CN104994756A - 用于减少烟雾流中成分的烟雾过滤器 - Google Patents
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Abstract
降低烟雾流中一氧化碳和酚类浓度的烟雾过滤器可以包括包含多个活性颗粒、多个粘合剂颗粒和设置在该活性颗粒与该粘合剂颗粒的至少一部分上的活性涂层的多孔物质段,其中该活性颗粒与该粘合剂颗粒在多个接触点处粘结在一起;和过滤器段。在一些情况下,过滤器可以包括包含多个活性颗粒与多个粘合剂颗粒的多孔物质段,其中该活性颗粒与该粘合剂颗粒在没有粘合剂的情况下在多个接触点处粘结在一起;和包含活性掺杂剂的过滤器段。
Description
发明背景
本发明涉及降低烟雾流中成分浓度的烟雾过滤器,包括与之相关的方法与吸烟装置。
政府法规日益要求从烟草烟雾中去除有害成分(例如一氧化碳和酚类)的更高过滤效力。采用现有的醋酸纤维素,可以通过用提高浓度的类似活性炭的颗粒掺杂该过滤器来实现更高的过滤效力。但是,提高的颗粒浓度改变了对吸烟者的抽吸特性。
抽吸特性的一个量度是封装压降。本文中所用的术语“封装压降”或“EPD”指的是当出口端的体积流速为17.5毫升/秒时并且当试样完全封装在测试装置中以使得没有空气穿过该包装时,当试样在稳态条件下被空气流贯穿时在试样两段之间的静态压力差。在本文中根据CORESTA(“Cooperation Centre for Scientific Research Relative toTobacco”)Recommended Method No.41(日期为2007年6月)测量EPD。更高的EPD值解读为吸烟者必须用更大的力来抽吸吸烟装置。
由于提高的过滤器效力改变了过滤器的EPD,公众(由此导致制造商)不轻易采取大多数技术。因此,尽管始终在研究,仍有兴趣开发改善和更有效的组合物,其能够在去除更高水平的主流烟草烟雾中的某些成分(如一氧化碳和酚类)的同时尽量不影响抽吸特性。
发明详述
本发明涉及降低烟雾流中成分浓度的烟雾过滤器,包括与之相关的方法与吸烟装置。
本文中描述的烟雾过滤器可以包括设计为降低烟雾流中一氧化碳和/或酚类的浓度并同时能够获得可设计为制造商规格的可定制抽吸特性。本文中描述的烟雾过滤器包括至少一个多孔物质段和至少一个过滤器段。
本文中所用的术语“多孔物质”指的是包含在多个接触点处机械粘合的多个粘合剂颗粒与多个活性颗粒的物质。所述接触点可以是活性颗粒-粘合剂接触点、粘合剂-粘合剂接触点和/或活性颗粒-活性颗粒接触点。本文中所用的术语“机械粘合”、“机械粘合的”、“物理粘合”等等指的是将两个颗粒固定在一起的物理连接。机械粘合可以是刚性或柔性的,取决于粘合材料。机械粘合可以包括或不包括化学粘合。通常,机械粘合不涉及胶粘剂(adhesive),尽管在一些实施方案中,可以在机械粘合后使用胶粘剂以便将其它添加剂粘接到该有机多孔物质的部分上。
本文中所用的术语“颗粒”和“颗粒状”可以互换使用并包括所有已知的材料形状,包括球形和/或卵形、基本球形和/或卵形、饼状和/或片状、薄片、带状、针状、纤维状、多边形(如立方体)、随机形状(如碎石形状)、带刻面(如晶体形状)或其任意混合。多孔物质的非限制性实例详细描述在共同未决申请PCT/US2011/043264、PCT/US2011/043268、PCT/US2011/043269和PCT/US2011/043271中,其全部公开内容经此引用并入本文。
应当注意的是,当在下文中对于数字提供“大约”时,术语“大约”修饰数字列表的各个数字。应该指出,在某些数字范围列表中,列举的某些下限可能大于列举的某些上限。本领域技术人员将认识到,所选择的子集要求选择超过所选择的下限的上限。
在一些实施方案中,本文中描述的多孔物质段可以包含活性颗粒和粘合剂颗粒。
活性颗粒的一个实例是活性炭(或活化炭或活性炭)。该活性炭可以是低活性的(大约50%至大约75%的CCl4吸附)或高活性的(大约75%至大约95%的CCl4吸附)或其组合。在一些实施方案中,该活性炭颗粒可以是纳米级碳颗粒,如任意壁数量的碳纳米管、碳纳米角、竹节状碳纳米结构、富勒烯和富勒烯聚集体、以及石墨烯,包括少层石墨烯和氧化石墨烯。活性颗粒的其它实例可以包括但不限于离子交换树脂、干燥剂、硅酸盐、分子筛、硅胶、活性氧化铝、沸石、珍珠岩、海泡石、漂白土、硅酸镁、金属氧化物(例如,氧化铁和氧化铁纳米颗粒,例如大约12nm的Fe3O4,氧化锰,氧化铜和氧化铝)、金、铂、醋酸纤维素、五氧化二碘、五氧化二磷、纳米颗粒(例如金属纳米颗粒,如金和银;金属氧化物纳米颗粒,如氧化铝;磁性、顺磁性和超顺磁性纳米颗粒,如氧化钆,氧化铁的各种晶体结构,如赤铁矿和磁铁矿,钆-纳米管和腔内金属嵌入富勒烯,如GdC60;和核壳与洋葱状纳米颗粒,如金和银纳米壳,洋葱状氧化铁,以及具有任意所述材料的外壳的其它纳米颗粒或微粒)及其前述的任意组合(包括活性炭)。离子交换树脂包括例如具有骨架(如苯乙烯-二乙烯基苯(DVB)共聚物、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、酚醛缩合物以及表氯醇胺缩合物)和多个连接到该聚合物骨架上的带电荷官能团的聚合物。在一些实施方案中,该活性颗粒是各种活性颗粒的组合。在一些实施方案中,该多孔物质可以包含多个活性颗粒。在一些实施方案中,活性颗粒可以包含至少一个选自本文中公开的活性颗粒的要素。应当注意的是,“要素”用作描述列表中项目的一般术语。在一些实施方案中,该活性颗粒与至少一种增香剂组合。
在一些实施方案中,可以选择该活性颗粒以降低一氧化碳的浓度。通过现有香烟过滤嘴设计减少一氧化碳主要依赖于烟草共混物、烟草燃烧速率和提高通风以稀释一氧化碳的纸张孔隙率。在商业上,缺乏减少烟雾流中一氧化碳的有效途径。适于减少一氧化碳的活性颗粒的实例可以包括但不限于五氧化二碘、五氧化二磷、氧化锰、氧化铜、氧化铁、分子筛、氧化铝、金、铂等等,以及其任意组合。
在一些实施方案中,该活性颗粒可以在至少一个维度中具有大约小于1纳米(例如石墨烯)、大约0.1纳米、0.5纳米、1纳米、10纳米、100纳米、500纳米、1微米、5微米、10微米、50微米、100微米、150微米、200微米和250微米的下限至大约5000微米、2000微米、1000微米、900微米、700微米、500微米、400微米、300微米、250微米、200微米、150微米、100微米、50微米、10微米和500纳米的下限的平均直径,其中该平均直径可以为任意下限至上限并涵盖其中的任何子集。在一些实施方案中,该活性颗粒可以是粒度的混合。
粘合剂颗粒的实例可以包括但不限于聚烯烃、聚酯、聚酰胺(或尼龙)、聚丙烯酸类、聚苯乙烯、聚乙烯基类化合物、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、其任何共聚物、其任何衍生物、及其任意组合。合适的聚烯烃的实例包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯等等,其任何共聚物、其任何衍生物、及其任意组合。合适的聚乙烯的实例进一步包括低密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、其任何共聚物、其任何衍生物、及其任意组合等等。合适的聚酯的实例包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸环己烯二亚甲酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯等等、其任何共聚物、其任何衍生物、及其任意组合等等。合适的聚丙烯酸类的实例包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯等等、其任何共聚物、其任何衍生物、及其任意组合等等。合适的聚苯乙烯的实例包括但不限于聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈、苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-马来酸酐等等、其任何共聚物、其任何衍生物、及其任意组合等等。合适的聚乙烯基类化合物的实施例包括但不限于乙烯乙酸乙烯酯、乙烯乙烯基醇、聚氯乙烯等等、其任何共聚物、其任何衍生物、及其任意组合等等。合适的纤维素的实例包括但不限于乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、塑化纤维素、丙酸纤维素、乙基纤维素等等、其任何共聚物、其任何衍生物、及其任意组合等等。在一些实施方案中,粘合剂颗粒可以是上面列举的粘合剂的任何共聚物、任意衍生物以及任意组合。
