CN1612701A - 香烟过滤嘴以及香烟制品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种添加有水滑石类化合物的过滤嘴，该水滑石类化合物呈现出将金属氢氧化物的八面体层经多层层压形成的层状结构。该香烟过滤嘴可以选择性地除去主流烟中的甲醛。

Description

香烟过滤嘴以及香烟制品
技术领域
本发明涉及香烟过滤嘴以及香烟制品。
背景技术
在抽吸香烟制品的时候，在被吸烟者吸收的主流烟中存在各种化学成分。在这些化学成分中的以甲醛为代表的低级醛类是很难通过普通的香烟过滤嘴而吸附除去的。因此，需要从主流烟中除去醛类。
以前，为了除去主流烟中的甲醛，一般是使用添加活性炭作为吸附剂过滤嘴。除此之外，还尝试使用各种吸附剂。
但是，以前使用的吸附剂不仅吸附甲醛，而且还吸附其他成分，因此，可能会对烟制品的香味带来不利影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供可以选择性地除去主流烟中的甲醛的香烟过滤嘴。
本发明的香烟过滤嘴是一种添加有水滑石类化合物的过滤嘴，该水滑石类化合物呈现出层状结构，所述层状结构是将金属氢氧化物的八面体层经多层层压而形成的。
在本发明中使用的上述水滑石类化合物是用下述通式表示。
               M2+ 1-xM3+ x(OH)2(An-)x/n·mH2O
(式中，M2+为选自Mg、Zn、Ni以及Ca的2价金属离子，M3+为Al离子，An-为选自CO3、SO4、OOC-COO、Cl、Br、F、NO3、Fe(CN)6 3-、Fe(CN)6 4-、邻苯二甲酸、异戊酸、对苯二甲酸、马来酸、烯酸及其衍生物、苹果酸、水杨酸、丙烯酸、己二酸、琥珀酸、柠檬酸以及磺酸的n价阴离子，0.1＜x＜0.4，0＜m＜2)
本发明的香烟过滤嘴是将平均粒径为200-800μm的水滑石类化合物分散在例如纤维丝束或者无纺布薄片中的过滤嘴。由醋酸纤维素构成的纤维是具有代表性的。
本发明的香烟过滤嘴也可以是添加平均粒径为10μm或10μm以下的水滑石类化合物而形成抄纸的纸片的过滤嘴。
本发明的香烟过滤嘴也可以具有多个过滤部分，至少1个过滤部分含有水滑石类化合物。此时，除了含有水滑石的过滤部分，还可以使用木炭过滤部分。
本发明的香烟过滤嘴也可以具有多个过滤部分和填充在过滤部分之间的水滑石颗粒。
本发明的烟制品是连接上述香烟过滤嘴和烟棒之间的烟制品。
附图说明
图1是在本发明实施例中制造的过滤嘴的分解透视图。
图2是在本发明中使用的主流烟中甲醛测定装置示意图。
图3是通过各种吸附剂除去甲醛的除去率的示意图。
图4是在本发明中主流烟中蒸汽相成分的吸收方法的示意图。
图5是在本发明中主流烟中蒸汽相成分的气相色谱示意图。
图6是当使用水滑石或者活性炭作为吸附剂时，蒸汽相成分的蒸汽压和成分的除去率之间的关系示意图。
图7A是水滑石颗粒的粒度分布示意图。
图7B是水滑石颗粒的平均粒径和通风阻力间的关系示意图。
图8是水滑石颗粒的表面积和甲醛降低率间的关系示意图。
图9是实施例6的具有三个部分方式的过滤嘴示意图。
图10是实施例6的具有三个部分方式的过滤嘴示意图。
图11是在本发明的其他实施例中的过滤嘴示意图。
具体实施方式
本发明人为了降低主流烟中的甲醛，基于各种观点对吸附剂进行研究，结果研究表明水滑石类化合物是有效的。
水滑石类化合物呈现出层状结构，该层状结构是将2价或者3价金属氢氧化物的八面体层经多层层压而形成，其中插入阴离子。八面体层被称为晶核显示出碱性。通过水滑石类化合物除去甲醛，可以认为是晶核的碱性的贡献以及通过插入的阴离子的离子交换作用等产生的结果。
水滑石类化合物可以是天然化合物，也可是合成产品。水滑石类化合物是用通式
