jr.等人的美国专利号4,862,905;Siems等人的美国专利号5,060,664；Rivers的美国专利号5,387,285；和Lanier,Jr.等人的美国专利号7,074,170。用于为过滤嘴条形成单元供应过滤材料的其它类型的技术参见：Pryor等人的美国专利号4,807,809和Raker的美国专利号5,025,814；它们通过引用并入本文。
香烟过滤嘴条可以用于提供多区段过滤嘴条。使用传统地已经用于提供多区段香烟过滤嘴部件的条形成单元类型，可以生产多区段过滤嘴条。使用可在商标名称Mulfi下从德国汉堡的Hauni-Werke Korber & Co.KG得到的香烟过滤嘴条生产装置，可以生产多区段香烟过滤嘴条。过滤嘴设计和部件的代表类型（包括分段的香烟过滤嘴的代表类型），参见：Lawrence等人的美国专利号4,920,990；Thesing等人的美国专利号5,012,829；Raker的美国专利号5,025,814；Jones,Jr.等人的美国专利号5,074,320；White等人的美国专利号5,105,838；Arzonico等人的美国专利号5,271,419；Blakley等人的美国专利号5,360,023；Gentry等人的美国专利号5,396,909；和Banerjee等人的美国专利号5,718,250；Jupe等人的美国专利申请公开号2002/0166563；Dube等人的美国专利申请公开号2004/0261807；Crooks等人的美国专利申请公开号2005/0066981；Woodson等人的美国专利申请公开号2006/0090769；Zhang的美国专利申请公开号2006/0124142；Mishra等人的美国专利申请公开号2006/0144412，Belcastro等人的美国专利申请公开号2006/0157070；和Coleman,III等人的美国专利申请公开号2007/0056600；Kim的PCT公开号WO 03/009711；Xue等人的PCT公开号WO 03/047836；它们都通过引用并入本文。
多区段过滤元件通常由所谓的“六联”过滤嘴条、“四联”过滤嘴条和“两联”过滤嘴条来提供，所述过滤嘴条具有常规地用于生产带有过滤嘴的香烟的一般形式和结构，它们可以使用常规类型或适当改进的香烟条处理装置（诸如可作为Lab MAX、MAX、MAX S或MAX 80从Hauni-WerkeKorber & Co.KG得到的水松材料装置）来处理。参见，例如，在下述文献中阐述的装置类型：Erdmann等人的美国专利号3,308,600；Heitmann等人的美国专利号4,281,670；Reuland等人的美国专利号4,280,187；Greene,Jr.等人的美国专利号4,850,301；和Vos等人的美国专利号6,229,115；和Holmes的美国专利申请公开号2005/0103355，Read,Jr.的美国专利申请公开号2005/1094014，和Draghetti的美国专利申请公开号2006/0169295，它们各自通过引用并入本文。
用于在过滤嘴条形成过程中将添加剂（诸如本文所述的烟雾改变材料）导入纤维性过滤嘴丝束中的示例性方法，参见：Nelson等人的美国专利申请公开号2008/0029118，和Stokes等人的美国专利申请公开号2008/0302373，以及2008年5月21日提交的美国申请系列号12/124,891；2008年10月28日提交的美国申请系列号12/259,838；和2009年3月19日提交的美国申请系列号12/407,260，它们都通过引用整体并入本文。通过任意已知的方法（诸如通过在丝束初轧工艺过程中加入颗粒），可以将添加剂（诸如氧化催化剂颗粒40）加入过滤嘴丝束中。
本发明的过滤元件可以掺入构造成用于燃烧可抽吸材料的常规香烟中，也可以掺入在下述文献中阐述的香烟类型中：Clearman等人的美国专利号4,756,318；Banerjee等人的美国专利号4,714,082；White等人的美国专利号4,771,795；Sensabaugh等人的美国专利号4,793,365；Clearman等人的美国专利号4,989,619；Clearman等人的美国专利号4,917,128；Korte的美国专利号4,961,438；Serrano等人的美国专利号4,966,171；Bale等人的美国专利号4,969,476；Serrano等人的美国专利号4,991,606；Farrier等人的美国专利号5,020