CN105916394A - 过滤材料和由其制成的过滤器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于包含在吸烟制品中的过滤材料，所述过滤材料包含基础材料和细纤维，所述基础材料包含具有第一直径或平均直径的纤维或由其制成，所述细纤维具有小于所述第一直径的直径或平均直径，其中所述过滤材料包含大于10重量%和/或体积%的细纤维，或其中所述细纤维的直径或平均直径为约1.0 μm至约1.5 μm。本发明还涉及包含该过滤材料的过滤器或过滤元件、包含其的吸烟制品和该过滤材料在烟雾过滤中的用途。
Description
领域
本发明涉及用于吸烟制品中的过滤材料。本发明还涉及包含该过滤材料的过滤器或过滤元件、包含其的吸烟制品和该过滤材料在烟雾过滤中的用途。
背景
多种多样的纤维材料已被建议作为香烟烟雾的过滤器。乙酸纤维素丝束是最常用的过滤材料。然而，该过滤材料的制造可能相对昂贵和/或可能降解缓慢。
概述
根据本发明的第一方面，提供用于包含在吸烟制品中的过滤材料，所述过滤材料包含基础材料和细纤维，所述基础材料包含具有第一直径或平均直径的纤维或由其制成，所述细纤维具有小于所述第一直径的直径或平均直径，其中所述过滤材料包含大于10重量%和/或体积%的细纤维。
根据第二方面，提供用于包含在吸烟制品中的过滤材料，所述过滤材料包含基础材料和细纤维，所述基础材料包含具有第一直径或平均直径的纤维或由其制成，所述细纤维具有小于所述基础材料的纤维的直径或平均直径，其中所述细纤维的直径或平均直径为约1.0 μm至约1.5 μm。
在本发明的方面的某些实施方案中，所述细纤维包含乙酸纤维素和/或其衍生物、聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚乙烯醇（PVOH）、聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯（PBAT）或聚乙醇酸（PGA）、壳聚糖、聚羟基丁酸酯（PHB）、聚氧化乙烯（PEO）、明胶或它们的任何组合。
在某些实施方案中，所述细纤维基本由乙酸纤维素和/或其衍生物构成。
在某些实施方案中，所述细纤维通过离心纺丝或干法纺丝生产。
在某些实施方案中，所述基础材料基本由可生物降解的材料构成。
在某些实施方案中，所述基础材料包含聚乳酸、聚乙烯醇、纤维素、乙酸纤维素或它们的任何组合或基本由其构成。
在某些实施方案中，所述基础材料包含乙酸纤维素或基本由其构成。
在某些实施方案中，所述基础材料呈丝束的形式。
在某些实施方案中，所述基础材料呈非织造网的形式。
在某些实施方案中，所述细纤维在所述基础材料的表面上。
根据第三方面，提供包含根据第一或第二方面的过滤材料的过滤器和过滤元件。
根据第四方面，提供包含根据第三方面的过滤器或过滤元件的吸烟制品。
根据第五方面，提供第一或第二方面的过滤材料在烟草烟雾过滤中的用途。
附图简述
为了可更充分理解本发明的方面，通过说明性实例并参照所附附图描述其实施方案，在这些附图中：
图1是包含根据某些实施方案的过滤器的吸烟制品的侧视示意图；
图2是包含根据某些实施方案的过滤器的吸烟制品的侧视示意图；
图3是包含根据某些实施方案的过滤器的吸烟制品的侧视示意图；
图4、6-10是显示本文中根据某些实施方案所述的过滤材料的过滤效率的柱形图；且
图5是显示乙酸纤维素细纤维重量含量的增长如何增大过滤效率的曲线图。
详述
本发明涉及过滤材料、包含细纤维的过滤材料。如本文使用的术语“细纤维”包括直径最高约10 μm或直径为约0.5 μm至约10 μm的纤维。在某些实施方案中，细纤维是直径为约0.7 μm至约1.5 μm，直径任选为约0.85 μm至约1.4 μm，约1.0 μm至约1.5 μm和/或为约1.0μm至约1.3 μm的纤维。在另一些实施方案中，细纤维是直径为约3 μm至约5 μm或约1.5 μm至约3 μm的纤维。在还一些实施方案中，所述细纤维是直径为约7 μm至约10 μm的纤维。
在包括例如其中所述细纤维的直径为不大于1.5 μm的某些实施方案中，所述过滤材料可包含按重量计至少约1%、至少约2%、至少约3%、至少约4%、至少约5%、至少约6%、至少约7%、至少约8%、至少约9%、至少约10%、至少约11%、至少约12%、至少约13%、至少约14%、至少约15%、至少约16%、至少约17%、至少约18%、至少约19%、至少约20%、至少约25%、至少约30%、至少约35%、至少约40%、至少约45%或至少约50%的细纤维。
