CN1805696B - 具有催化填料的香烟包装纸及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

烟制品用包装纸包括含纤维素纤维的纸幅和掺入到该纸幅内的催化剂改性的纸幅-填料。催化剂改性的纸幅-填料包括承载纳米颗粒一氧化碳催化剂的纸幅-填料。纳米颗粒一氧化碳催化剂可以是纳米颗粒氧化铁催化剂。还提供烟制品，其包括具有包装纸的香烟烟草棒，所述包装纸包括纸幅、纸幅-填料和纳米颗粒一氧化碳催化剂，其中纸幅填料承载纳米颗粒催化剂。还提供制造包装纸的方法和利用该包装纸制造烟制品的方法。

Description

具有催化填料的香烟包装纸及其制造方法
背景技术
根据35USC§119，本申请要求标题为CIGARETTE WRAPPERWITH CATALYTIC FILLER AND METHODS OF MAKING SAME且在2003年6月13日提交的美国临时申请No.60/477922的优先权，其全部内容在此通过参考引入。
在以下的说明中，将参考一些结构和方法，然而，这种参考不应当必然地解释为根据合适的法定条款承认这些结构和方法作为现有技术是合格的。申请人保留权利证明任何参考的主题不构成现有技术。
烟制品，例如香烟或雪茄烟，在一阵喷烟(puff)中产生主流烟雾和在静态燃烧过程中产生侧流烟雾。主流烟雾和侧流烟雾二者的成分是一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO)和粒状物质(例如焦炭)。降低烟雾中的一氧化碳是所需的。
在下述中公开了用于烟制品的催化剂、吸附剂和/或氧化剂：授予Snider等的美国专利No.6371127，授予Bowen等的美国专利No.6286516，授予Yamazaki等的美国专利No.6138684、授予Rongved的美国专利No.5671758、授予Quincy，III等的美国专利No.5386838，授予Shannon等的美国专利No.5211684、授予Deffeves等的美国专利No.4744374、授予Cohn的美国专利No.4453553、授予Owens的美国专利No.4450847，授予Seehofer等的美国专利No.4182348、授予Martin等的美国专利No.4108151、美国专利No.3807416和美国专利No.3720214。已公开的申请WO02/24005、WO87/06104、WO00/40104和美国专利申请公开Nos.2002/0002979A1、2003/0037792A1和2002/0062834A1也涉及催化剂、吸附剂和/或氧化剂。
公开了铁和/或氧化铁用于香烟产品(参见，例如美国专利No.4197861、4489739和5728462)。公开了氧化铁作为着色剂(例如美国专利Nos.4119104、4195645、5284166)和作为燃烧调节剂(例如美国专利Nos.3931824、4109663和4195645)，且氧化铁已被用于改进味道、颜色和/或外观(例如美国专利Nos.6095152、5598868、5129408、5105836和5101839)。
尽管到迄今为止的开发研究，但仍需要降低在吸烟过程中在烟制品的主流烟雾内的一氧化碳含量的改进和更有效的方法和组合物。
发明概述
烟制品的优选实施方案包括具有包装纸的烟草棒，该包装纸包括纸幅纸幅(web)、纸幅-填料材料和纳米颗粒一氧化碳催化剂，其中纸幅-填料承载纳米颗粒催化剂。优选地，纳米颗粒一氧化碳催化剂包括通过碳酸钙承载的纳米颗粒氧化铁催化剂。
制造烟制品的优选方法包括(i)任选地在生产包装纸中所使用的纸幅-填料内掺入纳米颗粒一氧化碳催化剂，形成催化剂改性的纸幅-填料，(ii)任选地制造包装纸，该包装纸包括催化剂改性的纸幅-填料，(iii)提供给制烟机含烟草的短切填料，和(iv)将包装纸绕短切填料放置，形成烟制品的烟草棒部分，其中所述包装纸包括承载纳米颗粒一氧化碳催化剂的纸幅-填料。该方法任选地包括在步骤(ii)和/或(v)将第二层包装纸绕烟草棒部分放置之前，焙烧催化剂改性的纸幅-填料。
用于烟制品的包装纸的优选实施方案包括纸幅和承载在该纸幅上的催化剂改性的纸幅-填料，其中催化剂改性的纸幅-填料包括通过纸幅-填料承载的纳米颗粒一氧化碳催化剂。
制造卷烟纸的另一优选方法包括(i)供应催化剂改性的纸幅-填料和纤维素材料到造纸机的成形部分的流浆箱(head box)中，其中催化剂改性的纸幅-填料包括承载纳米颗粒一氧化碳催化剂的纸幅-填料，(ii)沉积含催化剂改性的纸幅-填料和纤维素材料的含水浆料到造纸机的成形部分上，形成催化剂改性的纸幅-填料在其内分布的基础纸幅，和(iii)从基础纸幅中除去水，以便形成中间纸幅。该方法任选地包括在步骤(iii)之前焙烧催化剂改性的纸幅-填料。
制造含催化剂改性的纸幅-填料的卷烟纸的进一步优选的方法包括(i)供应纤维素材料到造纸机的成形部分的第一流浆箱中，(ii)在造纸机的成形部分上沉积来自第一流浆箱的含水浆料，以便形成纤维素材料的基础纸幅，(iii)在基础纸幅上分配催化剂改性的纸幅-填料，其中催化剂改性的纸幅-填料包括承载纳米颗粒一氧化碳催化剂的纸幅-填料，和(iv)从基础纸幅中除去水，以便形成中间纸幅。该方法任选地包括在步骤(iii)之前焙烧催化剂改性的纸幅-填料和/或在基础纸幅的香味网络内分配催化剂改性的纸幅-填料，其中该层在中间纸幅上形成条带或者格状图案。
制造双层卷烟纸的优选方法包括(i)在造纸机的丝网上沉积来自第一流浆箱的双层卷烟纸的第一层，第一流浆箱容纳第一配料组合物，(ii)在第一层的部分上沉积来自第二流浆箱的双层卷烟纸的第二层，第二流浆箱容纳第二配料组合物，第二配料组合物包括催化剂改性的纸幅-填料，所述催化剂改性的纸幅-填料包括承载纳米颗粒一氧化碳催化剂的纸幅-填料，和(iii)从第一层和第二层中除去水，以便形成单片中间纸幅。该方法任选地包括焙烧催化剂改性的纸幅-填料。
制造卷烟纸的优选方法包括(i)将含纤维素材料的配料(furnish)供应到造纸机的成形部分的第一流浆箱中，(ii)将承载纸幅输送经过造纸机，(iii)在承载纸幅上沉积催化剂改性的纸幅-填料，该催化剂改性的纸幅-填料包括承载纳米颗粒一氧化碳催化剂的纸幅-填料，(iv)在承载纸幅上沉积来自第一流浆箱的含水浆料，以便形成承载纸幅包埋在其内的纤维素材料的基础纸幅，(v)从基础纸幅中除去水，以便形成片材，和(vi)收集该片材。
在生产烟制品用包装纸中所使用的优选的催化剂改性的纸幅-填料包括纸幅-填料和承载在纸幅-填料上的纳米颗粒一氧化碳催化剂。
制造催化剂改性的纸幅-填料(所述催化剂改性的纸幅-填料包括承载在纸幅-填料上的纳米颗粒一氧化碳催化剂)的优选方法包括(i)形成纳米颗粒一氧化碳催化剂和纸幅-填料的含水浆料，(ii)任选地在承载表面上铺开含水浆料，和(ii)干燥该含水浆料，蒸发水并形成催化剂改性的纸幅-填料。
制造催化剂改性的纸幅-填料(所述催化剂改性的纸幅-填料包括承载在纸幅-填料上的纳米颗粒一氧化碳催化剂)的进一步的优选方法包括(i)在纸幅-填料上沉淀来自液相的纳米颗粒一氧化碳催化剂，(ii)除去至少一部分液相，和(iii)干燥该纸幅-填料，蒸发其余液相并形成催化剂改性的纸幅-填料。
制造催化剂改性的纸幅-填料(所述催化剂改性的纸幅-填料包括承载在纸幅-填料上的纳米颗粒一氧化碳催化剂)的另一优选方法包括在纸幅-填料上沉积来自气相的纳米颗粒一氧化碳催化剂，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂包括FeOOH、α-Fe2O3、γ-Fe2O3或其混合物，和纸幅-填料选自CaCO3、TiO2、SiO2、Al2O3、MgCO3、MgO和Mg(OH)2。
香烟的优选实施方案包括具有包装纸的烟草棒，该包装纸包括纤维状纤维素材料的纸幅和纸幅-填料的负载，至少一些纸幅-填料包括无机颗粒和通过该无机颗粒承载的纳米颗粒。
在造纸工艺中使用的配料的优选实施方案包括含催化剂改性的纸幅-填料和纤维素材料的含水浆料。
卷烟纸的优选实施方案包括具有纸幅-填料的纸幅，至少一些纸幅-填料包含FeOOH。
附图简述
图1(a)示出了具有承载在包装纸上的纳米颗粒一氧化碳催化剂的纸幅-填料上的烟制品示例。图1(b)示出了该包装纸的放大视图。
