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Abstract

可降解的香烟过滤嘴包括开松醋酸纤维素丝束滤芯和围绕所述滤芯的成型纸及分散在所述丝束中的丸粒。丸粒包括适于催化醋酸纤维素丝束水解的物质，所述物质由水溶性或透水性物质的内层和D.S.在2.0-2.6范围内的醋酸纤维素外层包封。

Description

可降解的香烟过滤嘴:带有多层涂层的丸粒
技术领域
本发明涉及可降解的香烟过滤嘴。
背景技术
美国专利公开文本No.2009/0151738以引用的方式并入本文，公开了一种可降解的香烟过滤嘴，其中，通过催化醋酸纤维素丝水解的物质实现降解。用于香烟过滤嘴丝的醋酸纤维素通常具有2.0-2.6范围内的取代度(D.S.)。D.S.在2.0-2.6范围内的醋酸纤维素不容易遭受天然存在的酶和细菌的侵袭；而D.S.≤1.0的醋酸纤维素容易被天然存在的酶和细菌侵袭。为了降低醋酸纤维素的D.S.，必须使醋酸纤维素水解(即，用羟基部分置换醋酸酯部分)。
在美国专利公开文本No.2009/0151738中，一种实施本发明的方法是使用分散到丝束当中的丸粒。这些丸粒包括涂有水溶性物质的水解催化剂。这些丸粒按预期的方式起作用，醋酸纤维素丝束水解，然后降解。然而，这种简单的构造以两种方式有所不足；首先，催化剂释放过快，其次，所述丸粒是可能会对烟味产生负面影响的外来物。催化剂的过快释放会导致在可以发生水解(或充分水解)之前催化剂完全损失，由此使本发明的目的无法实现。
因此，需要一种新型的丸粒构造，其可提供水解催化的控释和缓释，并且不会对香烟味产生负面影响。
发明内容
可降解的香烟过滤嘴包括开松醋酸纤维素丝束滤芯和围绕所述滤芯的成型纸(plug wrap)及分散在所述丝束中的丸粒。所述丸粒包括适于催化醋酸纤维素丝束水解的物质，其由水溶性或透水性物质内层和D.S.在2.0-2.6范围内的醋酸纤维素外层包封。
附图说明
为例示本发明，在附图中显示了本发明优选的形式；然而，要理解的是，本发明并不局限于所示的确切配置及手段。
图1是根据本发明制成的丸粒的剖视图。
对本发明的详细说明
可降解的香烟过滤嘴一般包括由开松醋酸纤维素丝束制成的滤芯(或滤塞)、围绕所述滤芯的成型纸和分散在所述丝束中的丸粒。所述丸粒含有用于催化醋酸纤维素丝束水解的物质。可以在制造香烟过滤嘴期间将丸粒加到滤芯中。所述丸粒可以是单个丸粒或许多丸粒。下面将对前述内容进行更详细的解释。
用在本文中的可降解的香烟过滤嘴是指在接触室外环境(即，接触雨、露或其它水源)时会分解的香烟过滤嘴。降解程度最低应足以使醋酸纤维素(在香烟过滤嘴中，醋酸纤维素的D.S.一般为2.0-2.6)转化成醋酸纤维素(D.S.≤1.0)，并且最高应足以使醋酸纤维素转化成葡萄糖。这种降解的时间比等量未经处理的醋酸纤维素分解的时间短，通常可以是几个月(例如2-6个月)或更短。
参见图1，丸粒10含有适于催化醋酸纤维素丝束水解的物质12，其由水溶性或透水性物质的内层14和D.S.在2.0-2.6范围内的醋酸纤维素外层16包封。下面将更详细地讨论这些组分中的每一种。
适于催化醋酸纤维素丝束水解的物质12是可以催化醋酸纤维素丝束水解的任何物质。用在本文中的催化水解是指从纤维素主链中移除醋酸酯部分。在理想的情况下，移除所有的醋酸酯部分，但对于降解来说，这种理想的情况不是必需的，而D.S.≤1.0的醋酸纤维素对于降解(例如，被天然存在的酶和细菌侵袭)来说是足够的。为发生醋酸纤维素的水解，通常只有醋酸纤维素、催化水解的物质和水是必要的。