作为替代或除此之外，所述过滤材料可包含按重量计大于约1%、大于约2%、大于约3%、大于约4%、大于约5%、大于约6%、大于约7%、大于约8%、大于约9%、大于约10%、大于约11%、大于约12%、大于约13%、大于约14%、大于约15%和/或大于约16%的细纤维，例如其中所述细纤维的直径为不大于1.5 μm。
作为替代或除此之外，所述过滤材料可包含按重量计小于约100%、小于约95%、小于约90%、小于约85%、小于约80%、小于约75%、小于约70%、小于约65%、小于约60%、小于约55%和/或小于约50%的细纤维。
在其中所述细纤维的直径为约3 μm至约10 μm的某些实施方案中，所述过滤材料可包含高达100%的细纤维。在这些实施方案的某些中，所述细纤维的直径可为约3 μm至约5μm、约5 μm至约7 μm或所述细纤维的直径可为约7 μm至约10 μm。
在其中所述细纤维的直径为小于约1.5 μm的某些实施方案中，所述过滤材料可包含高达约30重量%或高达约40重量%且至少约1重量%的细纤维。
所述细纤维可具有高的表面积与体积的比率。所述细纤维可具有极高的表面积与体积的比率。
所述细纤维可具有任何合适的截面形状。在某些实施方案中，所述细纤维可具有圆形或基本圆形的截面。在某些实施方案中，所述细纤维可具有三叶形、五叶形或伸长的截面形状或增大表面积与截面积的比率的任何其它形状。
在某些实施方案中，所述过滤材料可包含至少约1体积%、至少约2体积%、至少约3体积%、至少约4体积%、至少约5体积%、至少约6体积%、至少约7体积%、至少约8体积%、至少约9体积%、至少约10体积%、至少约11体积%、至少约12体积%、至少约13体积%、至少约14体积%、至少约15体积%、至少约16体积%、至少约17体积%、至少约18体积%、至少约19体积%、至少约20体积%、至少约25体积%、至少约30体积%、至少约35体积%、至少约40体积%、至少约45体积%或至少约50体积%的细纤维。
作为替代或除此之外，所述过滤材料可包含小于约100体积%、小于约95体积%、小于约90体积%、小于约85体积%、小于约80体积%、小于约75体积%、小于约70体积%、小于约65体积%、小于约60体积%、小于约55体积%和/或小于约50体积%的细纤维。
在某些实施方案中，所述过滤材料可包含至少约15表面积%、至少约20表面积%、至少约25表面积%、至少约30表面积%、至少约40表面积%、至少约45表面积%、至少约50表面积%、至少约55表面积%、至少约60表面积%、至少约65表面积%、至少约70表面积%、至少约75表面积%、至少约80表面积%、至少约85表面积%、至少约90表面积%或至少约95表面积%的细纤维。
作为替代或除此之外，所述过滤材料可包含小于约100表面积%、小于约95表面积%、小于约90表面积%、小于约85表面积%、小于约80表面积%、小于约75表面积%、小于约70表面积%、小于约65表面积%、小于约60表面积%、小于约55表面积%或小于约50表面积%的细纤维。
所述过滤材料可具有可接受和/或合意的过滤效率。所述过滤材料可具有对过滤气态材料例如烟草烟雾而言可接受和/或合意的过滤效率。在某些实施方案中，对过滤烟草烟雾而言可接受的过滤效率可为除去至少约15%、至少约20%、至少约25%、至少约30%、至少约35%、至少约40%、至少约45%或至少约50%的无尼古丁干颗粒物质（NFDPM）。在某些实施方案中，对过滤烟草烟雾而言可接受的过滤效率可为除去至少约15%、至少约20%、至少约25%、至少约30%、至少约35%、至少约40%、至少约45%或至少约50%的尼古丁。
所述过滤材料可具有可接受和/或合意的压降。在该过滤材料在使用中时，例如在已将其并入吸烟制品中时，所述细纤维可提供可接受和/或合意的压降。在某些实施方案中，包含大于10重量%的细纤维的过滤材料可具有可接受和/或合意的压降。在某些实施方案中，可接受和/或合意的压降可为约60至约140 mmWG、约80至约140 mmWG、约100至约140mmWG、约110至约140 mmWG、约120至约140 mmWG或为约120至约135 mmWG。