图2(a)示出了纳米颗粒一氧化碳催化剂承载在具有第二最外层包装纸的第一层包装纸的纸幅-填料上的烟制品示例。图2(b)示出了具有第二最外层包装纸的第一层包装纸的放大视图。
图3(a)示出了具有含纳米颗粒一氧化碳催化剂的包装纸的烟制品示例。包装纸的内部纸幅区域含有承载催化剂的纸幅-填料。图3(b)示出了该包装纸的放大视图。
图4示出了造纸机的示意图，其中粉箱可含有催化剂改性的纸幅-填料。
图5示出了可与电子吸烟装置一起使用的一类吸烟的结构。
图6是催化剂改性的纸张围绕燃料元件的香烟的剖视图。
图7示出了图6所示的香烟的截面。
图8示出了催化剂改性的包装纸位于管道中心的香烟的截面。
图9示出了对于纳米颗粒氧化铁催化剂和纳米颗粒氧化铁/CaCO3混合物来说，CO转化成CO2的转化率。
图10示出了焙烧条件对在纸幅-填料上30％的纳米颗粒氧化铁催化剂负载的影响，对作为温度函数，CO转化成CO2的转化率的影响。
优选实施方案的详细说明
催化纸张，催化剂改性的纸幅-填料的组合物，香烟，制造烟制品的方法(其牵涉使用掺入到作为纸幅-填料的包装纸内的纳米颗粒添加剂)能充当将一氧化碳转化成二氧化碳的氧化剂和/或充当将一氧化碳转化成二氧化碳的催化剂。纳米颗粒添加剂降低在主流烟雾内的一氧化碳含量。
术语“主流”烟雾是指从烟草棒中向下流动并通过过滤嘴端冒出的气体混合物，即在香烟的吸烟过程中，从香烟的烟嘴端冒出或抽吸的烟雾量。主流烟雾含有通过点燃区域以及通过卷烟纸的包装纸二者抽吸的烟雾。
一氧化碳(CO)氧化催化剂，如优选实施方案的纳米颗粒氧化铁催化剂，可掺入到烟制品，如香烟的包装纸的纸幅-填料内。这种包装纸用于组装烟制品且在吸烟过程中被消耗。尽管不希望受到理论的束缚，但认为在吸烟过程中，掺入的纳米颗粒催化剂催化气流内的组成气体组分，例如一氧化碳催化剂催化CO，按照方程式1通过与烟制品的气流内的氧气(O2)反应形成二氧化碳(CO2)，降低主流和侧流吸烟烟雾内的CO：
2CO+O2＝2CO2  方程式1
还认为在催化反应之后，催化剂还可充当氧化剂，例如在气流内不存在氧气的情况下，可氧化CO，降低主流和/或侧流烟雾内的CO含量。
参考图1(a)，烟制品100的优选实施方案具有烟草棒部分90和过滤嘴92。任选地，可在没有过滤嘴92的情况下，操作烟制品100的优选实施方案。优选地，烟草棒部分90包括用吸烟(烟草)包装纸104包裹的烟草柱102。正如图1(b)的放大视图中所示，包装纸104包括纸幅-填料颗粒108，例如碳酸钙(CaCO3)分散在其内的纤维状纤维素材料纸幅。在实践中，纸幅-填料108充当决定包装纸104渗透率的试剂(典型的以CORESTA为单位测量，其定义为在1.0kPa的压降下，在1分钟内流经1cm2的材料以cm3测量的空气量)且还充当一氧化碳催化剂纳米颗粒，优选氧化铁纳米颗粒的载体。视需要，包装纸104可任选地包括不含催化剂的纸幅-填料110。纸幅-填料是在包装纸104的生产中使用的填料。
图2(a)和2(b)示出了纳米颗粒一氧化碳催化剂承载在具有第二最外层包装纸的第一层包装纸的纸幅-填料上的烟制品。在图2(a)的实施方案中，烟制品100包括被第一层内部包装纸112围绕的香烟烟草柱102。正如图2(b)的放大视图中所示，第一层包装纸112包括纸幅114和承载在该纸幅-填料116上的纳米颗粒一氧化碳催化剂。视需要，第一层包装纸112可任选地包括不含催化剂的纸幅-填料118。纸幅-填料是在生产第一层包装纸112中使用的填料。在第一层内部包装纸内，以重量百分数计，纳米颗粒一氧化碳催化剂与纸幅-填料之比优选0.1-3.0，更优选0.1-1.0，和最优选0.33-1.0。烟制品100具有围绕第一层包装纸112的第二层包装纸120。对于给定的单根香烟100来说，在第二层外部包装纸120内的纳米颗粒一氧化碳催化剂的总量优选小于1mg，更优选第二层包装纸120不包括纳米颗粒一氧化碳催化剂，以便提供香烟100不受纳米颗粒催化剂任何着色影响的外观。在例举的实施方案中，在第一层包装纸内的纳米颗粒一氧化碳催化剂的总量为10-100mg，和在第二层包装纸内小于1mg，优选0mg，和/或以重量百分数计，在第二层包装纸120内的纳米颗粒一氧化碳催化剂对在第一层包装纸112内的纳米颗粒一氧化碳催化剂之比小于0.25。
[003 6]图3(a)示出了具有含纳米颗粒一氧化碳催化剂的包装纸的烟制品的实施方案。在图3(a)的实施方案中，烟制品100包括香烟烟草柱102和包装纸122。正如图3(b)的放大视图中所示，包装纸122包括纸幅124和承载在纸幅-填料126上的纳米颗粒一氧化碳催化剂。视需要，包装纸122可任选地包括不含催化剂的纸幅-填料128。纸幅-填料是在生产包装纸122中使用的填料。包装纸122具有径向向内的部分130和径向向外的部分132，径向向内的部分130具有纳米颗粒一氧化碳催化剂的第一负载，和径向向外的部分132具有纳米颗粒一氧化碳催化剂的第二负载。在一个实施方案中，纳米颗粒一氧化碳催化剂的第一负载大于纳米颗粒一氧化碳催化剂的第二负载。例如，对于给定的单根香烟100来说，在包装纸内的纳米颗粒一氧化碳催化剂的第一负载可以是最多100mg，和纳米颗粒一氧化碳催化剂的第二负载可以小于1mg。优选地，纳米颗粒一氧化碳催化剂的第二负载为0。在另一实施方案中，在径向向内的部分130中，以重量百分数计，纳米颗粒一氧化碳催化剂对纸幅-填料之比优选为0.1-3.0，更优选0.1-1.0，最优选0.33-1.0。在径向向外的部分132中，纳米颗粒一氧化碳催化剂的总负载优选小于1mg，更优选为0mg。
“纳米颗粒”是指平均粒径小于1微米的颗粒。纳米颗粒催化剂优选平均粒径小于约500mm，进一步小于约300-400nm，更优选1-50nm，甚至更优选1-10nm，和最优选小于约5nm。纳米颗粒催化剂的堆积密度优选小于0.25g/cc，优选约0.05g/cc。优选的纳米颗粒催化剂的Brunauer，Emmett and Teller(BET)表面积为约20m2/g-400m2/g，更优选约200m2/g-约300m2/g。高温纳米颗粒一氧化碳催化剂的实例包括纳米颗粒氧化铁催化剂。优选的纳米颗粒氧化铁催化剂是获自Mach I，Inc.，of King of Prussia，PA的NANOCAT 7 SuperfineIron Oxide。纳米颗粒氧化铁催化剂可包括FeOOH、α-Fe2O3、γ-Fe2O3或其混合物。
通过将纳米颗粒一氧化碳催化剂固定到在生产香烟包装纸中用作纸幅-填料的填料中，从而将纳米颗粒一氧化碳催化剂掺入到包装纸内。纸幅-填料可包括第II族、第III族或第IV族金属的氧化物、碳酸盐或氢氧化物，或者纸幅-填料可选自CaCO3、TiO2、硅酸盐如SiO2、Al2O3、MgCO3、MgO和Mg(OH)2。在优选的实施例中，纸幅-填料是CaCO3或在卷烟纸的制造中使用的其它常规的填料。视需要，包装纸可包括不含纳米颗粒一氧化碳催化剂的纸幅-填料。
在烟制品的优选实施方案中，纳米颗粒氧化铁催化剂包括FeOOH、α-Fe2O3、γ-Fe2O3或其混合物。催化剂改性的纸幅-填料优选包括固定到选自CaCO3、TiO2、硅酸盐如SiO2、Al2O3、MgCO3、MgO和Mg(OH)2中的填料颗粒上的纳米颗粒氧化铁催化剂。催化剂改性的纸幅-填料的平均粒度为0.1-10微米，优选小于或等于1.5微米。
在另一优选的实施方案中，在烟制品内的纳米颗粒一氧化碳催化剂的总量是足以将至少一些CO转化成CO2的用量。对于香烟来说，每根香烟的催化剂的优选用量为1-100mg，1-50mg或50-100mg，2-25mg或25-50mg，1-15mg或15-40mg，或4-10mg或10-20mg。
在一种方法中，通过形成纳米颗粒一氧化碳催化剂和纸幅-填料的含水浆料，通过纸幅-填料，例如CaCO3承载纳米颗粒一氧化碳催化剂，例如纳米颗粒氧化铁催化剂。在这一方法中使用的CaCO3可与在造纸工艺中使用的填料相同，例如商购于Specialty Mineralsof Bethlehem，Pennsylvania的ALBACAR7 5970。通过例如用刮刀铺开浆料，从而使浆料铺开，然后干燥，蒸发水，从而留下固体。干燥浆料的一种方法包括通过热源，例如在75EC的辐射灯下加热的同时在空气中暴露，但也可使用其它方法，例如蒸发过滤，接着干燥。