在一些实施方案中,本文中描述的粘合剂颗粒可以具有亲水性表面处理。亲水性表面处理(例如含氧官能如羧基、羟基和环氧)可以通过暴露于化学氧化剂、火焰、离子、等离子体、电晕放电、紫外辐射、臭氧及其组合(例如臭氧与紫外处理)的至少一种来实现。由于本文中描述的许多活性颗粒是亲水性的(或是作为它们的组合物的功能或是吸附的水),对该粘合剂颗粒的亲水性表面处理可以提高该粘合剂颗粒与该活性颗粒之间的吸引力(例如范德华力、静电、氢键等等)。这种提高的吸引力可以减轻活性颗粒与粘合剂颗粒在该基质材料中的分离,由此尽量减少在EPD、完整性、周长、横截面形状以及所得多孔物质的其它性质方面的可变性。此外,已经观察到,提高的吸引力提供了更均质的基质材料,这可以提高过滤器设计的灵活性(例如降低了整体EPD,或降低了该粘合剂颗粒的浓度,或这两者)。
该粘合剂颗粒可以呈现任何形状。此类形状包括球形、hyperion、星形、chrondular或星际尘埃状、颗粒状、马铃薯、不规则形状以及其任意组合。在优选的实施方案中,适用于本发明的粘合剂颗粒是非纤维的。在一些实施方案中,该粘合剂颗粒为粉末、丸粒或颗粒形式。
在一些实施方案中,该粘合剂颗粒可以在至少一个维度上具有大约0.1纳米、0.5纳米、1纳米、10纳米、100纳米、500纳米、1微米、5微米、10微米、50微米、100微米、150微米、200微米或250微米的下限至大约5000微米、2000微米、1000微米、900微米、700微米、500微米、400微米、300微米、250微米、200微米、150微米、100微米、50微米、10微米或500纳米的上限的平均直径,其中该平均直径可以为任意下限至上限并涵盖在此之间的任何子集。在一些实施方案中,该粘合剂颗粒可以是粒度的混合。
在一些实施方案中,该粘合剂颗粒可以具有大约0.10g/cm3至大约0.55g/cm3的堆积密度,包括在此之间的任何子集(例如大约0.17g/cm3至大约0.50g/cm3,或大约0.20g/cm3至大约0.47g/cm3)。
在一些实施方案中,该粘合剂颗粒在其熔融温度下可以表现出几乎不流动,即当加热至其熔融温度时表现出极少或不表现出聚合物流动。符合这些标准的材料可以包括但不限于超高分子量聚乙烯(“UHMWPE”)、特高分子量聚乙烯(“VHMWPE”)、高分子量聚乙烯(“HMWPE”)以及其任意组合。本文中所用的术语“UHMWPE”指的是具有至少大约3×106克/摩尔(例如大约3×106克/摩尔至大约30×106克/摩尔,包括在此之间的任何子集)的重均分子量的聚乙烯组合物。本文中所用的术语“VHMWPE”指的是具有小于大约3×106克/摩尔和大于大约1×106克/摩尔(包括在此之间的任何子集)的重均分子量的聚乙烯组合物。本文中所用的术语“HMWPE”指的是具有至少大约3×105克/摩尔至大约1×106克/摩尔的重均分子量的聚乙烯组合物。对本说明书而言,本文中提到的分子量根据Margolies公式测定(“Margolies分子量”)。
在一些实施方案中,该粘合剂颗粒可以具有大约0、0.5、1.0或2.0克/10分钟的下限至大约3.5、3.0、2.5、2.0、1.5或1.0的上限的熔体流动指数(“MFI”)——聚合物流动的一种量度,如通过ASTM D1238在190℃和15千克负载下测得,其中该MFI可以为任何下限至上限并涵盖在此之间的任何子集。在一些实施方案中,该多孔物质段可以包含具有不同分子量和/或不同熔体流动指数的粘合剂颗粒的混合物。
在一些实施方案中,该粘合剂颗粒可以具有大约5dl/g至大约30dl/g(包括在此之间的任何子集)的特性粘度和大约80%或更高(例如大约80%至大约100%,包括在此之间的任何子集)的结晶度,如美国专利申请公开号2008/0090081中所述。
适于用作本文中描述的粘合剂颗粒的市售聚乙烯材料的实例可以包括(UHMWPE,可获自Ticona Polymer LLC,DSM,Braskem,Beijing Factory No.2,Shanghai Chemical,Qilu,Mitsui和Asahi),包括2000系列(2105、2122、2122-5、2126)、4000系列(例如4120、4130、4150、4170、4012、4122-5、4022-6、4050-3/4150-3)、8000系列(8110、8020)和X系列(X143、X184、X168、X172、X192)。合适的聚乙烯材料的另一实例是具有以下性质的聚乙烯材料:通过ASTM-D 4020测定的分子量为大约300,000克/摩尔至大约2,000,000克/摩尔,平均粒径为大约300微米至大约1500微米,堆积密度为大约0.25克/毫升至大约0.5克/毫升。
在一些实施方案中,该粘合剂颗粒是由组成、形状、尺寸、堆积密度、MFI、特性粘度等等以及其任意组合所区分的不同粘合剂颗粒的组合。
在一些实施方案中,该多孔物质段可以以该多孔物质段的大约1重量%、5重量%、10重量%、25重量%、40重量%、50重量%、60重量%或75重量%的下限至该多孔物质段的大约99重量%、95重量%、90重量%或75重量%的上限的量包含活性颗粒,并且其中该活性颗粒的量可以为任意下限至任意上限,并涵盖在此之间的任何子集。在一些实施方案中,该多孔物质段可以以该多孔物质段的大约1重量%、5重量%、10重量%、25重量%的下限至该多孔物质段的大约99重量%、95重量%、90重量%、75重量%、60重量%、50重量%、40重量%或25重量%的上限的量包含粘合剂颗粒,并且其中该粘合剂颗粒的量可以为任意下限至任意上限,并涵盖在此之间的任何子集。
在一些实施方案中,该多孔物质段可以进一步包含设置在该活性颗粒与粘合剂颗粒的至少一部分上的活性涂层。本文中所用的术语“涂层”及类似术语并不意味在表面上的任何特定涂布程度。特别地,术语“涂布”或“涂层”并不意味着在表面上100%被该涂层覆盖。本领域普通技术人员应当理解,应当以对活性颗粒效力影响最小的量包含该活性涂层,并且该活性涂层应当经由对活性颗粒效力影响最小的方法施加。例如,活性炭可能尤其敏感,应慎重考虑活性涂层的选择、活性涂层的量和施加该活性涂层的方法。
活性涂层在一些实施方案中可用于降低烟雾流中污染物的浓度。活性涂层的实例可以包括但不限于三乙酸甘油酯、苹果酸、碳酸钾、柠檬酸、酒石酸、乳酸、抗坏血酸、聚乙烯亚胺、环糊精、氢氧化钠、氨基磺酸、氨基磺酸钠、聚乙酸乙烯酯、羧化丙烯酸酯、液体胺、维生素E、柠檬酸三乙酯、乙酰基柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰基柠檬酸三丁酯、乙酰基三-2-乙基己基、非离子型表面活性剂(例如聚氧乙烯(POE)化合物、POE(4)月桂基醚、POE 20失水山梨醇单月桂酸酯、POE(4)失水山梨醇单月桂酸酯、POE(6)山梨醇、POE(20)C16、C10-C13磷酸酯),以及其任意组合。