,548；Shannon等人的美国专利号5,027,836；Clearman等人的美国专利号5,033,483；Schlatter等人的美国专利号5,040,551；Creighton等人的美国专利号5,050,621；Baker等人的美国专利号5,052,413；Lawson的美国专利号5,065,776；Nystrom等人的美国专利号5,076,296；Farrier等人的美国专利号5,076,297；Clearman等人的美国专利号5,099,861；Drewett等人的美国专利号5,105,835；Barnes等人的美国专利号5,105,837；Hauser等人的美国专利号5,115,820；Best等人的美国专利号5,148,821；Hayward等人的美国专利号5,159,940；Riggs等人的美国专利号5,178,167；Clearman等人的美国专利号5,183,062；Shannon等人的美国专利号5,211,684；Deevi等人的美国专利号5,240,014；Nichols等人的美国专利号5,240,016；Clearman等人的美国专利号5,345,955；Casey，III等人的美国专利号5,396,911；Riggs等人的美国专利号5,551,451；Bensalem等人的美国专利号5,595,577；Meiring等人的美国专利号5,727,571；Barnes等人的美国专利号5,819,751；Matsuura等人的美国专利号6,089,857；Beven等人的美国专利号6,095,152和Beven的美国专利号6,578,584；它们通过引用并入本文。另外，本发明的过滤元件可以掺入已经在商标名称“Premier”和“Eclipse”下由R.J.Reynolds TobaccoCompany商业出售的香烟类型中。参见，例如，在Chemical and BiologicalStudies on New Cigarette Prototypes that Heat Instead of Burn Tobacco,R.J.Reynolds Tobacco Company专著(1988)和Inhalation Toxicology，12:5，第1-58页(2000)中所述的那些香烟类型；它们通过引用并入本文。
通常，使用香烟生产机器，诸如常规的自动化香烟条生产机器，生产香烟条。示例性的香烟条生产机器具有可从Molins PLC或Hauni-WerkeKorber & Co.KG市购得到的类型。例如，可以采用称作MkX（可从MolinsPLC市购得到）或PROTOS（可从Hauni-Werke Korber & Co.KG市购得到）的类型的香烟条生产机器。PROTOS香烟生产机器的描述，参见：Brand的美国专利号4,474,190，第5列第48行至第8列第3行，它通过引用并入本文。适于生产香烟的装置类型也参见：La Hue的美国专利号4,781,203；Holznagel的美国专利号4,844,100；Gentry的美国专利号5,131,416；Holmes等人的美国专利号5,156,169；Myracle,Jr.等人的美国专利号5,191,906；Blau等人的美国专利号6,647,870；Kitao等人的美国专利号6,848,449；和Kitao等人的美国专利号6,904,917；和Hartman的美国专利申请公开号2003/0145866；Hancock等人的美国专利申请公开号2004/0129281；Barnes等人的美国专利申请公开号2005/0039764；和Fitzgerald等人的美国专利申请公开号2005/0076929；它们各自通过引用并入本文。
香烟生产机器设计和操作领域的技术人员会容易地明白常规的自动化香烟生产机器的部件和操作。例如，几类烟筒（chimney）、烟草填充剂供应设备、抽吸输送系统和装饰系统的部件和操作的描述，参见：Molins等人的美国专利号3,288,147；Heitmann等人的美国专利号3,915,176；Frank的美国专利号4,291,713；Rudszinat的美国专利号4,574,816；Heitmann等人的美国专利号4,736,754；Pinck等人的美国专利号4,878,506；Heitmann的美国专利号5,060,665；Keritsis等人的美国专利号5,012,823；和Fagg等人的美国专利号6,360,751；和Muller的美国专利公开号2003/0136419；它们各自通过引用并入本文。本文所述类型的自动化的香烟生产机器会提供成形的连续香烟条或可抽吸条，它们可以细分成希望的长度的成形的可抽吸条。