可以以任何所需的用量，例如10-90％的催化剂和90-10％的纸幅-填料，来提供催化剂和填料。干燥的浆料形成粉末物质或自支持的固体物料，这取决于浆料中纳米颗粒一氧化碳催化剂的负载。例如对于浆料含有小于约50-60wt％在碳酸钙上的纳米颗粒氧化铁的催化剂负载来说，将浆料干燥成粉末物质；对于浆料含有大于约60-70wt％在碳酸钙上的纳米颗粒氧化铁的催化剂负载来说，将浆料干燥成自支持固体物料。在将催化剂改性的纸幅-填料，例如纸幅-填料支持的纳米颗粒一氧化碳催化剂，如纳米颗粒氧化铁催化剂/CaCO3颗粒掺入到包装纸内之前，可降低催化剂改性的纸幅-填料的平均粒度到0.1-10微米，优选约1微米或更低的平均粒度。例如，可例如通过用1cm玛瑙研磨球以100-300rpm研磨2-4小时，从而球磨催化剂改性的纸幅-填料形成粉末。在其中浆料干燥成粉末物质的情况下，可不需要球磨。随后，催化剂改性的纸幅-填料，例如纳米颗粒一氧化碳催化剂/纸幅-填料可通过造纸工艺掺入到包装纸内。例如，催化剂改性的纸幅-填料可用作造纸工艺的填料。在优选实施方案中，在包装纸内的纸幅-填料(催化剂改性的纸幅-填料和/或不含催化剂的纸幅-填料二者)的含量，可以为3-50％。
在另一方法中，通过形成纳米颗粒一氧化碳催化剂和纸幅-填料的含水浆料，干燥该浆料，形成催化剂改性的纸幅-填料，和随后焙烧该催化剂改性的纸幅-填料，从而纸幅-填料，例如CaCO3将承载纳米颗粒一氧化碳催化剂，例如纳米颗粒氧化铁催化剂。随后，相对于以上所述的第一方法形成浆料。在干燥浆料形成自支持固体物料并球磨形成粉末(视需要，降低催化剂改性的纸幅-填料的尺寸)之后，通过加热催化剂改性的纸幅-填料到合适的焙烧温度，例如最多500EC，优选200EC-400EC合适的时间段，例如1-3小时，优选2小时，从而焙烧催化剂改性的纸幅-填料。
可如下所述进行利用研磨，制造催化剂改性的纸幅-填料(其包括
Figure S04816552619950324D000101
氧化铁纳米颗粒催化剂/CaCO3混合物)的例举方法：
1.混合150lb蒸馏水和25lb CaCO3到55加仑的不锈钢釜内。
2.在继续混合下，缓慢添加25lb氧化铁纳米颗粒催化剂。
3.在添加其余50lb水之后，在最大可允许的速度下混合2小时。
4.使用布氏漏斗(25cm)和烧瓶(2000ml)，真空过滤该加仑成滤饼。
5.将滤饼切割成1英寸的小片，并将它们放置在煎锅(锅：14″-10″-2″)内。
6.冻干滤饼。
7.将煎锅放置在真空室内并在110EC下真空干燥24小时。
8.使用旋转磨(Rotary Mill)、Ceramic Ball和圆柱体研磨粉末6小时。
9.在300EC下，在空气中焙烧2小时。
可如下所述进行利用喷雾干燥，制造催化剂改性的纸幅填料(其包括氧化铁纳米颗粒催化剂/CaCO3混合物)的例举方法：
1.通过添加1份
Figure S04816552619950324D000104
氧化铁纳米颗粒催化剂和1份CaCO3与12重量份水，在含水浆料中制备催化剂混合物。搅拌该混合物，得到均匀的浆料(至少30分钟)。
2.将该浆料供应到喷雾机中。
3.调节空气温度，获得干燥粉末(例如175EC的空气温度)。
4.取决于干燥所使用的温度，任选地焙烧。若进行焙烧，则可在300EC下在空气中进行焙烧2小时。
可通过任何合适的技术将纳米颗粒一氧化碳催化剂固定到纸幅-填料上。例如，可通过在纸幅-填料上沉淀来自液相的纳米颗粒氧化铁催化剂，或者通过在纸幅-填料上沉积来自气相的纳米颗粒氧化铁催化剂，从而结合纳米颗粒一氧化碳催化剂与纸幅-填料。
根据优选的实施方案，催化剂改性的纸幅-填料，例如纳米颗粒一氧化碳催化剂/纸幅-填料通过常规的造纸工艺掺入到包装纸内。例如，催化剂改性的纸幅-填料可用作造纸工艺内全部或部分的填料，或者可例如通过喷洒或者涂布在湿或干的基础纸幅上，直接分配在包装纸上。在烟制品，例如香烟的生产中，包装纸绕短切填料包裹，通过造纸机形成烟制品的烟草棒部分，其中所述制烟机事先被供应或者被连续供应有烟草短切填料和一条或多条包装纸。
任何合适的烟草混合物可用于短切填料。合适类型的烟草材料的实例包括烟熏(flue cured)的、Burley、Maryland或Orienta1烟草、稀有或专用烟草及其共混物。可以以烟草薄片、处理过的烟草材料，如体积扩张或膨胀的烟草、处理过的烟草茎，如切辊或切割疏松的(cut-puffed)茎，再生烟草材料或其共混物形式提供烟草材料。烟草也可包括烟草替代物。
在香烟制造中，烟草通常以短切填料形式，即以切割成宽度范围为约1/10英寸-约1/20英寸或者甚至1/40英寸的碎条或绳股形式使用。绳股的长度范围可介于约0.25英寸-约3.0英寸。香烟可进一步包括本领域已知的一种或多种调味剂或其它添加剂(例如燃烧添加剂、燃烧改性剂、着色剂、粘合剂等)。
包装纸可以是围绕短切填料的任何包装品，其中包括含亚麻、大麻、洋麻、针茅草、稻草、纤维素等等的包装纸。可包括任选的填料，香料添加剂，和燃烧添加剂。当包装纸被供应到制烟机中时，可由连续片材的单一线轴(单包装)或多个线轴(多包装，例如来自两个线轴的双包装)供应包装纸。此外，包装纸可具有大于一层的截面，如双层纸张，正如在授予Rogers、共同拥有的美国专利No.5143098中所述，其全部内容在此通过参考引入。
可使用常规的造纸设备进行造纸工艺。制造包装纸，例如卷烟纸(其包括含由纸幅-填料承载的纳米颗粒一氧化碳催化剂的催化剂改性的纸幅-填料)的例举方法，包括供应催化剂改性的纸幅-填料和纤维素材料到造纸机中。例如，含催化剂改性的纸幅-填料和纤维素材料的含水浆料(或“配料”)可被供应到Fourdrinier造纸机的成形部分的流浆箱中。催化剂改性的纸幅-填料包括由纸幅-填料，例如CaCO3承载的纳米颗粒一氧化碳催化剂，例如纳米颗粒氧化铁催化剂。例如，催化剂改性的纸幅-填料可包括纳米颗粒氧化铁催化剂/CaCO3颗粒，或者任何其它合适的纳米颗粒一氧化碳催化剂和纸幅-填料，例如第II族、第III族或第IV族金属的氧化物、碳酸盐或氢氧化物，CaCO3、TiO2、硅酸盐如SiO2、Al2O3、MgCO3、MgO和Mg(OH)2。可通过与源头，例如储罐相连的多根导管，将含水浆料供应到流浆箱中。
例举方法可任选地包括在将配料供应到造纸机中之前，焙烧催化剂改性的纸幅-填料。
可以在添加到流浆箱中之前，以任何形式，例如含水浆料形式或者在造纸工艺过程中待淤浆化的干燥粉末形式，将催化剂改性的纸幅-填料供应到造纸工艺中。例如，可作为浆料就地生产催化剂改性的纸幅-填料。含有催化剂改性的纸幅-填料的含水浆料可立即使用或者储存以供将来使用。在优选的实施方案中，流浆箱具有配料的含水浆料，所述配料的含水浆料包括催化剂改性的纸幅-填料和形成纸幅所使用的纤维素材料。任选地，含催化剂改性的纸幅-填料的配料的含水浆料以及不含催化剂改性的纸幅-填料或者具有不同浓度催化剂改性的纸幅-填料的纤维素材料的含水浆料配料可供应到独立的流浆箱或者多个流浆箱中。
例举的方法在成形部分上沉积来自流浆箱的含水浆料，以便形成纤维素材料和催化剂改性的纸幅-填料的基础纸幅。例如，在典型的Fourdrinier机器中，成形部分是Fourdrinier丝网，所述Fourdrinier丝网以就在流浆箱下方的环形成形丝网形式排列。在与环形丝网相邻的流浆箱下部中确定的薄片允许来自流浆箱的催化剂改性的纸幅-填料和纤维素材料的含水浆料通过薄片流动到环形丝网最外表面上，形成湿的基础纸幅。任选地，可在承载纸幅上沉积含水浆料，所述含水浆料保留在纸张内，例如，承载纸幅可以通过造纸机的成形部分输送，且可以是含水浆料沉积在其上的涂布原纸。含水浆料在Fourdrinier丝网上的成形部分内干燥成中间纸幅，所述中间纸幅仍保留含水组分，并进一步加工，形成承载纸幅包埋在其内的纸片(例如成品纸幅)。承载纸幅可以是常规纸幅，例如亚麻承载纸幅，或者可包括具有掺入的催化组分的纸幅，例如纳米颗粒一氧化碳催化剂。若承载纸幅包括催化组分，则掺入的催化组分可承载在纸幅-填料上，或者可在没有纸幅-填料的情况下直接承载在承载纸幅上。