在某些实施方案中，在将该过滤材料并入吸烟制品中时，所述细纤维的直径有助于和/或导致可接受和/或合意的压降。在某些实施方案中，包含直径为约0.7 μm至约1.5 μm，任选为约1.0 μm至约1.5 μm的细纤维的过滤材料可具有可接受和/或合意的压降。
在某些实施方案中，在使用时，例如在将该过滤材料并入吸烟制品中时，所述过滤材料具有可接受和/或合意的过滤效率和可接受和/或合意的压降。
在某些实施方案中，所述细纤维可具有足够大的直径，以便其在使用时，例如在过滤烟草烟雾时不溶解。
在某些实施方案中，所述细纤维可包含乙酸纤维素和/或其衍生物、聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚乙烯醇（PVOH）、聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯（PBAT）、聚乙醇酸（PGA）、壳聚糖、聚羟基丁酸酯（PHB）、聚氧化乙烯（PEO）、明胶和或它们的任何组合。
在某些实施方案中，所述细纤维可基本由或可由乙酸纤维素和/或其衍生物构成。
在某些实施方案中，所述细纤维可包含约50%至约100%的乙酸纤维素。所述过滤材料的细纤维可包含约20%、约25%、约30%、约35%、约40%、约45%、约50%、约55%、约60%、约65%、约70%、约75%、约80%、约85%、约90%、约95%、约99%或约100%的乙酸纤维素。在某些实施方案中，所述过滤材料的细纤维由100%乙酸纤维素构成。
在某些实施方案中，在所述细纤维中包含乙酸纤维素可为有利的，因为乙酸纤维素已知有助于选择性除去半挥发性化合物和/或酚类化合物。此外，乙酸纤维素是已知过滤材料，因此在将包含乙酸纤维素细纤维的过滤材料用于过滤烟草烟雾时，烟雾口味通常会与由具有常规乙酸纤维素过滤器的香烟所产生的口味一致。
所述细纤维可通过本领域中任何已知方法生产。在某些实施方案中，所述细纤维通过离心纺丝生产。离心纺丝是已知技术，其中在喷射室中安装高效离心机。在某些实施方案中，由离心机生产的细纤维覆盖和/或涂覆置于喷射室中的基材。在某些实施方案中，该离心纺丝技术具有比使用静电处理的其它方法更高的生产率。
在某些实施方案中，所述细纤维通过描述在专利DE 2806030（DeutscheInstitute fuer Textil- und Faserforschung Stuttgart）中的干法纺丝法制备。在干法纺丝中，将聚合物溶液旋至气态环境中，其中溶剂蒸发且聚合物由于外力如重力、机械拉伸或空气阻力形成纤维，后者在DE 2806030中使用。高速空气物流将聚合物溶液直接带到喷嘴尖端处、蒸发溶剂并拉出纤维。最后，将纤维收集在棒或成形网（forming web）上。
在某些实施方案中，所述细纤维不通过静电纺丝（电纺丝）或静电喷射（电喷射）制备。
所述细纤维可呈任何合适的形状或构造。例如，所述细纤维可呈线、絮凝物、丝束（过滤束）、网和/或片材形式。所述细纤维可为非织造物或织造物形式。在某些实施方案中，所述细纤维呈非织造网形式。非织造织物、片材等在本文中被称为非织造网。
在其中所述细纤维呈网形式（即轻质非织造材料）的实施方案中，该网的密度可为至少1 gsm，任选至少2 gsm。在其中所述细纤维呈网形式的某些实施方案中，该网的密度可为约1 gsm至20 gsm，任选约3 gsm至15 gsm。
所述细纤维可具有任何合适的长度。在某些实施方案中，所述细纤维可被称为“无端的”或连续的（是指该纤维是长的且其长度可能难以容易地测定，特别是例如为非织造物形式的纤维）。在某些实施方案中，每条细纤维的长度可为该细纤维直径的至少1000倍。在其中所述过滤材料置于吸烟制品的过滤器或过滤元件中的某些实施方案中，所述细纤维的长度可为至少与该过滤器或过滤元件的宽度和/或长度一样长。
在某些实施方案中，所述细纤维可足够地强，以承受在使用过程中施加于该细纤维上的压力。例如，在其中将所述过滤材料并入吸烟制品中的实施方案中，所述细纤维可足够地强，以承受吸烟时施加于该过滤材料上的压力。在其中将所述过滤材料并入吸烟制品中的某些实施方案中，所述细纤维足够强，以使其在吸烟过程中不突然折断。
所述过滤材料也可包含基础材料。该基础材料可包含直径或平均直径大于所述细纤维的纤维或由其形成。所述基础材料可包含直径或平均直径为约10 µm至约50 µm，任选约10 µm至约30 µm的纤维或由其形成。在某些实施方案中，所述基础材料包含直径或平均直径为约20 µm的纤维。