在一些实施方案中,可以选择该活性涂层以降低烟雾流中酚类的浓度。酚类已知显著促进了香烟烟雾的粗糙性和刺激性。不希望被理论束缚,据信用多孔物质代替一部分传统乙酸纤维素过滤材料,降低了与香烟过滤器中的三乙酸甘油酯和乙酸纤维素相关的羰基的总量,并由此还降低了酚类的过滤功效。此外,将适于减少酚类的活性涂层并入过滤器的一个或多个段中可以提供具有类似或更高的酚类减少功效的吸烟装置过滤器。适于减少烟雾流中酚类的活性涂层的实例可以包括但不限于三乙酸甘油酯,例如三乙酸甘油酯、柠檬酸三乙酯、乙酰基柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰基柠檬酸三丁酯、乙酰基三-2-乙基己基、非离子型表面活性剂(例如聚氧乙烯(POE)化合物、POE(4)月桂基醚、POE 20失水山梨醇单月桂酸酯、POE(4)失水山梨醇单月桂酸酯、POE(6)山梨醇、POE(20)C16、C10-C13磷酸酯等等),以及其任意组合。此外,乙酸纤维素薄片或长丝在一些情况下可以包含在该多孔物质中以减少烟雾流中的酚类。
在一些实施方案中,活性涂层可以以该多孔物质重量的大约0.5%、1%、2%、3%、6%或10%的下限至该多孔物质重量的大约15%、13%、10%或8%的上限的量包含在本文中描述的多孔物质中,并且其中该量可以为任意下限至任意上限,并涵盖在此之间的任何子集。
可以在形成该多孔物质之后,即机械粘结该活性颗粒与该粘合剂颗粒之后进行活性涂层的添加。施加该活性涂层可以通过液体喷射、浸渍、喷雾、超临界流体沉积等等。在一些实施方案中,该多孔物质可以在施加该活性涂层后干燥。
如上所述,本文中描述的烟雾过滤器包含至少一个多孔物质段和至少一个过滤器段。在一些实施方案中,该过滤器段可以包含纤维素、纤维素衍生物、纤维素酯丝束、乙酸纤维素丝束、具有每条长丝小于大约10旦的乙酸纤维素丝束、具有每条长丝大约10旦或更大的乙酸纤维素丝束、随机取向的乙酸酯、纸张、瓦楞纸、聚丙烯、聚乙烯、聚烯烃丝束、聚丙烯丝束、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、粗粉末、碳颗粒、碳纤维、纤维、玻璃珠、沸石、分子筛、以及其任意组合的至少一种。
在一些实施方案中,该过滤器段可以进一步包含活性掺杂剂。活性掺杂剂在一些实施方案中可用于降低烟雾流中污染物的浓度。在一些实施方案中,该活性掺杂剂可以在过滤器段中的另一表面的至少一部分(例如纸张)上形成涂层和/或可以吸收到过滤器段中的另一结构(例如纤维素酯丝束)中。
活性掺杂剂的实例可以包括但不限于三乙酸甘油酯、苹果酸、碳酸钾、柠檬酸、酒石酸、乳酸、抗坏血酸、聚乙烯亚胺、环糊精、氢氧化钠、氨基磺酸、氨基磺酸钠、聚乙酸乙烯酯、羧化丙烯酸酯、维生素E、柠檬酸三乙酯、乙酰基柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰基柠檬酸三丁酯、乙酰基三-2-乙基己基、非离子型表面活性剂(例如聚氧乙烯(POE)化合物、POE(4)月桂基醚、POE 20失水山梨醇单月桂酸酯、POE(4)失水山梨醇单月桂酸酯、POE(6)山梨醇、POE(20)C16、C10-C13磷酸酯),以及其任意组合。
在一些实施方案中,可以选择该活性掺杂剂以便从烟雾流中降低酚类的浓度。活性掺杂剂的实例可以包括但不限于三乙酸甘油酯、柠檬酸三乙酯、乙酰基柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰基柠檬酸三丁酯、乙酰基三-2-乙基己基、非离子型表面活性剂(例如聚氧乙烯(POE)化合物、POE(4)月桂基醚、POE 20失水山梨醇单月桂酸酯、POE(4)失水山梨醇单月桂酸酯、POE(6)山梨醇、POE(20)C16、C10-C13磷酸酯),以及其任意组合。
在一些实施方案中,活性掺杂剂可以以未包装过滤器段重量的大约3%、6%或10%的下限至未包装过滤器段重量的大约15%、13%或10%的上限的量包含在本文中描述的过滤器段中,并且其中该量可以为任意下限至任意上限,并涵盖在此之间的任何子集。
在一些实施方案中,过滤器段可以进一步包含本文中描述的活性颗粒,例如用于进一步降低烟雾流中污染物的浓度。
在一些情况下,在多孔物质和/或过滤器段中的活性颗粒、活性涂层和活性掺杂剂可以独立地适于降低烟雾流的以下污染物的至少一种的浓度:乙醛、乙酰胺、丙酮、丙烯醛、丙烯酰胺、丙烯腈、黄曲霉毒素B-1、4-氨基联苯、1-氨基萘、2-氨基萘、氨、铵盐、新烟碱、新烟碱、0-茴香胺、砷、A-α-C、苯并[a]蒽(benz[a]flouroanthene)、苯并[b]荧蒽、苯并[j]醋蒽(benz[j]aceanthrylene)、苯并[k]荧蒽、苯、苯并(b)呋喃、苯并[a]芘、苯并[c]菲、铍、1,3-丁二烯、丁醛、镉、咖啡酸、一氧化碳、邻苯二酚、氯化二恶英/呋喃、铬、、钴、香豆素、甲酚、巴豆醛、环戊[c,d]芘、二苯并(a,h)吖啶、二苯并(a,j)吖啶、二苯并[a,h]蒽、二苯并(c,g)咔唑、二苯并[a,e]芘、二苯并[a,h]芘、二苯并[a,i]芘、二苯并[a,l]芘、2,6-二甲基苯胺、氨基甲酸乙酯(乌拉坦)、乙苯、环氧乙烷、丁香酚、甲醛、呋喃、glu-P-1、glu-P-2、肼、氰化氢、对苯二酚、茚并[1,2,3-cd]芘、IQ、异戊二烯、铅、MeA-α-C、汞、甲基乙基酮、5-甲基、4-(甲基亚硝氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)、4-(甲基亚硝氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁醇(NNAL)、萘、镍、尼古丁、硝酸盐、一氧化氮、氧化氮、亚硝酸盐、硝基苯、硝基甲烷、2-硝基丙烷、N-亚硝基新烟碱(NAB)、N-亚硝基二乙醇胺(NDELA)、N-亚硝基二乙胺、N-亚硝基二甲胺(NDMA)、N-亚硝基乙基甲基胺、N-亚硝基吗啉(NMOR)、N-亚硝基去甲烟碱(NNN)、N-亚硝基哌啶(NPIP)、N-亚硝基吡咯烷(NPYR)、N-亚硝基肌氨酸(NSAR)、苯酚、PhlP、钋-210(放射性同位素)、丙醛、环氧丙烷、吡啶、喹啉、间苯二酚、硒、苯乙烯、焦油、2-甲苯胺、甲苯、Trp-P-1、Trp-P-2、铀-235(放射性同位素)、铀-238(放射性同位素)、乙酸乙烯酯、氯乙烯及其任意组合。在一些情况下,在单一过滤器中,在多孔物质和/或过滤器段中的活性颗粒、活性涂层和活性掺杂剂可用于减少相同或不同的烟雾流污染物。在一些实施方案中,可以用包含五氧化二碘、五氧化二磷、氧化锰、氧化铜、氧化铁、分子筛、氧化铝、金、铂等等以及其任意组合的多孔物质段和/或过滤器段实现烟雾流中一氧化碳的减少。在一些实施方案中,可以用包含三乙酸甘油酯、柠檬酸三乙酯、乙酰基柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰基柠檬酸三丁酯、乙酰基三-2-乙基己基、非离子型表面活性剂(例如聚氧乙烯(POE)化合物、POE(4)月桂基醚、POE 20失水山梨醇单月桂酸酯、POE(4)失水山梨醇单月桂酸酯、POE(6)山梨醇、POE(20)C16、C10-C13磷酸酯)、乙酸纤维素等等以及其任意组合的多孔物质段和/或过滤器段实现烟雾流中酚类的减少。
在一些实施方案中,该多孔物质段与过滤器段可以独立地具有类似同心过滤嘴设计、纸张包装、空腔、空室、带挡板的空室、胶囊、通道等等以及其任意组合的特征。
在一些实施方案中,该多孔物质可以以该多孔物质的大约1重量%、5重量%、10重量%、25重量%、40重量%、50重量%、60重量%或75重量%的下限至该多孔物质的大约99重量%、95重量%、90重量%或75重量%的上限的量包含活性颗粒,并且其中该活性颗粒量可以为任意下限至任意上限,并涵盖在此之间的任何子集。在一些实施方案中,该多孔物质可以以该多孔物质的大约1重量%、5重量%、10重量%或25重量%的下限至该多孔物质的大约99重量%、95重量%、90重量%、75重量%、60重量%、50重量%、40重量%或25重量%的上限的量包含粘合剂颗粒,并且其中该活性颗粒量可以为任意下限至任意上限,并涵盖在此之间的任何子集。