在含水浆料沉积到成形部分上之后，从湿的基础纸幅中除去水，形成中间纸幅，和视需要，在采用额外的加工，例如进一步的干燥和压榨的情况下，形成卷烟纸片(例如成品纸幅)。随后收集卷烟纸以供储存或者使用，例如卷烟纸缠绕在片材或辊上。
参考图4，卷烟纸制造机200包括可操作地位于Fourdrinier丝网204一端上的流浆箱202，和原料浆料源头，如与流浆箱202连通的操作罐206。流浆箱202可以是在造纸工业中典型地使用的流浆箱用以在Fourdrinier丝网204上铺开纤维素纸浆。通常来说，流浆箱202通过多根导管与操作罐206相连通。操作罐206接受来自配料供应装置218的配料。优选地，来自操作罐206的原料是精制纤维素纸浆，例如精制亚麻或木浆，这是卷烟纸造纸机中常见的做法。优选地，粉罐228(其含有如上所述的催化剂改性的纸幅-填料)与操作罐206相连通，以便在供应到流浆箱202内的浆料中确立所需的“白垩(chalk)”含量。
Fourdrinier丝网204沿着图4中箭头A的总方向上的路径携带来自流浆箱202的铺开的浆料纸浆(例如基础纸幅)，于是通过在重力的影响下，和在沿着Fourdrinier丝网204的一些位置处，(任选地)在真空箱210、210′、210″的辅助下，允许水通过丝网204从纸浆中排出，这是卷烟纸制造领域中公知的做法。在沿着Fourdrinier丝网204的一些位置处，足量水从基础纸幅中排出，以建立常常被称为水线的东西，在此浆料的纹理从有光泽的含水外观之一转变为更接近于成品基础纸幅(但处于湿润条件下，例如中间纸幅)的表面外观。在水线上和在其周围，纸浆材料的含湿量为约85-90％，这可随操作条件等而变化。
在水线的下游，中间纸幅212在伏辊214处与Fourdrinier丝网204相分离。Fourdrinier丝网204从那继续行进到其环形路径的返回环路上。在伏辊214以外，中间纸幅212继续经过造纸体系的其余部分，在此进一步干燥并压榨中间纸幅212，并使中间纸幅212的表面状况达到所需的最终含湿量和纹理，形成纸张220(例如成品纸幅)。这种干燥装置是造纸领域公知的，和可包括含干燥毛毡、真空装置、辊和/或压机、施加热能等的干燥部分216。
制烟机200可任选地包括具有独立或者共同的配料供应装置的大于一个流浆箱和/或大于一个Fourdrinier丝网。参考图4，合适地与操作罐和配料供应装置一体化的任选的第二流浆箱202′，可在由第一流浆箱202层铺的浆料纸浆上层铺该浆料纸浆，并沿着Fourdrinier丝网204携带。视需要，基于待沉积的浆料纸浆的层数和/或使用由造纸工艺形成的包装纸，第二和/或额外的流浆箱可供应催化剂改性的纸幅填料到所需的“白垩”含量或者可不含催化剂改性的纸幅-填料。任选地和/或在可供替代的方案中，一些或所有催化剂改性的纸幅-填料可从第一个上游的流浆箱202中引入。
参考图4，合适地与在Fourdrinier丝网204′上层铺浆料纸浆的流浆箱202′和排水与干燥设备一体化的任选的第二Fourdrinier丝网204′，可形成第二纸浆纸幅212′。第二纸浆纸幅212′可与第二Fourdrinier丝网204′在伏辊214′处隔开，并利用Fourdrinier丝网204层铺在将要处理成双层纸张的第一纸浆纸幅212上。可使用多个任选的Fourdrinier丝网，形成具有任何所需数量层，例如3、4等等一直到10-12层的多层纸张。
可使用其它造纸工艺制造具有纳米颗粒一氧化碳催化剂的包装纸。例如，可制造层压的双层或多层包装纸。在授予Rogers、共同拥有的美国专利No.5143098中公开了双层和多层包装纸的实例，其全部内容在此通过参考引入。在含纳米颗粒一氧化碳催化剂的双层或多包装纸等一个实施方案中，至少一层径向里层和/或径向外层可包括此处实施方案中所述的纳米颗粒一氧化碳催化剂。优选地，对于美学外观来说，由于含催化剂改性的纸幅-填料和氧化铁作为纳米颗粒催化剂的纸张发暗，因此，在烟制品内，与短切填料相邻的多层纸张的径向最里层是多层包装纸的一部分，该部分包括承载纳米颗粒一氧化碳催化剂的纸幅-填料。
可使用常规的纸张配料，如浆化木材、亚麻纤维或任何标准的纤维素纤维，制造双层或多层单片包装纸。优选使用亚麻纤维。不同填料，其中包括不同的催化填料，如此处所述的催化剂改性的纸幅-填料，或者不同的纤维可用于每一层，且可包含在不同的流浆箱内，正如在授予Rogers的美国专利No.5143098中所述，其全部内容在此通过参考引入。例如，第一流浆箱可容纳包括纳米颗粒一氧化碳催化剂的用于包装纸的材料，和第二流浆箱可容纳用于常规包装纸的材料。
在制造双层或多层单片包装纸的另一实施例中，第一流浆箱可容纳包括第一浓度或者负载量的纳米颗粒一氧化碳催化剂的用于包装纸的材料，和第二流浆箱可容纳包括第二浓度或者负载量的纳米颗粒一氧化碳催化剂的用于包装纸的材料。在优选的实施方案中，第一浓度或第一负载量不同于第二浓度或者第二负载量。例如，包装纸可具有径向里层和径向外层，其中径向里层具有纳米颗粒一氧化碳催化剂的第一负载和径向外层具有纳米颗粒一氧化碳催化剂的第二负载。纳米颗粒一氧化碳催化剂的第一负载可大于纳米颗粒一氧化碳催化剂的第二负载。在一个实施方案中，纳米颗粒一氧化碳催化剂的第一负载为最多100mg，和纳米颗粒一氧化碳催化剂的第二负载小于1mg。优选地，纳米颗粒一氧化碳催化剂的第二负载为0。在另一实施方案中，在径向里层内纳米颗粒一氧化碳催化剂对纸幅-填料以重量百分数计的比例为0.1-3.0，更优选0.1-1.0，最优选0.33-1.0，和在径向外层内的纳米颗粒一氧化碳催化剂的总负载小于1mg，更优选在径向外层内的纳米颗粒一氧化碳催化剂的总负载为0。在授予Rogers的美国专利No.5143098中公开了关于制造双层和多层纸张的额外细节，其全部内容在此通过参考引入。
造纸工艺的额外实例包括制造带状烟制品包装纸的方法(如共同拥有的美国专利No.5342484中所述，其全部内容在此通过参考引入)，和生产在截面上具有多个可变基本重量的区域的纸张(如共同拥有的美国专利No.5474095和5997691中所述，其全部内容在此通过参考引入)。此外和在可供替代的实施方案中，在造纸工艺中，为了掺入纳米颗粒催化剂到包装纸的纸幅内，认为可首先制造纸张(包装纸)，并将纳米颗粒催化剂放置在该表面上。例如，可例如通过喷洒或者涂布在湿的基础纸幅、中间纸幅或成品纸幅上，从而将纳米颗粒直接分布在包装纸上。此外，可在造纸工艺内或者在香烟制造过程中联机地独立施加纳米颗粒催化剂中，涂布和/或印刷纳米颗粒(文本或图像)。可改变印刷量和/或催化剂量，以调节CO的下降水平。还可考虑使用保留助剂。
含催化剂的纸张可用作包装纸，用于常规香烟或者非常规香烟，如在共同转让的美国专利Nos.6026820、5988176、5915387、5692526、5692525、5666976、5499636和5388594中所述的用于电子吸烟体系的香烟，或者正如在共同正如的美国专利No.5345951中所述的具有燃料棒的非常规类型的香烟。
图5示出了一类香烟的结构300，它可与电子吸烟装置一起使用。正如所示的，吸烟300包括烟草棒360和通过接头纸364相连的过滤嘴部分362。过滤嘴部分362优选含有管状可自由流动的过滤器元件302和接口过滤器插塞(plug)304。自由流动的过滤器元件302和接口过滤器插塞304作为组合插塞310可与插塞包装312连接在一起。烟草棒360可具有掺入一种或多种下述物体的各种形式：外包装371、另一管状自由流动的过滤器元件374、优选包裹在插塞包装384内的圆柱形烟草插塞380，含基础纸幅368的烟草纸幅366，和孔隙空间391。催化剂改性的纸幅-填料优选掺入到外包装371内，但除此以外或者在可供替代的方案中，可掺入到任何一个或多个插塞包装384或烟草纸幅366的一个或多个组件上，优选基础纸幅368上。