                  M2+ 1-xM3+ x(OH)2(An-)x/n·mH2O
表示的。2价金属离子M2+为Mg离子，3价金属离子M3+为Al离子，阴离子An-最普通地为CO3 2-或者SO4 2-。2价金属离子M2+除了Mg以外，还可以是Zn、Ni或者Ca。阴离子除了CO3 2-或者SO4 2-以外，还可以是选自OOC-COO、Cl、Br、F、NO3、Fe(CN)6 3-、Fe(CN)6 4-、邻苯二甲酸、异戊酸、对苯二甲酸、马来酸、烯酸及其衍生物、苹果酸、水杨酸、丙烯酸、己二酸、琥珀酸、柠檬酸以及磺酸。x为0.1＜x＜0.4，m为0＜m＜2。当x为0.20-0.33范围时，Mg-Al类水滑石类化合物是稳定的。
在制造水滑石时，向选自硫酸铝、乙酸铝以及明矾的水溶性的铝盐或者铝酸和水溶性镁盐的水溶液中添加碳酸碱金属盐或者碳酸碱金属盐和苛性碱，维持反应混合物的PH值为8.0或8.0以上并使之反应。
水滑石类化合物，例如通过插入阴离子的大小可以控制微孔的尺寸。另外，通过阴离子的特性以及层间水的状况可以实现多功能化。
作为添加水滑石类化合物的香烟过滤嘴，可以考虑如下的各种实施方式。
(1)将水滑石类化合物分散在醋酸纤维素等纤维丝束或者无纺布中的过滤嘴。
(2)添加水滑石类化合物而形成抄纸的纸片的过滤嘴。
(3)由2个部分以上构成的过滤嘴，至少1部分由(1)或者(2)的过滤嘴构成，其他部分由以前的醋酸纤维素过滤嘴或者木炭过滤嘴构成的。
(4)在填充剂-间隙-填充剂构造的空间中填充有水滑石类化合物的过滤嘴。此时，填充剂为选自以前的醋酸纤维素过滤嘴或者木炭过滤嘴、(1)或(2)的过滤嘴。另外，当具有2个以上空间时，可以将水滑石化合物填充在至少1个空间中，在其他的空间中可以填充木炭。
水滑石类化合物的粒径优选按照如下进行调节。当使用把水滑石类化合物分散在醋酸纤维素的纤维丝束或者无纺布中或者把水滑石类化合物填充在填充剂-间隙-填充剂构造的空间中的过滤嘴时，其粒径优选为200-800μm，更优选为400-600μm。另外，当使用添加水滑石类化合物而形成抄纸的纸片的过滤嘴时，其粒径优选为10μm或10μm以下。
实施例1
使用Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O表示的水滑石。通过粉碎该水滑石用以分粒，将粒径调节为250-500μm。使用该水滑石制造如图1所示的过滤嘴1。即，在分别卷拢卷纸而形成的2个醋酸酯过滤部分2，2中设置的间隙中填充水滑石3，同时用包装纸4卷烟，从而制造填充剂-间隙-填充剂构造的过滤嘴1。
为了与其他的吸附剂进行比较，使用活性炭、高比表面积炭、碱金属盐浸渍活性炭、胺浸渍活性炭、活性氧化铝、氧化镁、氧化铝、硅酸镁、氧化锌、硅胶、沸石、福尔马林用建材纸浆、气相色谱法(GC)用柱填充剂或者吸水性树脂，从而制造与图1同样的填充剂-间隙-填充剂构造的过滤嘴1。
设每个例子的吸附剂的填充量都一样。另外，把12mg焦油量的烟叶部连接到每个过滤嘴上，从而制造试验用的香烟。
通过加拿大法定方法(2，4-DNPH-HPLC法)测定主流香烟中甲醛的量，求得甲醛的除去率。
首先，通过加热将9.51g 2，4-二硝基苯基肼(DNPH)溶解在1L乙腈中，然后添加5.6mL的60％过氯酸，添加超纯水，从而调制2L的吸收液。
对照图2对测定装置构造进行说明。如图2所示，向吸气用洗气瓶11中加入DNPH吸收液12。洗气瓶11的容量为100mL，DNPH吸收液12的量为80mL。将该洗气瓶11放入冰水浴13中进行冷却。将安装有香烟10的玻璃管14的下端浸到洗气瓶11内的吸收液12中。为了与洗气瓶11的剩余空间(head volume)连通，安装玻璃管15以及剑桥垫圈(Cambride pad)16，并连接剑桥垫圈16和自动吸烟仪17。