虽然粘合剂颗粒尺寸对活性颗粒尺寸的比可以包括如本文中各自描述的尺寸范围所述的任何迭代,对特定应用和/或产品而言,特定的尺寸比可能是有利的。作为非限制性实例,在吸烟装置过滤器中,该该活性颗粒与粘合剂颗粒的尺寸应使得该EPD允许抽吸流体穿过该多孔物质。在一些实施方案中,粘合剂颗粒尺寸对活性颗粒尺寸的比可以为大约10:1至大约1:10,或更优选为大约1:1.5至大约1:4。
在一些实施方案中,多孔物质可以具有大约40%至大约90%的空隙体积。在一些实施方案中,多孔物质可以具有大约60%至大约90%的空隙体积。在一些实施方案中,多孔物质可以具有大约60%至大约85%的空隙体积。空隙体积是计入活性颗粒所占空间后留下的自由空间。
为了测定空隙体积,尽管不希望被任何特定理论束缚,据信测试表明该混合物的最终密度几乎完全由活性颗粒驱动;由此被粘结剂颗粒占据的空间不被计入该计算。由此,在这方面的空隙体积基于计入活性颗粒后剩余空间来计算。为了测定空隙体积,首先对活性颗粒的基于网目尺寸的上限粒径与下限粒径取平均,随后计算体积(假定为基于该平均化直径的球形形状)并使用活性材料的密度。随后,如下计算百分比空隙体积:
当该过滤器段包含活性掺杂剂、活性颗粒和某些特征时,该烟雾过滤器的EPD(即抽吸特性)可能被改变。有利地,本文中描述的多孔物质段的EPD尤其可以通过改变粘合剂颗粒尺寸、活性颗粒尺寸等等来定制以补偿过滤器段中的EPD改变。在一些实施方案中,多孔物质可以具有至少大约1毫克/毫米、2毫克/毫米、3毫克/毫米、4毫克/毫米、5毫克/毫米、6毫克/毫米、7毫克/毫米、8毫克/毫米、9毫克/毫米、10毫克/毫米、11毫克/毫米、12毫克/毫米、13毫克/毫米、14毫克/毫米、15毫克/毫米、16毫克/毫米、17毫克/毫米、18毫克/毫米、19毫克/毫米、20毫克/毫米、21毫克/毫米、22毫克/毫米、23毫克/毫米、24毫克/毫米或25毫克/毫米的活性颗粒负载量以及小于大约每毫米长度20毫米水或更低、每毫米长度19毫米水或更低、每毫米长度18毫米水或更低、每毫米长度17毫米水或更低、每毫米长度16毫米水或更低、每毫米长度15毫米水或更低、每毫米长度14毫米水或更低、每毫米长度13毫米水或更低、每毫米长度12毫米水或更低、每毫米长度11毫米水或更低、每毫米长度10毫米水或更低、每毫米长度9毫米水或更低、每毫米长度8毫米水或更低、每毫米长度7毫米水或更低、每毫米长度6毫米水或更低、每毫米长度5毫米水或更低、每毫米长度4毫米水或更低、每毫米长度3毫米水或更低、每毫米长度2毫米水或更低、或每毫米长度1毫米水或更低的EPD,并且其中该活性颗粒负载量与该EPD可以独立地为任意下限至任意上限,并涵盖在此之间的任何子集。
作为实例,在一些实施方案中,该多孔物质可以具有至少大约1毫克/毫米的活性颗粒负载量和每毫米长度大约20毫米水或更低的EPD。在其它实施方案中,该多孔物质可以具有至少大约1毫克/毫米的活性颗粒负载量和每毫米长度大约20毫米水或更低的EPD,其中该活性颗粒不为碳。在其它实施方案中,该多孔物质可以具有包含碳的活性颗粒,该颗粒具有至少6毫克/毫米的负载量以及每毫米长度10毫米水或更低的EPD。
此外,在该过滤器中,该多孔物质段与该过滤器段的长度实现所期望的烟雾过滤器长度和EPD。在一些实施方案中,本文中描述的烟雾过滤器具有大约每毫米长度0.10毫米水、每毫米长度1毫米水、每毫米长度2毫米水、每毫米长度3毫米水、每毫米长度4毫米水、每毫米长度5毫米水、每毫米长度6毫米水、每毫米长度7毫米水、每毫米长度8毫米水、每毫米长度9毫米水或每毫米长度10毫米水的下限至大约每毫米长度20毫米水、每毫米长度19毫米水、每毫米长度18毫米水、每毫米长度17毫米水、每毫米长度16毫米水、每毫米长度15毫米水、每毫米长度14毫米水、每毫米长度13毫米水、每毫米长度12毫米水、每毫米长度11毫米水、每毫米长度10毫米水、每毫米长度9毫米水、每毫米长度8毫米水、每毫米长度7毫米水、每毫米长度6毫米水或每毫米长度5毫米水的上限的EPD,其中该EPD可以为任意下限至任意上限,并涵盖在此之间的任何子集。
在一些实施方案中,该过滤器可以具有在临近该吸烟装置烟嘴端处具有第一其它过滤器段的结构。在一些实施方案中,该过滤器可以以任意所期望的次序包含两个或多个段,例如按顺序第一过滤器段(例如乙酸纤维素丝束)、多孔物质和第二过滤器段(例如乙酸纤维素丝束)或按顺序第一过滤器段(例如乙酸纤维素丝束)、第一多孔物质(例如包含活性炭)、第二多孔物质(例如包含减少酚和/或一氧化碳的活性颗粒和/或活性涂层)和第二过滤器段(例如包含减少酚和/或一氧化碳的活性颗粒和/或活性掺杂剂的乙酸纤维素丝束)。在一种结构中,可以选择个别段的长度和组成以实现所期望的EPD和烟雾流组分减少。受益于本公开的本领域技术人员应当了解本文中描述的烟雾过滤器的多种结构。
在一些实施方案中,吸烟装置可以包含与本文中所述任意实施方案的烟雾过滤器(例如包含具有本文中所述的活性颗粒、本文中所述的粘合剂颗粒、任选本文中所述的活性涂层、任选本文中所述的添加剂、任选具有本文中所述的特征等等的多孔物质段;包含具有本文中所述的材料、任选本文中所述的掺杂剂、任选本文中所述的添加剂、任选具有本文中所述的特征等等的过滤器段;具有本文中所述的EPD;具有本文中所述的结构;等等)流体连通的可吸物质。
本文中所用的术语“可吸物质”指的是当燃烧或加热时能够产生烟雾的材料。合适的可吸物质可以包括但不限于烟草,例如亮叶烟、东方烟草、土耳其烟草、卡文迪什烟草、Corojo烟草、克里奥罗烟草、珀里克烟草、shade tobacco、白色白肋烟、烤烟、白肋烟、马里兰烟草、维珍尼亚烟草;茶;草药;碳化或热解组分;无机填料组分;或其任意组合。烟草可以具有切割填料形式的烟草薄片形式、加工过的烟草茎、再造烟草填料、体积膨胀的烟草填料等等。烟草及其它生长的可吸物质可以在美国生长,或可以在美国以外的司法管辖区内生长。
在一些实施方案中,可吸物质可以为柱形式,例如烟草柱。本文中所用的术语“烟草柱”指的是烟草与任选其它成分和增香剂的混合物,其可以结合以制造基于烟草的可吸制品,如香烟或雪茄。在一些实施方案中,该烟草柱可以包含选自以下的成分:烟草、糖(如蔗糖、红糖、转化糖或高果糖玉米糖浆)、丙二醇、甘油、可可、可可产品、角豆胶质、角豆提取物及其任意组合。在其它实施方案中,该烟草柱可以进一步包含增香剂、香料、薄荷醇、甘草提取物、磷酸二铵、氢氧化铵及其任意组合。在一些实施方案中,烟草柱可以包含添加剂。在一些实施方案中,烟草柱可以包含至少一种可弯曲的组成部分。
在一些实施方案中,吸烟装置可以包含可操作地能够保持该烟雾过滤器与可吸物质流体连通的壳体。
合适的壳体可以包括但不限于香烟、烟斗、雪茄、雪茄烟斗、烟管、水烟管、水烟袋、电子吸烟装置、手卷烟、手卷雪茄、纸张或其任意组合。
在一些实施方案中,包装可以包含至少一个本文中所述任意实施方案的烟雾过滤器(例如包含具有本文中所述的活性颗粒、本文中所述的粘合剂颗粒、任选本文中所述的活性涂层、任选本文中所述的添加剂、任选具有本文中所述的特征等等的多孔物质段;包含具有本文中所述的材料、任选本文中所述的掺杂剂、任选本文中所述的添加剂、任选具有本文中所述的特征等等的过滤器段;具有本文中所述的EPD;具有本文中所述的结构;等等)。该包装可以是铰链盖包装、滑盖包装、硬杯包装、软杯包装或任何其它合适的包装容器。在一些实施方案中,该包装可以具有外包装物,如聚丙烯包装物,并任选具有拉口。在一些实施方案中,该烟雾过滤器可以作为一束密封在包装的内部。一束可以含有多个过滤器,例如20个或更多。但是,一束可以包括单个烟雾过滤器,在一些实施方案中,如类似用于单独销售的那些的专用烟雾过滤器实施方案。或包含特定香料如香草、丁香或肉桂的烟雾过滤器。