包含细纤维和基础材料（其包含具有比所述细纤维更大的直径或平均直径的纤维或由其制成）的过滤材料对于保持大孔以在将该过滤材料并入吸烟制品中时实现低的压降和/或稳定的过滤材料而言可为有利的。
在某些实施方案中，所述基础材料和细纤维基本由或由相同材料构成。例如，所述基础材料和细纤维可包含乙酸纤维素和/或其衍生物或基本由或由其构成。
可替代地，所述基础材料的材料可不同于所述细纤维的材料。不同材料的较小和较大直径的纤维的组合可赋予该过滤材料所需性质。此类所需性质可包括强度、良好的加工性、有效率的过滤、可承受性（affordability）、可生物降解性和/或可持续性。
在其中所述细纤维基本由或由乙酸纤维素构成的某些实施方案中，所述基础材料包含不同于乙酸纤维素的材料或基本由或由其构成。包含由不同于乙酸纤维素的材料制成的基础材料可使该过滤材料的制造更可负担。
所述基础材料可有利地包含相对便宜、可降解和/或可持续的材料，其具有使所述过滤材料比常规过滤材料更成本有效、更快降解和/或更可持续并同时拥有良好吸附特性的作用。
在某些实施方案中，所述基础材料基本由或由可生物降解材料构成。在某些实施方案中，所述基础材料包含聚交酯（PLA）、聚乙烯醇（PVOH）和/或纤维素或基本由或由其构成。
作为替代或除此之外，所述基础材料可包含乙酸纤维素纤维或基本由或由其构成。所述乙酸纤维素纤维可已通过干法纺丝生产。
所述基础材料可呈任何合适的构造。例如，所述基础材料可呈长丝、絮凝物、丝束（过滤束）、网和/或片材结构的形式。所述基础材料可呈非织造物或织造物形式。
在某些实施方案中，所述基础材料可呈纸张的形式，任选呈约20至约50 gsm纸张或约30至约35 gsm纸张的形式。
在某些实施方案中，所述细纤维和基础材料非常靠近。例如，可将所述细纤维布置在所述基础材料结构的表面上和/或所述基础材料结构内部。在某些替代性实施方案中，所述细纤维和基础材料在物理上分开和/或不是互连或缠绕的。
在某些实施方案中，所述基础材料呈非织造网的形式，任选呈纸张形式。这在制造该过滤材料过程中可提供优点，例如使得将所述细纤维施加到所述网的表面上作为该过滤材料制造过程的一部分。此外，所得过滤材料可具有有利或合意的性质，例如相比于常规过滤材料的增大的降解性。
所述基础材料可通过本领域中任何已知方法生产和/或可商购。
所述过滤材料可包含一种或多种添加剂。在某些实施方案中，该一种或多种添加剂可影响所述过滤材料的吸附特性。例如，该一种或多种添加剂可改进例如对酚类的过滤选择性。
在某些实施方案中，该一种或多种添加剂可影响所述过滤材料的物理性能。例如，取决于该过滤材料中细纤维的重量百分比，该一种或多种添加剂可改进过滤器硬度。
在某些实施方案中，该一种或多种添加剂可为三醋精（TA）、聚乙二醇（PEG）和/或柠檬酸三乙酯（TEC）。
在一个实施方案中，所述过滤材料包含直径或平均直径为约1 μm的细纤维、包含纤维素或PVOH纤维或由其形成的基础材料和添加剂（例如三醋精）。所述过滤材料可为可生物降解或部分可生物降解。
可将所述过滤材料并入过滤器或过滤器元件中。
本领域技术人员会知晓合适的过滤器结构。在某些实施方案中，该过滤器具有一个区段或隔室。该过滤器可为单过滤器（mono filter）。可替代地，该过滤器可包括多个区段、过滤元件或隔室。该过滤器可为双过滤器（dual filter）。
在其中所述细纤维和基础材料在物理上分开的某些实施方案中，一个群体的纤维在过滤器的一个区段或区域中，且另一群体的纤维在该过滤器的另一区段或区域中。
在某些实施方案中，所述细纤维位于毗邻基础材料。在某些实施方案中，所述细纤维可位于基础材料的至少两段之间。在某些实施方案中，所述细纤维被基础材料包围，例如在其中所述细纤维呈线形式的实施方案中。
在某些实施方案中，所述细纤维呈盘形式，将其插入过滤器中。该盘可具有与过滤器基本相同的周长，以使在该盘置于过滤器中时，当从横截面看时，其会覆盖过滤器的整个面积。该布置提供的优点在于流经过滤器的全部物质将或可能遭遇该盘。在某些实施方案中，该盘还包含所述基础材料。作为替代或除此之外，该基础材料可与该盘分开。
在某些实施方案中，所述细纤维呈被插入到过滤器中的卷起的网材料的形式，以产生当从横截面看时螺旋状的构造。在某些实施方案中，该网材料还包含所述基础材料。作为替代或除此之外，该基础材料可与该网材料分开。在某些实施方案中，使用如今用于非织造网或片式过滤器（sheet filter）制造的机器将该网材料成形为过滤器或过滤元件。