在玻璃管14上安装香烟10，在ISO规定的标准吸烟条件下使香烟10自动吸烟。即，以58秒的间隔对每枝香烟重复进行空吸1次操作每次空吸为2秒吸烟35mL，在主流烟冒泡期间，甲醛通过DNPH而形成衍生物。准备2枝用于测定的香烟。此时，无论是使用哪种吸附剂的香烟，都把压力损失调节到相同水平。
通过高效液相色谱法(HPLC)对上述生成的衍生物进行测定。首先，过滤吸收液，然后用Trizma Base液稀释吸收液(吸收液4mL：Trizma Base液6mL)。通过HPLC对该稀释液进行测定。HPLC的测定条件如下。
柱：HP LiChrospher 100RP-18(5μ)250×4mm
保护柱：HP LiChrospher 100RP-18(5μ)4×4mm
柱温：30℃
检测波长：DAD356nm
注入量：20μL
流动相：3相梯度(A液：含有30％乙腈、10％四氢呋喃以及1％IPA的超纯水水溶液，B液：含有65％乙腈、1％四氢呋喃以及1％IPA的超纯水水溶液，C液：100％乙腈)。
甲醛的除去率E以
                           E＝(W-W’)/W
表示，其中W表示使用没有吸附剂的香烟而测得的甲醛量，W’表示使用填充有吸附剂的香烟而测得的甲醛量。
图3表示通过各种吸附剂的甲醛的除去率。从图3可以得知，当使用水滑石作为吸附剂时，可以最大程度地降低甲醛量。
实施例2
使用水滑石作为吸附剂或者使用作为最普通的香烟吸附剂的活性炭，求得主流香烟中的蒸汽相成分的除去率。
与实施例1同样地准备粒径250-500μm的水滑石或者活性炭，各自以50mg的填充量进行填充，从而制造与图1相同的过滤嘴。把12mg焦油量的烟草部连接到该过滤嘴上，从而制造试验用的香烟。
对照图4以及图5，对主流香烟中的气相蒸汽成分的除去率的测定方法进行说明。
图4是蒸汽相成分的吸收方法的示意图。如图4所示，将香烟10安装在自动吸烟器17上，在ISO规定的标准吸烟条件下使香烟10自动吸烟，通过剑桥过滤嘴除去主流烟中的颗粒相，把蒸汽相吸收到气囊20中。此时，以58秒的间隔对每枝香烟重复进行空吸1次的操作每次空吸为2秒吸烟35mL。另外，使调和好的10枝香烟(调和条件：22℃，湿度60％)自动吸烟。
图5是气相色谱法示意图。如图5所示，将一定量的气囊20内的蒸汽相成分收集到样品间21内，注入标准气体后，注入气相色谱仪22。通过分离柱(DB-WAX)分离成分，通过检测器检测成分，使用微机23的程序分析成分量。用标准气体的峰值面积除以各蒸汽相成分的峰值面积，从而求得分析值。
各蒸汽相成分的除去率E以
                       E＝(A-A’)/A
表示，其中A表示使用没有吸附剂的香烟而测得的成分分析值，A表示使用有吸附剂的香烟而测得的成分分析值。
在图6中表示蒸汽相成分的蒸汽压与成分除去率之间的关系。从图6可以看出，当使用活性炭作为吸附剂时，随着蒸汽相成分的蒸汽压上升，除去率提高。另一方面，当使用水滑石作为吸附剂时，只对甲醛的除去率特别高，显示了选择性的除去功能。
实施例3
当在例如图1实施方式的香烟过滤嘴中使用水滑石时，为了控制通风阻力以及焦油/尼古丁排出量，需要适当地调节水滑石的大小。
如果将水滑石进行颗粒化，可以调制细度不同的试样。此时，根据平均粒径区别试样。在图7A中，表示了平均粒径为250μm、500μm以及800μm的3种样品。
接着，使用平均粒径不同的水滑石颗粒，以各种填充量制造具有图1形态的过滤嘴。为了用于对照，使用木炭，以各种填充量制造相当于具有图1的形态产品的过滤嘴。