图6示出了具有燃料元件411的香烟410的结构，正如在美国专利No.5345951中所述，其公开内容在此通过参考引入。香烟410包括燃料元件411和通过香烟包装纸414外包装的膨胀管道412，和通过接头纸405连接的过滤器元件413。参考图7，燃料元件411包括热源420和香料床421，所述香料床421，当与流经热源内的一个或多个纵向通道的炽热气体接触时，释放加香的蒸汽和气体。蒸汽进入膨胀腔室412内，然后到达接口元件413。热源可含有基本上纯的碳和任选的催化剂或燃烧添加剂。围绕热源420的一层或多层催化剂改性的纸张418可用于降低热源420产生的CO。或者，或者除此以外，可在热源420下游提供催化剂改性的纸张，例如催化剂改性的纸张可分散在热源和香料床421之间或者分散在香料床421内。香料床421可包括释放所需香料的任何材料，例如烟草填料或者形成香味的化合物沉积在其上的惰性物质，
燃料元件411位于具有辐射能量反射器套筒(sleeve)422(例如穿孔的金属纸)和任选的内部套筒423(例如穿孔的金属纸)的复合套筒内。内部套筒422可折叠，在其上游端形成尖端424，以便与在其间的环形空间一起保持远离反射器套筒422内壁的热源。香料床421容纳在内部套筒423内。容纳燃料元件和膨胀腔室412的包装纸414一起优选具有充足的孔隙度，以允许空气通过纸张414进入并支持热源的燃烧。燃料元件411还包括具有一个或多个开口416的反射端盖帽415，以允许空气进入燃料元件411内。制造烟制品的方法可包括双层纸张包装纸，例如内部包装纸和外部包装纸。视需要，可在其它位置处和/或对于图6和7所示的香烟的任何纸张层来说，使用催化剂改性的纸张。此外，图6和7示出了燃料元件吸烟的一个实施方案，此处所述的催化剂改性的纸张可用于围绕燃料元件和/或替代在图6和7以外的其它燃料元件香烟组件内的纸张层。
图8示出了具有同心烟草棒510的香烟500，所述同心烟草棒510包括香烟包装纸515的内部管道或鞘，其纸幅-填料支持纳米颗粒一氧化碳催化剂，例如氧化铁和/或此处所述的任何其它氧化催化剂。正如所示的，香烟500包括过滤嘴505和烟草棒510，它们通过用接头纸511以常规方式彼此相连。烟草棒510是“同心芯”或者“共轴”布局，其可在获自于Hauni Machinenbau AG of Hamburg，德国的Hauni Baby棒制造机上生产。内部芯区域512通过被烟草短切填料520围绕的内部包装纸515来限定。外部香烟包装纸525沿着烟草棒510的外侧延伸。过滤嘴505可包括一个或多个纤维素束芯棒，和任选地包括吸附剂如碳。在这一实施方案中，在内部包装纸515内的任何变色被隐藏看不见。
中心芯区域512可以是中空的和/或可部分或完全用烟草短切填料填充，且优选直径约2-5mm，更优选直径2-3mm。在一个可供替代的实施方案中，可以以由催化纸张形成的至少一层的层状布局制造内部包装纸515，其中纳米颗粒催化剂，例如纳米颗粒氧化铁承载在纸幅-填料，如CaCO3上。任选地，可制造外部包装纸525类似地包括纳米催化剂。
任选地，可制造中心管道，以便施加到管道终端的热引起管道端部在自身上坍塌并闭合(或关闭)管道终端。可通过中心管道的许多不同实施方案来实现坍塌特征。在其中当施加热量时，中心管道坍塌的可供替代的方案中，可以以使得外层或顶层由热膨胀系数比内部或底层高的材料制成的层状布局制造中心管道515。结果，当加热管道的一端时，两层之间的热膨胀系数之差将导致管道端部在自身上坍塌并任选地密封该终端。中心管道515的层可由不同热膨胀系数的不同类纸张制造。各层热膨胀系数之差可以是具有不同比例的纤维素和/或不同粘合剂的纸张类型的结果。一类或多类不同类的纸张可以是催化纸张，其中纳米颗粒催化剂，例如纳米颗粒氧化铁，承载在纸幅-填料，如CaCO3上。或者，其它聚合物、淀粉或纤维素基膜可用于中心管道515，这些中的任何一种可包括催化剂改性的纸幅-填料。
视需要，催化纸张可在其它位置使用和/或用于图8所示的香烟的任何纸张层内。此外，尽管图8示出了具有多孔传热管道的香烟的一个实施方案，但此处披露的催化纸张可用于围绕烟草棒部分，或者可用作包装纸，掺入到过滤嘴部分的纤维素组分内，和/或替代在图8所示以外的其它多孔传热管道香烟布局内的纸张层。
现参考图2(a)和2(b)的实施方案，内部包装纸和外部包装纸是在独立的造纸机内形成的单独的包装纸，且后者绕烟草短切填料包裹，形成香烟的烟草棒。内部包装纸、外部包装纸或这两种包装纸可包括催化剂改性的纸幅-填料，例如通过纸幅-填料承载的纳米颗粒一氧化碳催化剂。在其中两种包装纸包括催化剂改性的纸幅-填料的实施例中，特定的纳米颗粒一氧化碳催化剂和在每一包装纸上的催化剂负载可以相同或者不同。在一些实施方案中，添加催化剂改性的纸幅-填料可使包装纸变色，例如包装纸变为非白色或者褐色。为了美学原因，具有常规颜色，例如白色的外部包装纸可围绕内部包装纸放置。可选择内部包装纸和外部包装纸二者，以便在烟制品的性能，例如喷烟次数，焦炭，燃烧速度和灰分外观方面，得到所需的烟制品性能。因此且正如例如参考图2(a)和2(b)所示和所描述的，烟制品和制造烟制品的方法的优选实施方案可包括具有纳米颗粒一氧化碳催化剂的香烟烟草棒部分，其中所述纳米颗粒一氧化碳催化剂承载在具有不含催化剂改性的纸幅-填料的第二最外层包装纸的第一层包装纸的纸幅-填料上。同样参考图8，通过在烟制品内部放置催化纸张，与催化纸张一起形成的中心管道可满足美学要求。
用于烟制品的例举包装纸包括含纤维素纤维的纸幅和掺入到该纸幅内的催化剂改性的纸幅-填料。催化剂改性的纸幅-填料包括纸幅-填料承载的纳米颗粒一氧化碳催化剂。
包装纸可以是任何合适的常规包装纸，例如，优选的包装纸可具有约18g/m2-约60g/m2的基本重量，和约5CORESTA单位-约80CORESTA单位的渗透率。更优选，包装纸的基本重量为约30g/m2-约45g/m2，和渗透率为约30-35CORESTA单位。然而，可选择包装纸的任何合适的基本重量。例如，较高的基本重量，例如35-45g/m2可承载较高负载的催化剂。若选择较低的催化剂负载，则可使用较低的基本重量的包装纸。
可基于包装纸的应用和位置来选择包装纸的其它渗透率(通过CORESTA单位测量)。例如，在多层包装纸中，第一层的渗透率可以是最多30000 CORESTA单位，但可使用或高或低的渗透率。单层包装纸的厚度可优选为15-100微米，更优选20-50微米。在多层包装纸内的额外层的渗透率可以是第一层的0.1-10倍，和厚度可以是第一层厚度的0.1-2倍。可选择第一层和第二层的渗透率与厚度，以实现烟制品所需的总的空气渗透率和总厚度。
生产纳米颗粒一氧化碳催化剂负载的包装纸，并与不含纳米颗粒一氧化碳催化剂的包装纸相比较。表1概述了对照纸张(表示为X)和具有催化剂改性的纸幅-填料，例如纳米颗粒一氧化碳催化剂/支持材料作为填料的包装纸张(表示为Y)的选择性能。纳米颗粒一氧化碳催化剂是氧化铁形式的纳米颗粒氧化铁催化剂且以25wt％的催化剂负载承载在CaCO3纸幅-填料上。由没有焙烧的浆料如此所述地形成纳米颗粒一氧化碳催化剂/纸幅-填料。
表1具有催化剂改性的纸幅-填料的包装纸与不含催化剂改性的纸幅-填料的纸张包装纸的选择性能的比较
Figure S04816552619950324D000201
可通过对纳米颗粒一氧化碳催化剂/纸幅-填料的浆料，例如纳米颗粒氧化铁催化剂/CaCO3或其它催化剂改性的纸幅-填料在不同温度下进行焙烧不同的时间段，从而可改变纳米颗粒一氧化碳催化剂对纸幅-填料之比。此外，可选择浆料的混合条件，以实现具有纳米颗粒一氧化碳催化剂的纸幅-填料所需分布。例如，可全部调节速度、时间、刮刀类型和温度，以实现纳米颗粒一氧化碳催化剂对纸幅-填料之比。或者，可共沉淀纳米颗粒一氧化碳催化剂/纸幅-填料，形成颗粒或粉末，例如可使用化学沉淀方法，例如通过添加碳酸盐，如Na2CO3，由CaCl2沉淀CaCO3。也可使用在纸幅-填料上就地沉积纳米颗粒一氧化碳催化剂的气相沉淀方法。例如，可使用气相沉积或喷洒技术。
尽管不希望受到理论的束缚，认为纳米颗粒氧化铁催化剂，例如NANOCAT7 Superfine Iron Oxide形式的CO催化剂在高于150EC的温度下，优选在高于400EC的温度下，开始将CO转化成CO2。例外，通过快速和有效地传输CO到纳米颗粒一氧化碳催化剂的区域和CO2离开催化剂区域，例如在烟制品内的空气流动，来提高藉助纳米颗粒一氧化碳催化剂将CO转化成CO2的转化速度。同时，在烟制品内的操作温度和空气流动可影响纳米颗粒一氧化碳催化剂的操作。