适于催化水解的物质12可分为若干类物质：酸、酸式盐、碱和适于产生酸的细菌。酸的pKa应＜6。碱的pKb应＜6。通常单独使用这些类中的物质，但组合使用是可行的。
所述酸包括：醋酸、抗坏血酸、抗坏血酸-2-磷酸酯(ascorbyl-2-phosphate)、抗坏血酸-2-硫酸酯(ascorbyl-2-sulfate)、天冬氨酸(氨基丁二酸)、肉桂酸、柠檬酸、叶酸、戊二酸、乳酸、苹果酸(l-羟基丁二酸)、烟碱酸(烟酸)、草酸、丁二酸、酒石酸、硼酸、盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、以及它们的组合。在大多数实施方案中，使用抗坏血酸、柠檬酸、乳酸、或烟碱酸。
另外，所述酸可以包括弱有机酸与可被水解为强酸的化合物的组合。在这种组合中，弱有机酸使所述化合物水解，产生强酸，且所述强酸使丝束水解(通常水解成糖，例如葡萄糖)。弱有机酸包括：抗坏血酸、柠檬酸、乳酸、烟碱酸、羟基丁二酸(苹果酸)、以及它们的组合。可被水解为强酸的化合物包括：硫酸纤维素、十二烷基硫酸盐、抗坏血酸-2-硫酸酯、抗坏血酸-2-磷酸酯、五氧化二磷、基于五氧化二磷的酯、硝酸纤维素、磷酸-2-乙基己酯、以及它们的组合。
所述酸式盐包括：金属盐，其中所述金属选自：铝、钾、钠、或锌，且盐的非金属部分选自硝酸根、磷酸二氢根、磷酸氢根、磷酸根、硫酸氢根、硫酸根、以及它们的组合。作为酸式盐还包括有：明矾(硫酸铝钾)和硫酸铝铵。在大多数实施方案中，使用硫酸氢钠(NaHSO4)或磷酸二氢钠(NaH2PO4)。
所述碱包括：金属氢氧化物、氧化钙(石灰)、尿素、硼砂、偏硅酸钠、氢氧化铵、碳酸钠、磷酸三钠、次氯酸钠、碳酸氢钠(重碳酸钠)、以及它们的组合。
所述细菌可以是产生酸的细菌或者是直接侵袭并降解醋酸纤维素的细菌。通常必须对产生酸的细菌提供食物来源。因此，当通过水的溶解作用释放这种细菌时，细菌消化食物来源，产生弱酸，且所述弱酸催化醋酸纤维素水解。产生酸的细菌包括：嗜酸乳杆菌、双歧杆菌、伍氏醋酸杆菌、纹膜醋酸杆菌(醋细菌)、以及它们的组合。这些细菌的食物来源是常规的，可以包括乳糖、葡萄糖、和/或基于三放体的物质。直接侵袭并降解醋酸纤维素的细菌不需要食物来源。直接侵袭并降解醋酸纤维素的细菌包括：根瘤菌、木糖氧化产碱菌、以及它们的组合。
适于催化水解的物质在滤芯中的存在量必须足以使醋酸纤维素丝束以比同等未经处理的滤芯快的速率降解。例如，在本发明的一个实施方案中，降解的时间可以是2-6个月。所述物质的量将取决于例如：滤芯中的醋酸纤维素重量、所需的滤芯降解时间、和选定适于催化水解的物质(仅举几例)。
例如，如果选定了酸，并且目标降解时间是2-6个月，则在一个实施方案中，酸量范围可以是滤芯中的醋酸纤维素的2-200重量％。在另一实施方案中，采用与如上所述相同的所需结果，酸量范围可以是醋酸纤维素的5-100重量％。在又一实施方案中，酸量范围可以是醋酸纤维素的10-50重量％。
如果选定了碱，并且目标降解时间是2-6个月，则碱量范围可以是滤芯中的醋酸纤维素的50-500重量％。在另一实施方案中，采用与如上所述相同的所需结果，碱量范围可以是醋酸纤维素的80-300重量％。在又一实施方案中，碱量范围可以是醋酸纤维素的100-200重量％。
如果选定了细菌，并且目标降解时间是2-6个月，则细菌量为10至50亿菌落形成单位，加上必要的食物。