核查这些过滤嘴在吸气流速为1050mL/min时的通风阻力。其中，除掉在图1的2个醋酸过滤部分2，2产生的通风阻力并进行计算。
在图7B中表示平均粒径和通风阻力之间的关系。从图7B可以看出，当使用平均粒径为250μm的粒子时，通风阻力高，当使用平均粒径为800μm的颗粒时，通风阻力低。并且，从设计产品这一点看来，使用平均粒径为400-600μm的水滑石颗粒是适当的。
而且，使用微粒化粒子时，使用转动微粒化、压缩定型、涂层微粒化、挤压定型等任何微粒化方法，都可以得到目标粒径的水滑石颗粒。但是，为了避免在制造过滤嘴时压碎水滑石颗粒，优选使用可以得到具有适当硬度的微粒化的水滑石颗粒的微粒化方法。如果水滑石颗粒的硬度为300-3000g/mm2，可以防止在制造过滤嘴时压碎水滑石颗粒。
实施例4
在本实施例中显示了，通过水滑石的主流烟中的甲醛的降低率依赖于水滑石颗粒的表面积。
作为微粒化方法，使用转动微粒化(A)、压缩定型(B)或者挤压成型(C)，调制各种微粒化的水滑石颗粒。使用镭射分散式粒度分布测定装置，计算每单位重量的水滑石颗粒的平均表面积。
使用具有各种表面积的水滑石颗粒，制造具有图1形态的过滤嘴。此时，通过调节填充量，调节填充的水滑石颗粒的总表面积。并且，核查水滑石颗粒的总表面积与主流烟中甲醛的降低率之间的关系，结果示于图8。
从图8可以看出，水滑石颗粒的总表面积愈大，愈可以降低从主流烟中排出的甲醛。这种倾向与水滑石的微粒化方法无关。
实施例5
在本实施例中，核查通过添加水滑石的纸过滤嘴以及添加微粒化的水滑石的醋酸纤维素过滤嘴而带来的主流烟中甲醛的降低率。
添加平均粒径10μm或10μm以下的水滑石颗粒并同时对纸片进行抄纸，将该纸片进行定型，制造如图9所示的纸过滤嘴7。为了用于比较，使没有添加水滑石颗粒的纸片定型，从而制造过滤嘴。
另外，将微粒化的水滑石颗粒分散在醋酸纤维素的纤维丝束中，从而制造过滤嘴。为了用于比较，制造没有添加水滑石颗粒的醋酸纤维素过滤嘴。
而且，过滤嘴的长度为25mm，尽可能使通风阻力一致。
使用这些过滤嘴，核查主流烟中的甲醛的降低率。结果示于表1。
如表1所示，含有水滑石颗粒的纸过滤嘴，与含有水滑石颗粒的醋酸酯过滤嘴的情况相比，单位焦油量的甲醛的排出量变低。可以认为这是由于，将平均粒径为10μm或10μm以下的水滑石颗粒高分散地添加到纸片中从而提高了接触面积。
                                           表1
  HT量(mg)   长度(mm)   通风阻力(mmWG)   焦油排出量(mg/枝)   FA排出量(μg/枝)     FA/焦油(-)
醋酸酯   0   25   65.5   12.53   72.86     5.81
  146.7   25   61.9   12.19   35.70     2.93
纸   0   25   65.0   7.31   48.56     6.64
  48.3   25   65.5   6.42   14.03     2.19
实施例6
在本实施例中显示了，通过组合使用水滑石过滤嘴和木炭过滤嘴，可以提高有机蒸汽成分的降低率。
制造表2的I、II、III所示的具有三个部分的过滤嘴。对使用的各个部分进行说明。醋酸酯过滤部分是把醋酸纤维素的纤维丝束捆扎，制成7mm长的过滤嘴。水滑石(HT)过滤部分是将70mg的水滑石颗粒分散在醋酸纤维素的纤维丝束并将丝束捆扎，制成10mm长的过滤嘴。木炭过滤部分是将70mg的木炭颗粒分散在醋酸纤维素的纤维丝束并将丝束捆扎，制成10mm长的过滤嘴。
在图10中表示表2的过滤嘴III。如图所示，在烟叶端设置木炭过滤部分5，在中间设置HT过滤部分6，在吸口端设置醋酸酯过滤部分2。