在一阵喷烟过程中，在主流烟雾内的CO流向烟制品的过滤嘴端。当一氧化碳行进到烟制品内时，氧气通过纸张包装纸扩散到烟制品内和一氧化碳通过纸张包装纸扩散到烟制品外。在香烟典型的第2次喷烟之后，CO在香烟周围，即在燃烧区前面的靠近香烟包装纸处浓缩。由于来自香烟外部的氧气的扩散，在同一区域内氧气浓度也和一氧化碳浓度一样高。在烟制品周围，靠近燃烧区处，在烟草棒内的气流最大，且大致与温度梯度相匹配，例如，较大的气流与较高的温度梯度相关。因此，最高的气流也是最高温度梯度的区域。例如，在典型的烟制品内，最高的温度梯度为从燃烧区处烟制品周围的＞850-900EC到烟制品中心处的约300EC。在靠近过滤嘴端温度进一步下降到接近环境温度。此外，在点燃端温降非常快速且在共轴方向上，在燃烧区后数mm以内从900EC下降到200EC。可在Richard R.Baker，“Mechanism of Smoke Formation and Delivery”，Recent Advances0n Tobacco Science，vol.6，pp.184-224(1980)和Richard R.Baker，“Variation of the Gas Forma tion Region within a CigaretteCombustion Coal during the Smoking Cycle”，
Figure S04816552619950324D000211
zurTabakforschung International，vol.11，no.1，pp.1-17(1981)中可找到关于气流图案的进一步信息，在吸烟过程中在香烟内各成分的形成，以及烟雾的形成与排放，这两篇的内容在此通过参考引入。
可作为在燃烧区内显示出的温度和气流特征的函数来选择在包装纸内的纳米颗粒一氧化碳催化剂的位置和用量，以便通过在造纸工艺过程中，选择性沉积具有催化剂改性的纸幅-填料的含水浆料，从而调节，例如，增加、降低、最小化或最大化CO转化成CO2的转化速度。例如，在接近燃烧区处，例如在燃烧区的约2mm内，烟制品中的固体炭达到大于850-900EC的峰值温度，和在燃烧区的2-3mm内，为300EC-400EC。因此，可选择在给定温度范围内操作的纳米颗粒一氧化碳催化剂，并如下所述制造包装纸，其中催化剂改性的纸幅-填料，例如纳米颗粒氧化铁催化剂/CaCO3掺入到预期与催化剂操作的合适温度相一致的包装纸的那些部分内。可例如通过使用含有选择浓度的催化剂改性的纸幅-填料的不同流浆箱和/或在造纸工艺的选择位置处安装具有不同浓度的催化剂改性的纸幅-填料的流浆箱以对应于待生产的催化纸张的选择位置，从而实现催化剂改性的纸幅-填料的选择掺入。
例如，在烟制品的包装纸中使用的优选的纳米颗粒一氧化碳催化剂在低至环境温度的温度下具有催化活性，和优选甚至在高至900EC的温度下不失活。可沿着预期的燃烧区的全部轴向长度方向，例如不仅在烟制品的过滤嘴端布置优选的纳米颗粒一氧化碳催化剂，和优选的纳米颗粒一氧化碳催化剂在使用过程中，从点燃端到过滤嘴端可具有催化活性。纳米颗粒一氧化碳催化剂的轴向分布提供主流烟雾和纳米颗粒一氧化碳催化剂之间充足的接触时间以供CO转化成CO2。优选的纳米颗粒一氧化碳催化剂的实例包括NANOCAT7 SuperfineIron Oxide，它在高于150EC的温度下开始将CO转化成CO2。
在进一步的实例中，混合催化剂，例如各自在不同温度范围下或者在重叠的温度范围内操作的各催化剂组合物的结合催化剂可用于拓宽可能发生CO转化成CO2时的温度范围并增加催化的操作时间段，当烟制品燃烧时。例如，混合催化剂可在高于约500EC和在300EC-400EC这两个温度下操作，并因此在燃烧区和在燃烧区后方两处将CO转化成CO2，从而有效地增加转化时间和发生转化时的包装纸面积。
尽管此处描述催化剂为具有操作温度，但术语操作温度是指将CO转化成CO2的优选温度。在所述温度范围以外，催化剂仍可起作用将CO转化成CO2，但转化效率可能受到影响。
根据FTC测试条件，在烟制品结构内生产并测试具有CaCO3纸幅-填料的包装纸和具有催化剂改性的纸幅-填料，例如纳米颗粒氧化铁催化剂/CaCO3纸幅-填料的包装纸的实例，纳米颗粒氧化铁催化剂是NANOCAT7 Superfine Iron Oxide。CaCO3承载纳米颗粒氧化铁催化剂且通过浆料方法在没有焙烧的情况下生产。测试在催化剂改性的纸幅-填料内从15wt％-50wt％负载的纳米颗粒氧化铁催化剂，并与不含纳米颗粒氧化铁催化剂的对照样品相比较。研究在纸张的两种不同基本重量(35g/m2和45g/m2)下，含30％纸幅-填料负载(或者CaCO3纸幅-填料或者催化剂改性的纸幅-填料)的片材特征。烟制品结构包括棒长63mm，直径约8mm和全部香料过滤嘴长度21mm。每一样品具有相同的常规烟草共混物。在每一类中抽吸20根香烟。表2中概述了主流烟雾的平均结果。
表2主流烟雾的平均结果
  45g/m2样品   在纸幅-填料内的催化剂负载(wt％)   焦炭(mg/根香烟)   喷烟次数(一阵喷烟/根香烟)   CO(mg/根香烟)   CO∶焦炭之比   与对照物相比，CO∶焦炭的下降％
  I   0   17.7   8.1   18.3   1.03   对照
  II   15   15.6   8.1   12.3   0.79   24
  III   25   15.9   8.2   11.6   0.73   29
  IV   50   14.4   8.7   9.9   0.69   34
  35g/m2样品   在纸幅-填料内的催化剂负载(wt％)   焦炭(mg/根香烟)   喷烟次数(一阵喷烟/根香烟)   CO(mg/根香烟)   CO∶焦炭之比   与对照物相比，CO∶焦炭的下降％
i   0   18.1   8.2   16.6   0.92   对照
  iii   25   17.0   8.2   11.6   0.68   26
  iv   50   14.5   8.7   9.5   0.66   29
表2的结果表明，与对照香烟相比，在用具有催化剂改性的纸幅-填料的包装纸制造的试验香烟中，CO∶焦炭之比显著下降。当催化剂从15wt％增加到50wt％时，CO∶焦炭之比的下降百分数从24％增加到34％。与CO∶焦炭之比下降一致的是，喷烟次数很少变化(例如＜1或＜10％)。此外，CO∶焦炭之比下降表明CO催化剂和CO下降之间的关系。当在纸张中使用时，纳米颗粒催化剂对CO具有更大的选择性，和CO的下降比例大于焦炭。有利地，CO催化剂对焦炭含量的影响下降。对于每根香烟来说，在包装纸内使用的催化剂量为约4-8mg/根香烟，这取决于负载量。
表3说明了不含填料手工制造的常规香烟设计的比较试验结果。样品A包裹在不含催化剂改性的纸幅-填料的手工制造的45g/m2的包装纸内，和样品I包裹在具有包埋的催化剂改性的纸幅-填料，例如固定到CaCO3载体材料上的纳米颗粒氧化铁催化剂的手工制造的45g/m2的包装纸内。在所示的样品I中，相对于催化剂改性的纸幅-填料，在催化剂改性的纸幅-填料内包埋的纳米颗粒氧化铁催化剂负载为30wt％的NANOCAT7 Superfine Iron Oxide催化剂负载(相对于包装纸，约9wt％的催化剂负载)。烟制品结构包括棒长63mm，直径约8mm和全部香料过滤嘴长度21mm。每一样品具有相同的常规烟草共混物。然后在标准的FTC条件下测试两根样品香烟。表3示出了两根香烟性能的变化。
表3-指定香烟的选择性能的比较试验结果
样品 一阵喷烟 总粒状物质(TPM)(mg) TPM/次喷烟 CO(mg) CO/次喷烟 CO/TPM
样品A  7.5  50.5  6.7  21.3  2.8  0.42
样品I  8.3  48.7  5.9  13.5  1.6  0.28
变化(％)  +10.3  -3.6  -11.9  -36.6  -42.9  -33.3