可使用纸过滤器机（paper filter machine）（KDF2-Decoufle CU20）将过滤棒制造成144 mm的目标长度和24.3 mm的目标周长。当并入过滤器或过滤元件中时，该过滤材料可给予所需物理性质。例如，过滤器或过滤元件两端的压降可为60至140 mmWG，当将该过滤器或过滤元件并入吸烟制品中时，这会是合意的压降。
在某些实施方案中，所述过滤器或过滤元件的重量可为约120至约250 mg。
可将所述过滤材料并入吸烟制品或其一部分中。在某些实施方案中，将含有所述过滤材料的过滤器或过滤元件并入吸烟制品中。可通过本领域已知的任何方法将该过滤材料、过滤器或过滤元件并入吸烟制品中。
如本文中使用的术语“吸烟制品”包括可抽吸产品，例如基于烟草、烟草衍生物、膨胀烟丝（expanded tobacco）、再造烟草或烟草替代物的香烟、雪茄和小雪茄，以及加热不燃烧产品。此外，在某些实施方案中，如本文中使用的术语“吸烟制品”还涵盖气溶胶生成装置例如电子香烟和其它尼古丁吸入器，以及吸入装置例如其中烟草被加热但不燃烧的所谓的“加热不燃烧”装置。
参阅图1，根据本发明的一个实施方案的吸烟制品1包括过滤器2和可抽吸材料（例如烟草）的圆柱棒3，其与过滤器2对齐以使可抽吸材料棒3的一端邻接过滤器2的一端。过滤器2卷入滤棒成型纸（plug wrap）（未示出）中，且可抽吸材料棒3通过接装纸（tippingpaper）以常规方式连接到过滤器2。过滤器2基本上是圆柱形且具有嘴端4和可抽吸材料端5。过滤器2包含如本文中所述的过滤材料6。
参阅图2和3，显示了根据本发明的实施方案的吸烟制品1。图2的吸烟制品1含有一个包含细纤维的盘7，其位于在过滤器2中的中心。图3的吸烟制品1含有两个包含细纤维的盘7，其沿着过滤器2以大致相等的间距放置。将两个盘7置于过滤器2中的三分之一和三分之二位置处。过滤材料6如本文中所述。
为了解决各种问题并推进技术，本公开的全部内容通过例示方式展示了各种实施方案，其中所要求保护的一项或多项发明可被实践并提供优异的过滤材料。本公开的优点和特征仅为实施方案的代表性样本且并非穷举和/或排它性的。提出它们仅用于帮助理解并教导所要求保护的特征。应理解，本公开的优点、实施方案、实例、功能、特征、结构和/或其它方面不应被认为是对由权利要求限定的本公开的限制或对这些权利要求等同内容的限制，且可在不背离本公开的范围和/或精神的情况下使用其它实施方案以及可作出修改。各种实施方案可适当地包含所公开的要素、组分、特征、部分、步骤、方法等的各种组合或由或基本由其构成。此外，本公开包括目前未要求保护但将来可能要求保护的其它发明。
实施例1
不同密度，即5 gsm、10 gsm和15 gsm的乙酸纤维素细纤维的非织造网通过离心纺丝并使用乙酸和/或丙酮作为溶剂生产。将该网在真空炉中干燥适合于除去残余溶剂的一段时间。将该细纤维成形为盘，且将盘手动插入香烟的乙酸纤维素丝束过滤器中。使该盘如图2中所例示位于在该过滤器的中心。在表1中提供该过滤器的特性。
表1
| 过滤材料 | 细纤维重量(mg)* | 细纤维中值直径(μm) | 细纤维重量% | 压降(mmWG) |
| 乙酸纤维素丝束 (图4中柱1) | 0 | 0 | 0 | 120 |
| 乙酸纤维素丝束 + 5 gsm细纤维网(图4中柱2) | 0.23 | 1.3 | 0.22 | 124 |
| 乙酸纤维素丝束 + 10 gsm细纤维网(图4中柱3) | 0.47 | 1.4 | 0.44 | 130 |
| 乙酸纤维素丝束 + 15 gsm细纤维网(图4中柱4) | 0.70 | 1.3 | 0.66 | 135 |
* 大致基于CA细纤维网的基重和对照香烟过滤器的周长计算。
根据ISO吸烟方式（以60秒间隔2秒持续时间情况下的35 ml抽吸容量）在封堵通风区的情况下抽吸具有这些过滤器变体的香烟，并使用描述在C. Liu等人, Food Chem.Toxicol., 2011, 49(9), 1904和P. Branton等人, Chemistry Central Journal(2011), 5, 15中的分析程序在无尼古丁干颗粒物质（NFDPM）、尼古丁和水的过滤方面测量过滤效率。
所述过滤材料的过滤效率示于图4中。使用下列等式计算过滤效率，其中FE是过滤效率且SY是烟雾产量：