使用这些过滤嘴，核查主流烟中全部有机蒸汽(TOV)的降低率以及甲醛(FA)的降低率。结果示于表2。
如表2所示，通过木炭过滤嘴的作用，过滤嘴III可以降低全部有机蒸汽，而且，通过水滑石(HT)过滤嘴的作用可以降低甲醛。
                                          表2
烟叶端 中间 吸口端  TOV降低率(％)   FA降低率(％)
  I     木炭过滤嘴   醋酸酯过滤嘴   醋酸酯过滤嘴  62.7   67.2
  II     醋酸酯过滤嘴   HT过滤嘴   醋酸酯过滤嘴  20.8   69.3
  III     木炭过滤嘴   HT过滤嘴   醋酸酯过滤嘴  64.8   71.9
添加物重量：70mg/10mm
过滤嘴长度：烟叶端10mm，中间10mm，吸口端7mm
香烟过滤嘴的通风阻力：72mmWG/27mm
通风孔：没有
对于本发明的过滤嘴，可以考虑如下各种变换的例子。
例如，在具有如图1结构的过滤嘴中，可以使用其他的过滤嘴部分来替代至少一边的醋酸酯过滤嘴部分2。其他的过滤嘴部分可以是水滑石过滤嘴部分，也可以是木炭过滤嘴部分。另外，当使用木炭过滤部分时，优选与图10同样设置在烟叶端。
在图10中，作为水滑石过滤嘴部分，使用将水滑石类化合物分散在醋酸纤维素的纤维丝束中的过滤嘴，也可以使用添加水滑石类化合物而形成抄纸的纸片的过滤嘴。
也可以向图10结构的过滤嘴中再加入其他过滤嘴部分，从而制造具有4个部分的过滤嘴。
另外，如图11所示，也可以使用由木炭过滤部分5、填充有水滑石颗粒3的间隙、水滑石(HT)过滤部分6、醋酸酯过滤部分2构成的过滤嘴。
在这种情况下，水滑石过滤部分6可以是以醋酸酯过滤嘴作为基质，也可以是以纸过滤嘴作为基质。也可以与图11相反地设置填充有HT粒子3的间隙和HT过滤嘴部分6。在图11中，在间隙中填充HT粒子，但也可以填充木炭粒子。
工业实用性
通过本发明，可以提供有效降低主流烟中甲醛的香烟过滤嘴以及烟制品。

Claims (9)

1.一种香烟过滤嘴，其特征在于：添加水滑石类化合物，该水滑石类化合物呈现出层状结构，所述层状结构是将金属氢氧化物的八面体层经多层层压而形成的。
2.如权利要求1所述的香烟过滤嘴，其特征在于：上述水滑石类化合物用下述通式表示：
              M2+ 1-xM3+ x(OH)2(An-)x/n·mH2O其中，M2+为选自Mg、Zn、Ni以及Ca的2价金属离子，M3+为Al离子，An-为选自CO3、SO4、OOC-COO、Cl、Br、F、NO3、Fe(CN)6 3-、Fe(CN)6 4-、邻苯二甲酸、异戊酸、对苯二甲酸、马来酸、烯酸及其衍生物、苹果酸、水杨酸、丙烯酸、己二酸、琥珀酸、柠檬酸以及磺酸的n价阴离子，0.1＜x＜0.4，0＜m＜2。
3.如权利要求1所述的香烟过滤嘴，其特征在于：将平均粒径为200-800μm水滑石类化合物分散在纤维的丝束或者无纺布薄片中。
4.如权利要求3所述的香烟过滤嘴，其特征在于：上述纤维由醋酸纤维素构成。
5.如权利要求1所述的香烟过滤嘴，其特征在于：添加平均粒径为10μm或10μm以下的水滑石类化合物而形成抄纸的纸片。
6.如权利要求1所述的香烟过滤嘴，其特征在于：具有多个过滤部分，至少1个过滤部分含有水滑石类化合物。
7.如权利要求6所述的香烟过滤嘴，其特征在于：除了含有水滑石类化合物的过滤部分，还具有木炭过滤部分。
8.如权利要求1所述的香烟过滤嘴，具有多个过滤部分和填充在过滤部分之间的空间的水滑石颗粒。
9.一种香烟制品，其特征在于：连接权利要求1-8中任一项所述的香烟过滤嘴和烟棒。
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