表9示出了对于50mg样品(A)NANOCAT7 Superfine IronOxide(曲线i)和样品(B)100mg25wt％NANOCAT7 Superfine Iron Oxide催化剂负载和CaCO3的混合物(曲线ii)来说，CO转化成CO2的转化率。在图9中，在含样品(A)和(B)且具有3.7％O2和22％CO的氛围的流动管状反应器内，作为温度的函数研究了CO转化成CO2的转化率。流速为1000ml/min和加热速度为12EC/分钟。对于NANOCAT7 SuperfineIron Oxide以及NANOCAT7 Superfine Iron Oxide与CaCO3的混合物这两个样品来说，在约100-125EC下开始发生转化，这表明NANOCAT7Superfine Iron Oxide的活化温度没有显著受到CaCO3的影响。
为了热处理在CaCO3上的
Figure S04816552619950324D000251
Superfine Iron Oxide，还研究焙烧工艺。通过采用来自浆料方法的催化剂，并在不存在空气的情况下加热它们长的时间段，从而实现焙烧。例如，在不大于500EC的温度下，优选200EC-400EC下焙烧1-3小时的时间段，例如2小时。在不束缚于任何一种理论的情况下，认为焙烧步骤可改进催化剂与纸幅-填料之间的键接，且在焙烧步骤过程中，由于键合的水分子蒸发导致催化剂表面得到改进。
图10示出了在催化剂改性的纸幅-填料中30wt％的催化剂负载下，焙烧对NANOCAT7 Superfine Iron Oxide与CaCO3的影响。在含催化剂改性的纸幅-填料的流动管状反应器内，作为温度函数测定CO转化成CO2的转化率。氛围包括20.6％O2和3.4％CO，和氛围的流速为1000m1/分钟。加热速度为12EC/分钟。图10列出了5条曲线曲线A表示没有焙烧时催化剂改性的纸幅-填料的结果，曲线B表示在200EC下焙烧2小时的催化剂改性的纸幅-填料样品，曲线C表示在300EC下焙烧2小时的催化剂改性的纸幅-填料样品，曲线D表示在400EC下焙烧2小时的催化剂改性的纸幅-填料样品，和曲线E表示在500EC下焙烧1小时的催化剂改性的纸幅-填料样品。通过转化成CO2的转化率增加表明，4个样品的开始温度和转化百分数基本上不变。在高于约400EC的温度下，所有焙烧的样品比未焙烧的样品(曲线A)具有较高的转化百分数。
基于CO转化成CO2的转化百分数，在例举的实施方案中，纳米颗粒一氧化碳催化剂在至少400EC-约900EC的温度下，以足以将至少10％一氧化碳转化成二氧化碳的用量存在。优选地，纳米颗粒一氧化碳催化剂在至少500EC的温度下将至少25％一氧化碳转化成二氧化碳。更优选，纳米颗粒一氧化碳催化剂在至少700EC的温度下将至少50％一氧化碳转化成二氧化碳。
在研究焙烧效果之后，紧跟着使用BET表面积测量结果研究承载的催化剂的表面积。测试3个样品：样品1是原样制备的30wt％催化剂负载的NANOCAT7 Superfine Iron Oxide和CaCO3，样品2是在400EC下焙烧2小时的30wt％催化剂负载的NANOCAT7 SuperfineIron Oxide和CaCO3，和样品3是通过化学沉淀形成的CaCO3(所谓沉淀碳酸钙(PCC))，与天然粉碎的CaCO3(所谓的粉碎碳酸钙(GCC))相反，并用作对照样品。所有样品在BET测量之前在150EC下脱气1小时。
观察具有NANOCAT7 Superfine Iron Oxide的样品，例如样品1和2的BET表面积，在焙烧之前和之后具有接近相同的BET表面积，例如在10％以内，和这些样品的BET表面积的数量级大小基本上大于不含纳米颗粒一氧化碳催化剂的样品，例如样品3的BET表面积。因此，样品1和2表明焙烧没有对或对用于将CO转化成CO2的催化剂表面积产生负面影响。
在另一例举的实施方案中，可或者单独或者与另一催化剂结合使用低温纳米颗粒一氧化碳催化剂作为纳米颗粒一氧化碳催化剂。低温和甚至室温催化剂可延长将CO转化成CO2的的反应区的有效区域到整根香烟，条件是由于放热反应导致的升温保持低于包装纸的点燃温度。
合适的低温纳米颗粒一氧化碳催化剂的实例包括铈基催化剂。铈基催化剂可在接近环境温度下氧化CO。在标题为“CERIA-BASEDCATALYSTS FOR CO OXIDATION AT NEAR-AMBIENT TEMPERATURES”且于2002年12月9日提交的共同拥有的美国专利申请No.10/314449中公开了合适的铈基催化剂，在此通过参考将其全文引入。低温纳米颗粒一氧化碳催化剂的另一实例包括能充当将转化CO的氧化剂的纳米颗粒添加剂。合适的纳米颗粒添加剂包括金属氧化物，例如Fe2O3、CuO、CeO2或Ce2O3，掺杂的金属氧化物，例如用锆掺杂的Y2O3，或者用钯掺杂的Mn2O3，或其混合物，正如在标题为“OXIDANT/CATALYSTNANOPARTICLES TO REDUCE TOBACCO SMOKE CONSTITUENTS SUCH ASCARBON MONOXIDE”其它于2002年11月4日提交的共同拥有的美国专利申请No.10/286968中所述，在此通过参考将其全文引入。
另外，此处所述的任何包装纸，烟制品或方法可包括在烟制品用包装纸中常规使用的额外添加剂。这些添加剂可包括例如控制包装纸的外观，例如颜色的添加剂，控制包装纸的燃烧速度的添加剂和/或导致所需的灰分外观和/或在卷烟纸中所使用的纸幅-填料的添加剂。
可以如此处所述以容易使用且经济的方式实施本发明的方法。催化剂改性的纸幅-填料可用于(1)除去烟制品的主流香烟烟雾或者侧流烟雾内的一氧化碳，(2)由于催化剂包埋在包装纸，因此降低或消除颗粒的夹带，(3)高度选择性除去目标成分，例如一氧化碳，这是因为在包装纸内的催化剂仅仅催化接近包装纸和/或催化剂对其具有亲和力的那些气体，和/或(4)容易通过造纸工艺大规模生产实施。
烟草柱优选包括包括工业典型的烟草共混物的短切填料，其中包括光亮的、Burley和Oriental烟草和其它共混物组分的共混物，其中包括常规的烟草香料。在优选的实施方案中，烟草柱的粉碎的烟草(短切填料)包括光亮的、Burley、Maryland和Oriental烟草且包括或不包括回用烟草或任何后切割香料的共混物。任选地，膨胀烟草组分可包括在该共混物内，以调节棒的密度，和可添加香料。任选地，可使用单一的各种前述烟草替代共混物。
尽管结合本发明的例举实施方案描述了本发明，但要理解，对于领域的技术人员来说，可在没有脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围内，作出此处没有描述的添加、删除、改性和替代。

Claims (59)

1.在生产烟制品用包装纸中所使用的催化剂改性的纸幅-填料，该催化剂改性的纸幅-填料包括：
纸幅-填料；和
承载在纸幅-填料上的纳米颗粒一氧化碳催化剂。
2.权利要求1的催化剂改性的纸幅-填料，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂包括纳米颗粒氧化铁催化剂。
3.用于烟制品的包装纸，该包装纸包括：
纸幅；和
权利要求1的催化剂改性的纸幅-填料。
4.权利要求3的包装纸，其中纸幅包括纤维素纤维。
5.权利要求3或4的包装纸，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂包括纳米颗粒氧化铁催化剂。
6.权利要求5的包装纸，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂进一步包括除了氧化铁以外的纳米颗粒催化剂。
7.权利要求5的包装纸，其中纳米颗粒氧化铁催化剂包括FeOOH、α-Fe2O3、γ-Fe2O3或其混合物。
8.权利要求3的包装纸，其中纸幅-填料包括第II族、第III族或第IV族金属的氧化物、碳酸盐或氢氧化物。
9.一种烟制品，它包括具有权利要求3的包装纸的香烟烟草棒。
10.权利要求9的烟制品，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂对纸幅-填料之比以重量百分数计为0.1-3.0。
11.权利要求9或10的烟制品，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂在包装纸内的总量为最多100mg。
12.权利要求9的烟制品，其中包装纸是烟制品的插塞(plug)包装、外包装或烟草纸幅。