围绕并包封适于催化醋酸纤维素丝束水解的物质12的层14和16将包封物质12，以便使得：1)不会只不过是过多的水将这种物质冲走，随着时间的推移，有足够的物质来催化水解，2)防止烟吸收醋酸纤维素以外的物质的滋味(favor)，这样可能会不利地影响烟味属性，和3)通过常规的丝束结合物质(如三醋精或三醋酸甘油酯)促进丸粒与丝束的丝结合。内层和外层可共同发挥作用以控制物质12的释放，且外层16发挥作用以掩盖物质12和层14的味道并促进结合。
内层14是水溶性物质或透水性物质。这些物质可以是能包封(即，容纳适于催化水解的物质)的任何物质；但在与水接触时将溶解，从而能够进行催化水解，或者允许水通过，其后使催化剂能够脱出。采用水溶性物质，水将使该物质胶凝，且然后胶凝的物质可以控制水移入芯或催化剂移出芯。此外，胶凝的物质可溶胀，于是这样可以使外层破裂。包封的重要性至少有两个原因：首先，包封防止过早水解，其次，保持产品(过滤嘴)的保质期。水溶性基质物质可以是醋酸纤维素(D.S.＝0.8±0.2)、羧甲基纤维素(CMC)、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素(HPC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、甲基纤维素、聚乙二醇(PEG)、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、淀粉、糖、以及它们的组合。糖可以是葡萄糖、蔗糖、乳糖、以及它们的组合。在大多数实施方案中，水溶性基质物质可以是甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇、以及它们的组合。透水性物质可以包括乙基纤维素、虫胶、玉米醇溶蛋白(见于玉米中的醇溶蛋白)、醋酸纤维素(D.S.＝2.0-2.6)、邻苯二甲酸纤维素、多孔有机硅弹性体(即，加有PEG的有机硅弹性体，其中PEG溶出以形成孔)、丙烯酸酯(例如，可以商品名EU DRAGIT商购自新泽西州皮斯卡塔韦的Evonik Degussa公司)、以及它们的组合。
外层16是D.S.为2.0-2.6的醋酸纤维素。D.S.为2.0-2.6的醋酸纤维素是透水性的。这种醋酸纤维素作为丝束优选是相同或大致相同的(例如，“大致相同”的情况是D.S.波动在丝束的±25％以内)。
内层14和外层16的量应足以完全包封适于催化醋酸纤维素水解的物质12。完全包封是指覆盖并隔离物质12，如此使之在水已经渗透外层16并溶掉内层14的至少一部分水溶性物质(或渗入透水性物质)之后才能够催化水解。例如，内层14可以为物质12的5-100重量％，或在另一实施方案中为物质12的5-30重量％。或者，可以用衰减的速率(即“半衰期”)来推定内层14和外层16的量。半衰期是催化剂物质使溶液的pH值降低初始pH值的1/2所需的时间。在下面给出的数据中，1mL水大约相当于标准香烟过滤嘴的体积。在本发明中，物质的半衰期应为至少25分钟，或者在25-1000分钟或50-500分钟或75-300分钟范围内。
在下面的实施例中将对本发明进行进一步的说明。
实施例
催化剂由柠檬酸和硫酸纤维素-Na盐以1∶1的重量比构成。将催化剂形成为大约29.4毫克重的丸粒(小块)。然后，如表1中所示，涂布这些丸粒(涂层重量以未经涂布的丸粒的重量％表示)。