代表性的香烟的尺度可以变化。优选的香烟是条形，且可以具有约7.5mm的直径（例如，约20mm至约27mm、经常约22.5mm至约25mm的周长）；可以具有约70mm至约120mm、经常约80mm至约100mm的总长度。过滤元件26的长度可以变化。典型的过滤元件可以具有约15mm至约40mm、经常约20mm至约35mm的总长度。对于烟雾改变材料40仅存在于过滤嘴长度部分的实施方案，含有所述烟雾改变材料的过滤元件的长度通常是约5mm至约20mm、经常约10mm至约15mm。
本发明的优选香烟呈现希望的抽吸阻力。例如，在17.5cc/秒空气流量，示例性的香烟呈现在约50至约200mm水柱压力降之间的压力降。在17.5cc/秒空气流量，优选的香烟呈现在约60mm至约180mm水柱压力降之间的压力降值，更优选地在约70mm至约150mm水柱压力降之间。
基于前面的描述给出的教导，本发明所属领域的技术人员将设想出本发明的许多变型和其它实施方案；本领域技术人员显而易见，可以做出本发明的变型和改变，而不脱离本发明的范围或精神。所以，应该理解，本发明不限于所公开的具体实施方案，意图将变型和其它实施方案包括在所附的权利要求书的范围内。尽管本文采用了特定的术语，但是它们仅以一般性的和描述性的含义使用，没有任何限制性的目的。

Claims (13)

1.一种用于吸烟制品的过滤元件，所述过滤元件具有纵向轴线，且适于过滤由所述吸烟制品产生的主流烟气，所述过滤元件包括第一区域和第二区域，所述第一区域沿着所述过滤元件的纵向轴线延伸并呈现第一压力降，所述第二区域沿着所述过滤元件的纵向轴线延伸并呈现低于所述第一压力降的第二压力降，其中所述第一区域和第二区域以并行构型排列，使得两个区域在垂直于纵向轴线的过滤元件横截面中可见，其中主流烟气的气态物质能够从所述第二区域移动进入所述第一区域，所述过滤元件另外包括在所述第一区域中的烟雾改变材料，其中所述第一区域和所述第二区域两者都包括含有丝的纤维丝束过滤材料，且所述烟雾改变材料被嵌入所述第一区域的纤维丝束过滤材料中，并且另外其中，所述第一区域和所述第二区域之间的压力降的差异由每个区域中具有不同横截面形状或不同旦/丝的丝产生。
2.根据权利要求1所述的过滤元件，其中所述第一区域环状地位于所述第二区域周围。
3.根据权利要求1或2所述的过滤元件，其中所述第一区域的压力降与所述第二区域的压力降之比至少为1.5:1。
4.根据权利要求3所述的过滤元件，其中所述第一区域的压力降与所述第二区域的压力降之比至少为2.5:1。
5.根据权利要求1或2所述的过滤元件，其另外包括一个或多个限制所述过滤元件的包装材料层，其中至少一个包装材料层呈现至少1cm/秒的扩散率。
6.根据权利要求1或2所述的过滤元件，其中所述烟雾改变材料呈粉末或颗粒形式。
7.根据权利要求1或2所述的过滤元件，其中所述第一区域的纤维丝束过滤材料包括这样的丝，所述丝具有比所述第二区域的纤维丝束过滤材料的丝更低的每单位长度的重量。
8.根据权利要求1或2所述的过滤元件，其中所述第一区域的纤维丝束过滤材料包括这样的丝，所述丝的每单位长度的重量不超过所述第二区域的丝的每单位长度的重量的约50％。
9.根据权利要求1或2所述的过滤元件，其中所述烟雾改变材料是氧化催化剂。
10.根据权利要求9所述的过滤元件，其中所述氧化催化剂是催化金属化合物，所述催化金属化合物包括选自下述的元素：碱金属，碱土金属，IIIB、IVB、VB、VIB VIIB、VIIIB、IB和IIB族的过渡金属，IIIA族元素，IVA族元素，镧系元素，和锕系元素。
11.根据权利要求10所述的过滤元件，其中所述催化金属化合物选自：氧化铁，氧化铜，氧化锌，氧化铈，钯，铂，铑，钯、铂或铑的卤化物，钯、铂或铑的硝酸盐，和它们的组合。
12.根据权利要求1或2所述的过滤元件，其中所述第一区域和所述第二区域包括具有不同横截面形状的丝，在所述第一区域中的丝具有Y或X横截面形状，在所述第二区域中的丝具有圆形横截面形状。
13.一种包括烟丝条和根据权利要求1至12中任一项所述的过滤元件的香烟，所述烟丝条具有包含在外围包装材料内的可抽吸填充材料，所述过滤元件在所述烟丝条的一端连接至所述烟丝条。
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