FE= 100 x (SY 无过滤器- SY 过滤器)/SY 无过滤器
所得结果显示，含有细纤维的过滤器具有比对照过滤器更高的过滤效率，并同时具有可接受的压降。不同分析物的过滤效率随过滤器中所用细纤维的gsm增大。
然后将包含乙酸纤维素细纤维网的过滤器对于NFDPM、尼古丁和水的过滤效率相对于所含细乙酸纤维素的重量绘图，结果示于图5中。该曲线图显示，过滤效率随着乙酸纤维素细纤维的重量的增大而增大。又一次地，该细纤维重量大致基于CA细纤维网的基重和对照香烟过滤器的周长。
实施例2
使用具有不同密度（gsm），即5 gsm和15 gsm的乙酸纤维素细纤维的细纤维网进行实施例1的实验。此外，所用细纤维具有比实施例1中所用细纤维更小的直径。在表2中提供过滤器的特性。
表2
| 过滤材料 | 细纤维中值直径(μm) | 压降(mmWG) |
| 乙酸纤维素丝束(图6中的柱1) | 0 | 119 |
| 乙酸纤维素丝束 + 5 gsm细纤维网(图6中的柱2) | 0.76 | 130 |
| 乙酸纤维素丝束 + 15 gsm细纤维网(图6中的柱3) | 0.76 | 158 |
根据ISO吸烟方式在封堵通风区的情况下抽吸具有这些过滤器变体的香烟，并测量过滤效率。
所述过滤材料的过滤效率示于图6中。所得结果证实，含有细纤维的过滤器表现出比对照过滤器更高的过滤效率，并同时具有可接受的压降。不同分析物的过滤效率再次随过滤器中所用细纤维的gsm增大。此外，实施例1和2表明过滤效率随着细纤维直径的减小而增大。
实施例3
然后，使用具有不同密度（gsm），即5 gsm、7.5 gsm和12.5 gsm和15 gsm的具有比实施例1中更小直径的乙酸纤维素细纤维的进一步的细纤维网进行实施例1的实验。又一次地，根据ISO吸烟方式在封堵通风区的情况下抽吸具有这些过滤器变体的香烟。
所述过滤材料的过滤效率示于图7中且所述过滤器的特性如下；
柱1 - 乙酸纤维素丝束（对照）
柱2 - 乙酸纤维素丝束 + 5 gsm乙酸纤维素细纤维网
柱3 - 乙酸纤维素丝束 + 7.5 gsm乙酸纤维素细纤维网
柱4 - 乙酸纤维素丝束 + 12.5 gsm乙酸纤维素细纤维网
柱5 - 乙酸纤维素丝束 + 15 gsm乙酸纤维素细纤维网。
所得结果证实，含有细纤维的过滤器具有比对照过滤器更高的过滤效率，且不同分析物的过滤效率随过滤器中所用细纤维网的gsm增大，即使当gsm增大至15时。
实施例4
7.6 gsm乙酸纤维素细纤维的非织造网如实施例1中所述那样生产。将所述细纤维成形为盘。将盘手动插入香烟的乙酸纤维素丝束过滤器中。当插入一个盘时，使其位于过滤器中的中心，如图2中所例示。当插入两个盘时，使它们位于过滤器中的三分之一和三分之二位置处，如图3中所例示。在表3中提供所得过滤器的特性。
表3
| 过滤材料 | 细纤维重量(mg)* | 细纤维中值直径(μm) | 细纤维重量% | 压降(mmWG) |
| 乙酸纤维素丝束(图8中的柱1) | 0 | 0 | 0 | 120 |
| 乙酸纤维素丝束 + 7.6 gsm细纤维网(图8中的柱2) | 0.36 | 1.0 | 0.34 | 127 |
| 乙酸纤维素丝束 + 2 x 7.6 gsm细纤维网(图8中的柱3) | 0.71 | 1.0 | 0.67 | 133 |
* 大致基于CA细纤维网的基重和对照香烟过滤器的周长计算。
根据ISO吸烟方式（以60秒间隔2秒持续时间情况下的35 ml抽吸容量）在封堵通风区的情况下抽吸具有这些过滤器变体的香烟，并使用关于实施例1的上述分析方法在无尼古丁干颗粒物质（NFDPM）、尼古丁和水的过滤方面测量过滤效率。
分析结果示于图8中。所得结果显示，含有两个7.6 gsm乙酸纤维素细纤维网盘的过滤器具有比含有一个7.6 gsm乙酸纤维素细纤维网盘的过滤器更高的过滤效率，且这两种类型的含盘过滤器具有比对照过滤器更高的过滤效率。
实施例5
然后，使用包含一个或两个7.5 gsm乙酸纤维素细纤维网盘的过滤器重复实施例4的实验，其中所述细纤维具有0.9 μm的中值直径。在表4中提供所得过滤器的特性的汇总。
表4
| 过滤材料 | 压降(mmWG) |
| 乙酸纤维素丝束(图9中的柱1) | 119 |
| 乙酸纤维素丝束 + 7.5 gsm细纤维网(图9中的柱2) | 136 |
| 乙酸纤维素丝束 + 2 x 7.5 gsm细纤维网(图9中的柱3) | 167 |