在一些实施方案中,包装可以包含至少一个包含本文中所述任意实施方案的烟雾过滤器(例如包含具有本文中所述的活性颗粒,本文中所述的粘合剂颗粒、任选本文中所述的活性涂层、任选本文中所述的添加剂、任选具有本文中所述的特征等等的多孔物质段;包含具有本文中所述的材料、任选本文中所述的掺杂剂、任选本文中所述的添加剂、任选具有本文中所述的特征等等的过滤器段;具有本文中所述的EPD;具有本文中所述的结构;等等)的吸烟装置。该包装可以是铰链盖包装、滑盖包装、硬杯包装、软杯包装或任何其它合适的包装容器。在一些实施方案中,该包装可以具有外包装物,如聚丙烯包装物,并任选具有拉口。在一些实施方案中,该烟雾过滤器可以作为一束密封在包装的内部。一束可以含有多个过滤器,例如20个或更多。但是,一束可以包括单个烟雾过滤器,在一些实施方案中,如类似用于单独销售的那些的专用烟雾过滤器实施方案。或包含特定香料如香草、丁香或肉桂的烟雾过滤器。
在一些实施方案中,纸盒可以包含至少一个包含至少一个吸烟装置的包装,所述吸烟装置包含本文中所述任意实施方案的烟雾过滤器(例如包含具有本文中所述的活性颗粒,本文中所述的粘合剂颗粒、任选本文中所述的活性涂层、任选本文中所述的添加剂、任选具有本文中所述的特征等等的多孔物质段;包含具有本文中所述的材料、任选本文中所述的掺杂剂、任选本文中所述的添加剂、任选具有本文中所述的特征等等的过滤器段;具有本文中所述的EPD;具有本文中所述的结构;等等)。在一些实施方案中,该纸盒(例如容器)具有物理完整性以容纳来自吸烟装置的包装的重量。这可以经由更厚的卡片纸(用于形成该纸盒)或更牢固的粘合剂(用于粘结该纸盒的组成部分)来实现。
因为预期消费者将吸用包含如本文中所述的多孔物质的吸烟装置,本发明还提供了吸用此类吸烟装置的方法。例如,在一个实施方案中,本发明提供了吸用吸烟装置的方法,包括:加热或点燃吸烟装置以生成烟雾,该吸烟装置包含本文中所述任意实施方案的烟雾过滤器(例如包含具有本文中所述的活性颗粒,本文中所述的粘合剂颗粒、任选本文中所述的活性涂层、任选本文中所述的添加剂、任选具有本文中所述的特征等等的多孔物质段;包含具有本文中所述的材料、任选本文中所述的掺杂剂、任选本文中所述的添加剂、任选具有本文中所述的特征等等的过滤器段;具有本文中所述的EPD;具有本文中所述的结构;等等)。
形成多孔物质的方法可以包括连续加工方法、批量加工方法或混合型连续-批量加工方法。如本文中所用,“连续加工“指的是不中断地制造或生产材料。材料流可以是连续的和/或加索引的。如本文中所用,“批量加工”指的是在单个组件或组前进至下一工位前在个体工位处以单一组件或组件的组形式制造或生产材料。如本文中所用,“连续-批量加工”指的是两种的混合,其中一些处理或一系列处理连续发生,其它处理分批发生。
通常,多孔物质可以由基质材料构成。本文中所用的术语“基质材料”指的是用于形成多孔物质的前体,例如粘合剂颗粒和活性颗粒。在一些实施方案中,该基质材料可以包含粘合剂颗粒与活性颗粒、由粘合剂颗粒与活性颗粒组成或基本由粘合剂颗粒与活性颗粒组成。在一些实施方案中,该基质材料可以包含粘合剂颗粒、活性颗粒和添加剂。在本公开中提供了合适的粘合剂颗粒、活性颗粒与添加剂的非限制性实例。
形成多孔物质通常可以包括将基质材料成形为所期望的形状(例如适于以吸烟装置过滤器、水过滤器、空气过滤器等等的形式并入)并在多个接触点处机械粘结(例如烧结)至少一部分该基质材料。
将基质材料成形为一定形状可以涉及模腔。在一些实施方案中,模腔可以是单件或单件的集合,具有或不具有端盖、板或插头。在一些实施方案中,模腔可以是在组装时构成模腔的多个模腔部件。在一些实施方案中,模腔部件可以在输送机、带等等的帮助下汇集在一起。在一些实施方案中,模腔部件可以沿材料路径固定并配置为允许输送机、带等等穿过,其中模腔可以快速扩张和收缩以提供对基质材料的所期望的压缩水平。
在一些实施方案中,模腔可以至少部分内衬有包装物和/或涂有脱模剂。在一些实施方案中,包装物可以是个体的包装物,例如纸件。在一些实施方案中,包装物可以是可绕式长包装物,例如50英尺纸卷。
在一些实施方案中,模腔可以内衬有超过一种包装物。在一些实施方案中,成形多孔物质可以包括用(一种或多种)包装物内衬(一个或多个)模腔。在一些实施方案中,成形多孔物质可以包括用包装物包装该基质材料,使得该包装物有效地构成该模腔。在此类实施方案中,该包装物可以如模腔那样运行、在基质材料的存在下成形为模腔、或包装在处于预成型形状(例如借助于增粘剂)的基质材料周围。在一些实施方案中,包装物可以连续进料通过模腔。包装物能够将该多孔物质保持形状,能够从模腔中释放该多孔物质,能够帮助基质材料通过模腔,能够在处理或装运过程中保护该多孔物质,以及其任意组合。
合适的包装物可以包括但不限于纸张(例如木材基纸,含有亚麻的纸张、亚麻纸、由其它天然或合成纤维制得的纸张、功能化纸张、特殊标记纸、彩色纸)、塑料(例如氟化聚合物,如聚四氟乙烯,有机硅)、薄膜、涂布纸、涂布塑料、涂布薄膜等等,以及其任意组合。在一些实施方案中,包装物可以是适用于吸烟装置过滤器的纸张。
合适的脱模剂可以是化学脱模剂或物理脱模剂。化学脱模剂的非限制性实例可以包括油、油基溶液和/或悬浮液、皂类溶液和/或悬浮液、粘结到模具表面上的涂层等等,以及其任意组合。物理脱模剂的非限制性实例可以包括纸张、塑料以及其任意组合。可以称为脱模包装物的物理脱模剂可以类似于本文中所述包装物那样实施。
一旦用该模腔成形为所期望的横截面形状,该基质材料可以在多个接触点处机械粘结。机械粘结可以在基质材料处于模腔中的过程中和/或在此之后发生。机械粘结可以用热和/或压力并在无粘合剂的情况下来实现(即形成烧结的接触点)。在一些情况下,任选可以包括粘合剂。
热可以是辐射热、传导热、对流热以及其任意组合。加热可以涉及包括但不限于模腔内部的加热流体、模腔外部的加热流体、蒸汽、加热的惰性气体、来自多孔物质组分(例如纳米颗粒、活性颗粒等等)的二次辐射、烘箱、炉子、火焰、导电或热电材料、超声等等以及其任意组合的热源。作为非限制性实例,加热可以包括对流烘箱或加热块。另一非限制性实例可以包括用微波能量加热(单模或多模辐射器)。在另一非限制性实例中,加热可以包括在模腔中时令加热的空气、氮气或其它气体通过该基质材料。在一些实施方案中,加热的惰性气体可用于减轻活性颗粒和/或添加剂的任何不想要的氧化。另一非限制性实例可以包括热电材料制成的模腔,使得该模腔加热。在一些实施方案中,加热可以包括前述的组合,例如令加热气体通过基质材料,同时令基质材料通过微波炉。
在一些实施方案中,加热以促进机械粘结可以达到该基质材料的组分的软化温度。本文中所用的术语“软化温度”指的是材料在高于该温度时变得柔软的温度,其通常低于该材料的熔点。
在一些实施方案中,机械粘结可以在大约90℃、100℃、110℃、120℃、130℃或140℃的下限或大约300℃、275℃、250℃、225℃、200℃、175℃或150℃的上限的温度下实现,并且其中该温度可以为任意下限至任意上限,并涵盖在此之间的任何子集。在一些实施方案中,该加热可以通过对材料施以单一温度来实现。在另一实施方案中,该温度曲线可以随时间而不同。作为非限制性实例,可以使用对流烘箱。在一些实施方案中,加热可以位于基质材料中。作为非限制性实例,来自纳米颗粒的二次辐射可以仅加热纳米颗粒附近的基质材料。
在一些实施方案中,基质材料可以在进入模腔前预热。在一些实施方案中,基质材料可以预热至低于该基质材料的组分的软化温度的温度。在一些实施方案中,基质材料可以预热至低于该基质材料的组分的软化温度大约10%、大约5%或大约1%的温度。在一些实施方案中,基质材料可以预热至低于该基质材料的组分的软化温度大约10℃、大约5℃或大约1℃的温度。预热可以涉及包括但不限于上文中为实现机械粘结作为热源所列举的那些的热源。