为确定“半衰期”，将50颗未经涂布的丸粒放到含有50mL水的100mL烧杯当中(pH值7)。用1cm的星型头搅拌器以100rpm搅拌烧杯(以确保pH值均匀)。监测溶液的pH值(例如，以一分钟的时间间隔)，直到溶液pH值达到3或更低。然后，用经涂布的丸粒重复同样的程序。将第一曲线(未经涂布的丸粒，pH值与时间的关系图)与后来的曲线(经涂布的丸粒，pH值与时间的关系图)进行比较。由在pH值为4.95时(初始pH值(7)与最终pH值(3)之间的大致中间点)的时间之差确定“半衰期”。
表1
各种涂层水平的半衰期
Figure BPA00001577616800061
在不偏离实质和本质属性的情况下，可以其它形式实施本发明，因此，应参考所附权利要求书而非前述的说明书来确定本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种可降解的香烟过滤嘴，其中，所述香烟过滤嘴包括开松的醋酸纤维素丝束的滤芯元件和围绕所述滤芯元件的插入套，还包括：
丸粒，所述丸粒分散在所述丝束中，并且包含适于催化所述醋酸纤维素丝束水解的物质，所述物质由水溶性或透水性物质的内层和D.S.在2.0-2.6范围内的醋酸纤维素外层包封。
2.根据权利要求1所述的香烟过滤嘴，其中，所述内层占适于催化所述醋酸纤维素丝束水解的所述物质的5-100重量％。
3.根据权利要求2所述的香烟过滤嘴，其中，所述内层占适于催化所述醋酸纤维素丝束水解的所述物质的5-30重量％。
4.根据权利要求1所述的香烟过滤嘴，其中，所述外层占适于催化所述醋酸纤维素丝束水解的所述物质的5-100重量％。
5.根据权利要求4所述的香烟过滤嘴，其中，所述外层占适于催化所述醋酸纤维素丝束水解的所述物质的5-30重量％。
6.根据权利要求1所述的香烟过滤嘴，其中，所述丸粒具有至少25分钟的半衰期。
7.根据权利要求6所述的香烟过滤嘴，其中，所述半衰期在25-1000分钟范围内。
8.根据权利要求6所述的香烟过滤嘴，其中，所述半衰期在50-500分钟范围内。
9.根据权利要求6所述的香烟过滤嘴，其中，所述半衰期在75-300分钟范围内。
10.根据权利要求1所述的香烟过滤嘴，其中，适于催化所述醋酸纤维素丝束水解的所述物质选自：酸、酸式盐、碱、或适于产生酸的细菌、或它们的组合。
11.根据权利要求1所述的香烟过滤嘴，其中，所述水溶性物质选自：聚乙二醇、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、糖、以及它们的组合。
12.根据权利要求1或11所述的香烟过滤嘴，其中，所述水溶性物质选自：醋酸纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素。
13.根据权利要求12所述的香烟过滤嘴，其中，所述醋酸纤维素具有D.S.＝0.8±0.2。
14.根据权利要求11所述的香烟过滤嘴，其中，所述糖是淀粉。
15.根据权利要求11所述的香烟过滤嘴，其中，所述糖选自：葡萄糖、蔗糖、乳糖、以及它们的组合。
16.根据权利要求1所述的香烟过滤嘴，其中，所述透水性物质选自：乙基纤维素、玉米醇溶蛋白、醋酸纤维素、邻苯二甲酸醋酸纤维素、多孔有机硅弹性体、丙烯酸酯、以及它们的组合。
17.根据权利要求16所述的香烟过滤嘴，其中，所述醋酸纤维素具有D.S.＝2.0-2.6。
18.一种香烟，其具有根据权利要求1所述的可降解的香烟过滤嘴。
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