根据ISO吸烟方式（以60秒间隔2秒持续时间情况下的35 ml抽吸容量）在封堵通风区的情况下抽吸具有这些过滤器变体的香烟，并使在无尼古丁干颗粒物质（NFDPM）、尼古丁和水的过滤方面测量过滤效率。
结果示于图9中，它们证实，含有两个乙酸纤维素细纤维网盘（在该情况下为7.5gsm）的过滤器具有比含有一个盘的过滤器更高的过滤效率，且这两种类型的含盘过滤器具有比对照过滤器更高的过滤效率。
实施例6
然后研究所述乙酸纤维素细纤维直径的影响。5 gsm和15 gsm乙酸纤维素细纤维的非织造网如实施例1中所述那样生产。将这些细纤维成形为盘且将该盘手动插入香烟的乙酸纤维素丝束过滤器中。如图2中所例示使该盘位于过滤器中的中心。在表5中提供过滤器的特性。
表5
| 过滤材料 | 细纤维中值直径(μm) | 压降(mmWG) |
| 乙酸纤维素丝束(图10中的柱1) | 0 | 119 |
| 乙酸纤维素丝束 + 5 gsm细纤维网(图10中的柱2) | 1.3 | 124 |
| 乙酸纤维素丝束 + 5 gsm细纤维网(图10中的柱3) | 0.76 | 130 |
| 乙酸纤维素丝束 + 15 gsm细纤维网(图10中的柱4) | 1.3 | 135 |
| 乙酸纤维素丝束 + 15 gsm细纤维网(图10中的柱5) | 0.76 | 158 |
根据ISO吸烟方式（以60秒间隔2秒持续时间情况下的35 ml抽吸容量）在封堵通风区的情况下抽吸具有这些过滤器变体的香烟，并在无尼古丁干颗粒物质（NFDPM）、尼古丁和水的过滤方面测量过滤效率。
结果示于图10中，它们表明，结合有较细受测纤维直径的较高密度的细纤维产生最高的过滤效率。该相关性对于NFDPM和尼古丁而言非常清楚，但对于水而言较不显著。事实上，对于水而言，较低密度（5 gsm）和较大直径（1.3 µm）的组合表现出比较低密度（5gsm）和较小直径（0.76 µm）更好的过滤。另外，较小的细纤维直径产生更好的过滤结果。
实施例7
在前述实验中，使非织造细纤维网的盘垂直于烟雾流放置（如图2和图3中所示）。为了确定网位置的影响，在本实验中，制造下列过滤器变体的手工制香烟：
- 常规CA丝束作为对照
- 插入CA丝束过滤器中央的CA细纤维网盘
- 插入CA丝束过滤器中央的CA丝束盘。
在相同条件下抽吸这些香烟。烟雾产量示于表6中且计算出的过滤效率在表6中给出。结果显示，具有在过滤器中分别具有CA细纤维网盘和CA丝束盘的过滤器的香烟中的尼古丁过滤效率为44.7和39.4%，相比之下对照过滤器的过滤效率为35.5%。对于这些香烟的NFDPM过滤效率，获得相同趋势。这些结果说明在过滤器中的纤维直径的影响，其中加入1.8mg的细纤维导致尼古丁过滤效率约9%的增大，而加入5.75 mg的普通纤维仅带来约4%的增大。当将CA细纤维网盘插入纸过滤器中时，压降和过滤效率的增大甚至更为显著。这可能与CA和纸过滤器中的空隙容积（void volume）差异相关。将纸盘插入纸过滤器中并非简单的手动操作，并导致相对高的压降，因此这些香烟不包括在烟雾分析测试中。
标准化的酚结果显示，将CA细纤维网插入CA过滤器中不增加酚的滞留。这表明CA对酚滞留的选择性不依赖于CA纤维直径。这些纸过滤器结果显示，一旦将CA细纤维网盘插入过滤器中，标准化的酚产量显著减小，但该产量与具有CA过滤器的香烟中的标准化产量相比仍相对较高。
实施例8
还使用包含沉积在作为载体的纸上的CA细纤维网的机制过滤器研究香烟过滤器中的CA细纤维的作用。
使用具有不同CA细纤维网基重（即3、6和9 gsm）且纤维直径均为1.3 μm的三个样品。由这些样品制造过滤棒，且制成的过滤棒具有表7中所述的特性。由于沉积在纸上的CA细纤维网的有限供应，不能制造具有类似压降的过滤棒。由于试样过滤棒的压降差异，制造不同压降的对照以匹配试样的压降。
从过滤棒特性（表7）可看出，类似压降下，使用CA细纤维网/纸制成的过滤棒的重量低于仅由纸制成的对照的重量。此外，CA细纤维网的基重的增大导致需要减小网宽度以制造具有类似压降的过滤棒。
表7
| 过滤器 | 网宽度(mm) | CA细纤维基重(gsm) | CA细纤维网/纸(%) | 过滤棒重量(mg) | 过滤棒周长(mm) | 过滤棒(结合)PD(mmWG) |
| CA 3 gsm | 206 | 3 | 9/91 | 1171 | 24.5 | 499 |