在一些实施方案中,粘结该基质材料可以产生多孔物质或多孔物质长段(lengths)。本文中所用的术语“多孔物质长段”指的是连续的多孔物质(即该多孔物质并非永无尽头,但是与多孔物质相比相当长,其可以连续地制造)。作为非限制性实例,多孔物质长段可以通过令基质材料连续通过加热的模腔来制造。在一些实施方案中,该粘合剂颗粒在机械粘结过程中可以保留它们原始的物理形状(或基本保留它们原始的形状,即与原始形状相比变化(例如收缩)不超过10%),即该粘合剂颗粒在基质材料中和在多孔物质(或长段)中可以基本具有相同的形状。为了简单易读,除非另行规定,术语“多孔物质”涵盖多孔物质段、多孔物质和多孔物质长段(包装或其它方式)。
在一些实施方案中,可以切割多孔物质长段以获得多孔物质。一些实施方案可能涉及快速切割多孔物质和/或多孔物质长段以获得多孔物质和/或多孔物质段。本领域技术人员将认识到如何将径向切割转化为类似片材的形状的切割并涵盖类似片材的形状的切割。切割可以通过任何已知方法采用任何已知设备来实现,包括但不限于上文中关于将多孔物质长段切割为多孔物质所述的那些。
在一些实施方案中,多孔物质和/或多孔物质长段可以是挤出的。在一些实施方案中,挤出可以涉及模头。在一些实施方案中,模头可能具有多个能够挤出多孔物质和/或多孔物质长段的孔。
一些实施方案可以涉及在该基质材料已经机械粘结后,例如在从模腔中去除后或离开挤出模头后用包装物包装多孔物质。合适的包装物包括上文公开的那些。
一些实施方案可以涉及冷却多孔物质。冷却可以是主动的或被动的,即冷却可以受助或自然发生。
关于制造本文中所述多孔物质的附加细节包括美国专利申请系列号14/049,404和美国专利申请公开号2013/0032158中公开的那些,其各自经此引用并入本文。
添加剂
在一些实施方案中,多孔物质可以包含活性颗粒、粘合剂颗粒和添加剂。在一些实施方案中,该基质材料或多孔物质可以以基质材料或多孔物质的大约0.01重量%、0.05重量%、0.1重量%、1重量%、5重量%或10重量%的下限至该基质材料或多孔物质的大约25重量%、15重量%、10重量%、5重量%或1重量%的上限的量包含添加剂,并且其中添加剂的量可以是任意下限至任意上限,并涵盖其间的任何子集。应注意的是,本文中提及的多孔物质包括多孔物质长段、多孔物质和多孔物质段(包装的或其它形式的)。
合适的添加剂可以包括但不限于活性化合物、离子树脂、沸石、纳米颗粒、微波增强添加剂、陶瓷颗粒、玻璃珠粒、软化剂、增塑剂、颜料、染料、增香剂、香料、控释囊泡、粘合剂、增粘剂、表面改性剂、维生素、过氧化物、杀生物剂、抗真菌剂、抗菌剂、抗静电剂、阻燃剂、降解剂及其任意组合。
合适的离子树脂包括但不限于具有诸如苯乙烯-二乙烯基苯(DVB)共聚物、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、酚醛缩合物和表氯醇胺缩合物的骨架;多个连接到该聚合物骨架上的带电荷的官能团;以及任意组合的聚合物。
沸石可以包括具有孔隙(例如均匀的、分子大小尺寸的通道或空腔)的结晶硅铝酸盐。沸石可以包括天然和合成材料。合适的沸石可以包括但不限于β沸石(Na7(Al7Si57O128)四方)、ZSM-5沸石(Nan(AlnSi96-nO192)16H2O,n<27)、A沸石、X沸石、Y沸石、K-G沸石、ZK-5沸石、ZK-4沸石、介孔硅酸盐、SBA-15、MCM-41、通过3-氨基丙基甲硅烷基改性的MCM48、铝磷酸盐、介孔铝硅酸盐、其它相关多孔材料(如混合氧化物凝胶)或其任意组合。
合适的纳米颗粒可以包括但不限于纳米级碳颗粒,如任意壁数量的碳纳米管、碳纳米角、竹节状碳纳米结构、富勒烯和富勒烯聚集体、以及石墨烯,其包括少数层石墨烯和氧化石墨烯;金属纳米颗粒如金和银;金属氧化物纳米颗粒,如氧化铝、二氧化硅和氧化钛;磁性、顺磁性和超顺磁性纳米颗粒,如氧化钆,氧化铁的各种晶体结构如赤铁矿和磁铁矿,大约12纳米Fe3O4、钆-纳米管和腔内金属嵌入富勒烯,如GdC60;和核壳与洋葱状纳米颗粒,如金和银纳米壳,洋葱状氧化铁,以及具有任意所述材料的外壳的其它纳米颗粒或微粒,以及前述的任意组合(包括活性炭)。应当指出,纳米颗粒可以包括纳米棒、纳米球、纳米米、纳米线、纳米星(类似纳米三脚架和纳米四脚架)、中空纳米结构、两个或更多个纳米颗粒连接为一体的混合纳米结构、以及具有纳米涂层或纳米厚壁的非纳米颗粒。还应当指出,纳米颗粒可以包括纳米颗粒的官能化衍生物,包括但不限于已经共价和/或非共价官能化(例如π堆积、物理吸附、离子缔合、范德华力缔合等等)的纳米颗粒。合适的官能团可以包括但不限于包含胺(1°、2°或3°)、酰胺、羧酸、醛、酮、醚、酯、过氧化物、甲硅烷基、有机硅烷、烃类、芳族烃类及其任意组合的部分;聚合物;螯合剂如乙二胺四乙酸盐、二亚乙基三胺五乙酸、次氮基三乙酸和包含吡咯环的结构;及其任意组合。官能团可以增强烟雾组分的去除和/或增强纳米颗粒向多孔物质中的并入。
合适的微波增强添加剂可以包括但不限于微波响应性聚合物、碳颗粒、富勒烯、碳纳米管、金属纳米颗粒、水等等,以及其任意组合。
合适的陶瓷颗粒可以包括但不限于氧化物(例如二氧化硅、氧化钛、氧化铝、氧化铍、氧化铈和氧化锆)、非氧化物(例如碳化物、硼化物、氮化物和硅化物)、其复合材料、和其任意组合。陶瓷颗粒可以是结晶的、非结晶的或半结晶的。
本文中所用的颜料指的是赋予颜色并混入整个基质材料和/或其组分中的化合物和/或颗粒。合适的颜料可以包括但不限于二氧化钛、二氧化硅、酒石黄、E102、酞菁蓝、酞菁绿、喹吖啶酮、二萘嵌苯四甲酸二酰亚胺、二噁嗪、哌酮(perinone)双偶氮(disazo)颜料、蒽醌颜料、炭黑、二氧化钛、金属粉末、氧化铁、群青和其任意组合。
本文中所用的染料指的是赋予颜色并且是表面处理的化合物和/或颗粒。合适的染料可以包括但不限于液体和/或颗粒形式的染料(阳离子染料,可获自Clariant Services)(例如Brilliant Yellow K-6G液体,YellowK-4GL液体,Yellow K-GL液体,OrangeK-3GL液体,Scarlet K-2GL液体,RedK-3BN液体、Blue K-5R液体、Blue K-RL液体、Turquoise K-RL液体/颗粒、BrownK-BL液体),染料(助色团,可获自BASF)(例如Yellow 3GL,Fastusol C Blue 74L)。
合适的增香剂可以是适用于吸烟装置过滤器的任何增香剂,包括赋予烟雾流滋味和/或味道的那些。合适的增香剂可以包括但不限于有机材料(或天然加味颗粒)、用于天然香味的载体、用于人工香味的载体及其任意组合。有机材料(或天然加味颗粒)包括但不限于烟草、丁香(例如丁香粉和丁香花)、可可、咖啡、茶等。天然和人工调味剂可以包括但不限于薄荷醇、丁香、樱桃、巧克力、橙、薄荷、芒果、香草、肉桂、烟草等等。此类味道可以通过薄荷醇、茴香脑(甘草)、茴香醚、柠檬烯(柑橘)、丁香酚(丁香)等等和其任意组合来提供。在一些实施方案中,可以使用超过一种增香剂,包括本文中提供的增香剂的任意组合。这些增香剂可以放置在烟草柱中或放置在过滤器的一段中。此外,在一些实施方案中,本发明的多孔物质可以包含增香剂。要包含的量取决于烟雾中所期望的味道水平(已计入所有过滤器段、吸烟装置的长度、吸烟装置的类型、吸烟装置的直径以及本领域技术人员已知的其它因素)。
合适的香料包括但不限于甲酸甲酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸异戊酯、丁酸戊酯、戊酸戊酯、乙酸辛酯、月桂烯、香叶醇、橙花醇、柠檬醛、香茅醛、香茅醇、芳樟醇、橙花叔醇、柠檬烯、樟脑、萜品醇、α-紫罗兰酮、侧柏酮、苯甲醛、丁香酚、肉桂醛、乙基麦芽酚、香草醛、茴香醚、茴香脑、草蒿脑、百里酚、呋喃酮、甲醇、香料、香料提取物、草药提取物、精油、嗅盐、挥发性有机化合物、挥发性小分子、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸异戊酯、丁酸戊酯、戊酸戊酯、乙酸辛酯、月桂烯、香叶醇、橙花醇、柠檬醛、香茅醛、香茅醇、芳樟醇、橙花叔醇、柠檬烯、樟脑、萜品醇、α-紫罗兰酮、侧柏酮、苯甲醛、丁香酚、肉桂醛、乙基麦芽酚、香草醛、茴香醚、茴香脑、草蒿脑、百里酚、呋喃酮、甲醇、迷迭香、薰衣草、柑橘、小苍兰、杏花、绿叶蔬菜(greens)、桃花、茉莉、红木、松木、百里香、橡苔、麝香、香根草、没药、黑加仑、佛手柑、葡萄柚、金合欢、西番莲、檀香、零陵香豆(tonka bean)、柑橘、橙花、紫罗兰叶、栀子、红果、依兰、金合欢、含羞草、零陵香豆、木材、龙涎香、水仙花、风信子、水仙、黑醋栗芽、鸢尾、覆盆子、檀香、岩石草、铃兰、雪松、橙花、佛手柑、草莓、康乃馨、牛至、蜂蜜、麝猫香、天芥菜、焦糖、香豆素、广藿香、悬钩子、helonial、佛手柑、风信子、香菜、多香果、劳丹脂、金合欢、佛手柑、醛类、兰花、琥珀、安息香、鸢尾草、晚香玉、玫瑰草、肉桂、肉豆蔻、青苔、苏合香、菠萝、佛手柑、毛地黄、郁金香、紫藤、铁线莲、龙涎香、树胶、树脂、灵猫香、桃、李、海狸香、没药、天竺葵、玫瑰紫、黄水仙、香辛康乃馨、白松香、鸢尾草、风信子、苦橙叶、风信子、金银花、辣椒、树莓、安息香、芒果、椰子、柑橘香、海狸香、桂花、橡苔、油桃、薄荷、茴香、桂皮、鸢尾草、杏、缅栀花、万寿菊、玫瑰精油、水仙、妥鲁香脂、乳香、琥珀、橙花、波旁香根草、愈伤草树脂、白麝香、木瓜、冰糖、木菠萝、蜜露、莲花、铃兰、桑椹、苦艾、生姜、杜松子、山胡椒、牡丹、紫罗兰、柠檬、酸橙、芙蓉、白朗姆酒、罗勒、薰衣草、香脂、赤首乌、桂花、karo karunde、白兰花、马蹄莲、白玫瑰、rhubrum百合、万寿菊、龙涎香、常春藤、草、三叶胶树、留兰香、鼠尾草、三叶杨、葡萄、欧洲越橘、荷花、仙客来、兰花、甘氨酸、提亚蕾花、姜花、绿桂花、西番莲、蓝玫瑰、桂油香水、金合欢、非洲万寿菊、安纳托利亚玫瑰、奥弗涅水仙、英国金雀花(British broom)、英国金雀花巧克力、保加利亚玫瑰、中国广藿香、中国栀子、卡拉布里亚柑橘、科摩罗岛晚香玉、锡兰豆蔻、加勒比海百香果、大马士革玫瑰、佐治亚州桃、圣母百合、埃及茉莉、埃及金盏花、埃塞俄比亚麝猫香、Farnesian金合欢、佛罗伦萨鸢尾花、法国茉莉、法国黄水仙、法国风信子、几内亚橘子、圭亚那wacapua、格拉斯苦橙叶、格拉斯玫瑰、格拉斯晚香玉、海地香根草、夏威夷菠萝、以色列罗勒、印度檀香、印度洋香草、意大利佛手柑、意大利鸢尾、牙买加胡椒、五月玫瑰、马达加斯加依兰、马达加斯加香草、摩洛哥茉莉、摩洛哥玫瑰、摩洛哥橡苔、摩洛哥橙花、迈索尔檀香木、东方玫瑰、俄罗斯皮革、俄罗斯香菜、西西里柑橘、南非万寿菊、南美黑香豆、新加坡广藿香、西班牙橙花、西西里酸橙、留尼旺岛香根草、土耳其玫瑰、泰国安息香、突尼斯橙花、南斯拉夫橡苔、维吉尼亚雪松、犹他州蓍草、西印度紫檀等等及其任意组合。
合适的增粘剂可以包括但不限于甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、水溶性乙酸纤维素、酰胺、二胺、聚酯、聚碳酸酯、甲硅烷基改性聚酰胺化合物、聚氨基甲酸酯、聚氨酯、天然树脂、虫胶、丙烯酸聚合物、2-乙基己基丙烯酸酯、丙烯酸酯聚合物、丙烯酸衍生物聚合物、丙烯酸均聚物、丙烯酸酯均聚物、聚(丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸丁酯)、聚(丙烯酸2-乙基己酯)、丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸衍生物聚合物、甲基丙烯酸均聚物、甲基丙烯酸酯均聚物、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸丁酯)、聚(甲基丙烯酸2-乙基己酯)、丙烯酰胺基-甲基-丙磺酸酯聚合物、丙烯酰胺基-甲基-丙磺酸酯衍生物聚合物、丙烯酰胺基-甲基-丙磺酸酯共聚物、丙烯酸/丙烯酰胺基-甲基-丙磺酸酯共聚物、苄基椰油二-(羟乙基)季胺、与甲醛缩合的p-T-戊基-苯酚、(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯、丙烯酰胺、N-(二烷基氨基烷基)丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸羟基烷基酯、甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯等、其任意衍生物和其任意组合。
合适的维生素可以包括但不限于维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素C、维生素D、维生素E和其任意组合。
合适的抗菌剂包括但不限于抗微生物金属离子、氯己定、氯己定盐、三氯生、多粘菌素(polymoxin)、四环素、氨基糖苷(例如庆大霉素)、利福平、杆菌肽、红霉素、新霉素、氯霉素、咪康唑、喹诺酮、青霉素、壬苯醇醚-9、梭链孢酸、头孢菌素、莫匹罗星、甲硝哒唑secropin、抗菌肽、细菌素(bacteriolcin)、防卫素、呋喃西林、磺胺米隆、阿昔洛韦、万古霉素、克林霉素、林可霉素、磺酰胺、氟哌酸、培氟沙星、萘啶酸(nalidizic acid)、草酸、依诺沙星酸、环丙沙星、聚六亚甲基双胍(PHMB)、PHMB衍生物(例如可生物降解的双胍类药物,如聚亚乙基六亚甲基双胍(PEHMB))、葡萄糖酸氯己定、盐酸氯己定、乙二胺四乙酸(EDTA)、EDTA衍生物(例如EDTA二钠盐或EDTA四钠盐)等等,及其任意组合。
在一些实施方案中,抗静电剂可以包含任何合适的阴离子、阳离子、两性或非离子型抗静电剂。阴离子型抗静电剂通常可以包括但不限于碱金属硫酸盐、碱金属磷酸盐、醇类的磷酸酯、乙氧基化醇类的磷酸酯、和其任意组合。实例可以包括但不限于碱中和的磷酸酯(例如5559或5576,可获自Henkel Corporation,Mauldin,SC)。阳离子型抗静电剂通常可以包括但不限于季铵盐和具有正电荷的咪唑啉。非离子型抗静电剂的实例包括聚(氧化烯)衍生物,例如乙氧基化脂肪酸,如2650(一种乙氧基化脂肪酸,可获自Henkel Corporation,Mauldin,SC),乙氧基化脂肪醇,如5964(一种乙氧基化月桂醇,可获自Henkel Corporation,Mauldin,SC),乙氧基化脂肪胺,如6606(一种乙氧基化牛脂胺,可获自Henkel Corporation,Mauldin,SC)、链烷醇酰胺,如6545(一种油酸二乙醇胺,可获自Henkel Corporation,Mauldin,SC),和其任意组合。阴离子和阳离子型材料倾向于是更有效的抗静电剂。
应当注意的是,虽然本文中讨论的多孔物质段和过滤器段主要用于烟雾过滤器,它们也可以用作其它应用中的流体过滤器(或其一部分),所述其它应用包括但不限于液体过滤、水纯化、机动车辆中的空气过滤器、医疗设备中的空气过滤器、家庭应用的空气过滤器等等。受益于本公开的本领域技术人员应当了解适应本公开用于其它过滤应用所必需的修改和/或限制,例如尺寸、形状、活性颗粒与粘合剂颗粒的尺寸比、以及多孔物质段与过滤器段的组成。作为非限制性实例,该多孔物质段与过滤器段可以成形为其它形状,如用于同心水过滤器构造的中空圆筒或用于空气过滤器的折叠片材。
本文中公开的实施方案包括:
A:过滤器,其包括包含多个活性颗粒、多个粘合剂颗粒和设置在该活性颗粒与该粘合剂颗粒的至少一部分上的活性涂层的多孔物质段,其中该活性颗粒与该粘合剂颗粒在多个接触点处粘结在一起;和过滤器段;
B:过滤器,其包括包含多个活性颗粒和多个粘合剂颗粒的多孔物质段,其中该活性颗粒与该粘合剂颗粒在没有粘合剂的情况下在多个接触点处粘结在一起;和包含活性掺杂剂的过滤器段;以及
C:多孔物质,其包括多个活性颗粒与多个粘合剂颗粒,其中该活性颗粒与该粘合剂颗粒在多个接触点处粘结在一起,其中该活性颗粒包含选自五氧化二碘、五氧化二磷、氧化锰、氧化铜、氧化铁、分子筛、氧化铝、金、铂、乙酸纤维素,以及其任意组合的至少一种。