| CA 6 gsm | 195 | 6 | 17/83 | 1168 | 24.4 | 404 |
| CA 9 gsm | 188 | 9 | 26/74 | 1209 | 24.4 | 423 |
| 纸(1) | 256 | -- | 0/100 | 1282 | 24.5 | 343 |
| 纸(3) | 272 | -- | 0/100 | 1396 | 24.5 | 455 |
| 纸(4) | 280 | -- | 0/100 | 1429 | 24.4 | 564 |
| 纸(6) | 266 | -- | 0/100 | 1360 | 24.4 | 427 |
根据ISO吸烟方式在封堵通风区的情况下，进行对制成的香烟的烟雾化学分析，在表8和9中提供结果。
表8中提供的具有CA细纤维/纸过滤器的香烟的烟雾产量和计算的NFDPM、尼古丁和酚类化合物过滤效率显示，在类似的过滤器重量和压降下，过滤效率随着过滤器中CA细纤维含量的增大而增大。
在类似压降下具有CA细纤维/纸过滤器的香烟与具有对照（纸）过滤器的香烟的过滤效率的对比显示，CA细纤维含量的增大会增大过滤效率（表8和9）。这也可在前述实施例中报道的手工制香烟的情况中看出。
表8中的标准化的酚结果显示，过滤器中CA细纤维重量的增大导致标准化的酚产量的减小。
结果显示，相比于对照纸过滤器，CA细纤维网/纸过滤器导致在类似压降下减小的过滤器重量和在类似压降下增大的过滤效率和对酚的增大的过滤选择性。
由乙酸纤维素细纤维与纸的组合所获得的结果表明，这种类型的过滤材料可被认为是常规乙酸纤维素丝束的替代物，其提供可比拟的过滤特性但提高的降解性。将预期此类纸基过滤材料显示出与常规过滤材料相比显著增大的降解性。
Claims (15)
1.用于包含在吸烟制品中的过滤材料，其中所述过滤材料包含基础材料和细纤维，所述基础材料包含具有第一直径或平均直径的纤维或由其制成，所述细纤维具有小于所述第一直径的直径或平均直径，其中所述过滤材料包含大于10重量%和/或体积%的细纤维。
2.用于包含在吸烟制品中的过滤材料，其中所述过滤材料包含基础材料和细纤维，所述基础材料包含具有第一直径或平均直径的纤维或由其制成，所述细纤维具有小于所述基础材料的纤维的直径或平均直径，其中所述细纤维的直径或平均直径为约1.0 μm至约1.5μm。
3.用于包含在吸烟制品中的过滤材料，其中所述过滤材料由直径或平均直径为约3 µm至约10 µm的细纤维构成。
4.根据权利要求3的过滤材料，其中所述细纤维的直径或平均直径为约3 μm至约5 μm，或其中所述细纤维的直径或平均直径为约5 μm至约7 μm，或其中所述细纤维的直径或平均直径为约7 μm至约10 μm。
5.根据前述权利要求任一项的过滤材料，其中所述细纤维包含乙酸纤维素和/或其衍生物、聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚乙烯醇（PVOH）、聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯（PBAT）或聚乙醇酸（PGA）、壳聚糖、聚羟基丁酸酯（PHB）、聚氧化乙烯（PEO）、明胶，或它们的任何组合。
6.根据前述权利要求任一项的过滤材料，其中所述细纤维基本由乙酸纤维素和/或其衍生物构成。
7.根据前述权利要求任一项的过滤材料，其中所述细纤维通过离心纺丝或通过干法纺丝生产。
8.根据权利要求1或2任一项的过滤材料，其中所述基础材料基本由可生物降解材料构成。
9.根据权利要求1、2和8任一项的过滤材料，其中所述基础材料包含聚乳酸、聚乙烯醇、纤维素、乙酸纤维素或它们的任何组合或基本由其构成。
10.根据权利要求1、2和8任一项的过滤材料，其中所述基础材料包含乙酸纤维素或基本由其构成。
11.根据权利要求1、2和8至10任一项的过滤材料，其中所述基础材料呈丝束形式，或其中所述基础材料呈非织造网的形式。
12.根据权利要求1、2和8至11任一项的过滤材料，其中所述细纤维在所述基础材料的表面上。
13.过滤器或过滤元件，其包含前述权利要求任一项的过滤材料。
14.吸烟制品，其包括权利要求13的过滤器或过滤元件。
15.根据权利要求1至12任一项的过滤材料在烟草烟雾过滤中的用途。
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