各实施方案A、B和C可以以任意组合具有以下附加要素的一种或多种:要素1:该活性颗粒包含选自五氧化二碘、五氧化二磷、氧化锰、氧化铜、氧化铁、分子筛、氧化铝、金、铂、乙酸纤维素,以及其任意组合的至少一种;要素2:该活性颗粒包含五氧化二碘,该活性涂层(或该活性掺杂剂)包含三乙酸甘油酯;要素3:该活性涂层(或该活性掺杂剂)包含选自三乙酸甘油酯、苹果酸、碳酸钾、柠檬酸、酒石酸、乳酸、抗坏血酸、聚乙烯亚胺、环糊精、氢氧化钠、氨基磺酸、氨基磺酸钠、聚乙酸乙烯酯、羧化丙烯酸酯、液体胺、维生素E、柠檬酸三乙酯、乙酰基柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰基柠檬酸三丁酯、乙酰基三-2-乙基己基、非离子型表面活性剂、聚氧乙烯(POE)化合物、POE(4)月桂基醚、POE 20失水山梨醇单月桂酸酯、POE(4)失水山梨醇单月桂酸酯、POE(6)山梨醇、POE(20)C16、C10-C13磷酸酯及其任意组合的至少一种;要素4:该活性涂层(或该活性掺杂剂)以大约3%至大约15%的量存在;要素5:该过滤器段包含(或进一步包含)选自多个第二活性颗粒、活性掺杂剂及其任意组合的至少一种(除非另行提供);要素6:该过滤器(和/或多孔物质)具有每毫米长度大约0.1毫米水至每毫米长度大约20毫米水的封装压降;以及要素7:该过滤器段包含(或进一步包含)选自纤维素、纤维素衍生物、纤维素酯丝束、乙酸纤维素丝束、具有每条长丝小于大约10旦的乙酸纤维素丝束、具有每条长丝大约10旦或更大的乙酸纤维素丝束、随机取向的乙酸酯、纸张、瓦楞纸、聚丙烯、聚乙烯、聚烯烃丝束、聚丙烯丝束、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、粗粉末、碳颗粒、碳纤维、纤维、玻璃珠、沸石、分子筛、以及其任意组合的至少一种。
作为非限制性实例,独立地适用于A、B和C的示例性组合包括:要素1与要素3结合;要素1、3和4结合;要素1、3和6结合;要素2与要素6结合;等等。
因此,本发明非常适于获得提到的结果与优点以及本文中所固有的那些结果与优点。上面公开的特定实施方案仅仅是说明性的,因为可以以对于受益于本文中教导的本领域技术人员来说显而易见的不同但等效的方式对本发明进行修改和实践。此外,不欲对本文中显示的构造或设计的细节进行限制,除了在下面的权利要求书中描述的。因此,很明显的是,上面公开的特定的说明性实施方案可以改变、组合或修改,所有此类变化被视为在本发明的范围与精神内。本文中说明性公开的本发明可以合适地在不存在任何本文中没有具体公开的要素和/或任何本文中公开的任选要素的情况下实施。当在“包含”、“含有”或“包括”各种组分或步骤方面描述组合物和方法时,该组合物和方法也可以“基本上由各种组分和步骤组成”或“由各种组分和步骤组成”。上面公开的所有数字和范围可以进行一定量的变化。每当公开具有下限和上限的数值范围时,具体公开了落在该范围内的任何数字与任何涵盖的范围。特别地,本文中公开的每一数值范围(其形式为“大约a至大约b”,或等效地“由大约a至b”,或等效地“大约a-b”)应理解为列举了更宽数值范围中所涵盖的每一数字和范围。此外,权利要求书中的术语具有其平常、普通的含义,除非由专利权人明确和清楚地另行规定。此外,权利要求中使用的不定冠词“一个”或“一种”在本文中定义为是指引入的元素的一个(种)或多于一个(种)。如果在本说明书中和可能通过引用并入本文的一篇或多篇专利或其它文献中词语或术语的使用存在任何矛盾之处,应采纳与本说明书一致的定义。
Claims (20)
1.多孔物质,包含:
多个活性颗粒与多个粘合剂颗粒,其中所述活性颗粒与所述粘合剂颗粒在多个接触点处粘合在一起,其中所述活性颗粒包括选自以下的至少一种:五氧化二碘、五氧化二磷、氧化锰、氧化铜、氧化铁、分子筛、氧化铝、金、铂、乙酸纤维素,以及其任意组合。
2.包含权利要求1的多孔物质和过滤器段的过滤器。
3.权利要求2的过滤器,其中所述过滤器段包含选自多个第二活性颗粒、活性掺杂剂、以及其任意组合的至少一种。
4.权利要求3的过滤器,其中所述活性掺杂剂包含选自以下的至少一种:三乙酸甘油酯、苹果酸、碳酸钾、柠檬酸、酒石酸、乳酸、抗坏血酸、聚乙烯亚胺、环糊精、氢氧化钠、氨基磺酸、氨基磺酸钠、聚乙酸乙烯酯、羧化丙烯酸酯、液体胺、维生素E、柠檬酸三乙酯、乙酰基柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰基柠檬酸三丁酯、乙酰基三-2-乙基己基、非离子型表面活性剂、聚氧乙烯(POE)化合物、POE(4)月桂基醚、POE 20失水山梨醇单月桂酸酯、POE(4)失水山梨醇单月桂酸酯、POE(6)山梨醇、POE(20)C16、C10-C13磷酸酯,以及其任意组合。
5.权利要求3的过滤器,其中所述活性颗粒包含五氧化二碘,并且所述活性涂层包含三乙酸甘油酯。
6.权利要求3的过滤器,其中所述活性掺杂剂以大约3%至大约15%的量存在。
7.权利要求2的过滤器,其中所述过滤器具有每毫米长度大约0.1毫米水至每毫米长度大约20毫米水的封装压降。
8.多孔物质,包含:
多个活性颗粒、多个粘合剂颗粒以及设置在所述活性颗粒与所述粘合剂颗粒的至少一部分上的活性涂层,其中所述活性颗粒与所述粘合剂颗粒在多个接触点处粘合在一起。
9.权利要求8的多孔物质,其中所述活性颗粒包含五氧化二碘,并且所述活性涂层包含三乙酸甘油酯。
10.包含权利要求8的多孔物质和过滤器段的过滤器。
11.权利要求10的过滤器,其中所述过滤器段包含选自多个第二活性颗粒、活性掺杂剂、以及其任意组合的至少一种。
12.权利要求11的过滤器,其中所述活性掺杂剂包含选自以下的至少一种:三乙酸甘油酯、苹果酸、碳酸钾、柠檬酸、酒石酸、乳酸、抗坏血酸、聚乙烯亚胺、环糊精、氢氧化钠、氨基磺酸、氨基磺酸钠、聚乙酸乙烯酯、羧化丙烯酸酯、液体胺、维生素E、柠檬酸三乙酯、乙酰基柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰基柠檬酸三丁酯、乙酰基三-2-乙基己基、非离子型表面活性剂、聚氧乙烯(POE)化合物、POE(4)月桂基醚、POE 20失水山梨醇单月桂酸酯、POE(4)失水山梨醇单月桂酸酯、POE(6)山梨醇、POE(20)C16、C10-C13磷酸酯,以及其任意组合。
13.权利要求11的过滤器,其中所述活性掺杂剂以大约3%至大约15%的量存在。
14.权利要求10的过滤器,其中所述过滤器具有每毫米长度大约0.1毫米水至每毫米长度大约20毫米水的封装压降。
15.包含与可抽吸物质流体连通的权利要求10的过滤器的吸烟装置。
16.过滤器,包含:
包含多个活性颗粒与多个粘合剂颗粒的多孔物质段,其中所述活性颗粒与所述粘合剂颗粒在没有粘合剂的情况下在多个接触点处粘合在一起;和
包含活性掺杂剂的过滤器段。
17.权利要求16的过滤器,其中所述活性掺杂剂包含选自以下的至少一种:三乙酸甘油酯、苹果酸、碳酸钾、柠檬酸、酒石酸、乳酸、抗坏血酸、聚乙烯亚胺、环糊精、氢氧化钠、氨基磺酸、氨基磺酸钠、聚乙酸乙烯酯、羧化丙烯酸酯、液体胺、维生素E、柠檬酸三乙酯、乙酰基柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰基柠檬酸三丁酯、乙酰基三-2-乙基己基、非离子型表面活性剂、聚氧乙烯(POE)化合物、POE(4)月桂基醚、POE 20失水山梨醇单月桂酸酯、POE(4)失水山梨醇单月桂酸酯、POE(6)山梨醇、POE(20)C16、C10-C13磷酸酯,以及其任意组合。
18.权利要求16的过滤器,其中所述活性颗粒包含五氧化二碘,并且所述活性掺杂剂包含三乙酸甘油酯。
19.权利要求16的过滤器,其中所述过滤器具有每毫米长度大约0.1毫米水至每毫米长度大约20毫米水的封装压降。
20.包含与可抽吸物质流体连通的权利要求16的过滤器的吸烟装置。
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