13.权利要求9的烟制品，其中包装纸外包裹烟制品的燃料元件和/或膨胀管道。
14.权利要求9的烟制品，其中包装纸围绕烟制品的热源。
15.权利要求9的烟制品，其中包装纸在热源与香料床之间。
16.权利要求9的烟制品，其中包装纸是被烟草短切填料围绕的内部管道。
17.权利要求16的烟制品，其中内部管道中空。
18.权利要求16的烟制品，其中内部管道至少部分用烟草短切填料填充。
19.权利要求9的烟制品，其中纳米颗粒催化剂包括纳米颗粒氧化铁催化剂和纸幅-填料包括碳酸钙。
20.权利要求19的烟制品，其中纳米颗粒氧化铁催化剂的平均粒度为0.1-10nm，且碳酸钙占包装纸重量的10-60wt％。
21.权利要求9的烟制品，其中烟制品是香烟，包装纸包括纤维状纤维素材料的纸幅且至少一些纸幅-填料包括无机颗粒。
22.权利要求21的烟制品，其中无机颗粒包括碳酸钙、二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、碳酸镁、氧化镁和氢氧化镁中的至少一种，和纳米颗粒是氧化铁。
23.权利要求22的烟制品，其中纳米颗粒进一步包括除了氧化铁以外的纳米颗粒。
24.权利要求22或23的烟制品，其中纳米颗粒包括FeOOH、α-Fe2O3、γ-Fe2O3或其混合物。
25.权利要求9的烟制品，其中包装纸具有径向里部分和径向外部分，其中径向里部分具有纳米颗粒一氧化碳催化剂的第一负载，和径向外部分任选地具有纳米颗粒一氧化碳催化剂的第二负载。
26.权利要求25的烟制品，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂的第一负载大于纳米颗粒一氧化碳催化剂的第二负载。
27.权利要求26的烟制品，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂的第一负载最多100mg。
28.权利要求25的烟制品，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂与径向里部分内的纸幅-填料之比以重量百分数计为0.1-3.0。
29.权利要求25的烟制品，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂的第二负载小于1mg。
30.权利要求29的烟制品，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂的第二负载为0。
31.权利要求9或28的烟制品，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂包括纳米颗粒氧化铁催化剂。
32.权利要求9的烟制品，其中包装纸是第一层包装纸和烟制品进一步包括第二层包装纸。
33.权利要求10的烟制品，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂对纸幅-填料之比以重量百分数计为0.1-1.0。
34.权利要求33的烟制品，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂对纸幅-填料之比以重量百分数计为0.33-1.0。
35.一种制造权利要求1的催化剂改性的纸幅-填料的方法，该方法包括：
(i)形成纳米颗粒一氧化碳催化剂和纸幅-填料的含水浆料；
(ii)任选地在承载表面上铺开含水浆料；和
(iii)干燥该含水浆料，蒸发水并形成催化剂改性的纸幅-填料。
36.权利要求35的制造催化剂改性的纸幅-填料的方法，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂包括纳米颗粒氧化铁催化剂。
37.权利要求35或36的制造催化剂改性的纸幅-填料的方法，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂是纳米颗粒氧化铁催化剂和纸幅-填料是碳酸钙。
38.一种制造权利要求1的催化剂改性的纸幅-填料的方法，该方法包括：
(i)在纸幅-填料上沉淀来自液相的纳米颗粒一氧化碳催化剂；
(ii)除去至少一部分液相；和
(iii)干燥具有沉淀的纳米颗粒一氧化碳催化剂的纸幅-填料，蒸发其余液相并形成催化剂改性的纸幅-填料。
39.制造权利要求1的催化剂改性的纸幅-填料的方法，该方法包括：
在纸幅-填料上沉积来自气相的纳米颗粒一氧化碳催化剂，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂包括FeOOH、α-Fe2O3、γ-Fe2O3或其混合物，和纸幅-填料选自CaCO3、TiO2、SiO2、Al2O3、MgCO3、MgO和Mg(OH)2。
40.一种制造权利要求3的卷烟纸的方法，该方法包括：
(i)供应催化剂改性的纸幅-填料和纤维素材料到造纸机的成形部分的流浆箱中；
(ii)沉积含催化剂改性的纸幅-填料和纤维素材料的含水浆料到造纸机的成形部分上，形成催化剂改性的纸幅-填料在其内分布的基础纸幅；和
(iii)从基础纸幅中除去水，以便形成中间纸幅片。
41.权利要求40的方法，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂包括纳米颗粒氧化铁催化剂，纸幅-填料包括CaCO3，和该方法包括在供应催化剂改性的纸幅-填料到造纸机中之前，焙烧催化剂改性的纸幅-填料。
42.一种制造权利要求3的卷烟纸的方法，该方法包括：
(i)供应纤维素材料到造纸机的成形部分的第一流浆箱中；
(ii)在造纸机的成形部分上沉积来自第一流浆箱的含水浆料，以便形成纤维素材料的基础纸幅；
(iii)在基础纸幅上分配催化剂改性的纸幅-填料；和
(iv)从基础纸幅中除去水，以便形成中间纸幅片。
43.权利要求42的方法，其中步骤(iii)包括在一部分基础纸幅上分配催化剂改性的纸幅-填料。
44.权利要求43的方法，其中该层形成条带、条纹或格状图案。
45.一种制造权利要求3的包装纸的方法，该方法包括：
(i)将含纤维素材料的配料供应到造纸机的成形部分的第一流浆箱中；
(ii)将承载纸幅输送经过造纸机；
(iii)在承载纸幅上沉积催化剂改性的纸幅-填料；
(iv)在承载纸幅上沉积来自第一流浆箱的含水浆料，以便形成承载纸幅包埋在其内的纤维素材料的纸浆纸幅；
(v)从纸浆纸幅中除去水，以便形成片材；和
(vi)收集该片材。
46.一种制造权利要求3的包装纸的方法，该方法包括：
i)在造纸机的丝网上沉积来自第一流浆箱的双层卷烟纸的第一层，第一流浆箱容纳第一配料组合物；
ii)在第一层的部分上沉积来自第二流浆箱的双层卷烟纸的第二层，第二流浆箱容纳第二配料组合物，第二配料组合物包括催化剂改性的纸幅-填料；
iii)从第一层和第二层中除去水，以便形成单片卷烟纸；和
(iv)收集卷烟纸片。
47.权利要求46的方法，其中在步骤(ii)中沉积的第二层的一部分形成条带、条纹或格状图案。
48.权利要求47的方法，其中该部分在成品纸幅内。
49.权利要求46的方法，其中第二配料组合物包括保留助剂。
50.权利要求46的方法，包括焙烧催化剂改性的纸幅-填料。
51.权利要求46的方法，其中第一配料组合物不含催化剂改性的纸幅-填料。
52.一种制造权利要求9的烟制品的方法，该方法包括：
(i)将纳米颗粒一氧化碳催化剂与纸幅掺混，形成在包装纸的生产中使用的催化剂改性的纸幅-填料；
(ii)制造包装纸；
(iii)提供给制烟机含烟草的短切填料；和
(iv)将包装纸绕短切填料放置，形成烟制品的烟草棒部分。
53.权利要求52的方法，其中包装纸是第一层包装纸，且该方法进一步包括：
(v)将第二层包装纸绕烟草棒部分放置。
54.权利要求53的方法，其中第二层包装纸在第一层包装纸的径向外。
55.权利要求52、53或54的方法，其中通过在纸幅-填料上沉淀来自液相的纳米颗粒氧化铁催化剂，或者在纸幅-填料上沉积来自气相的纳米颗粒氧化铁催化剂，从而将纳米颗粒一氧化碳催化剂掺入到纸幅-填料内。
56.权利要求55的方法，其中通过沉淀纳米颗粒氧化铁催化剂，将纳米颗粒一氧化碳催化剂掺入到纸幅-填料内，和还沉淀该纸幅-填料，形成催化剂改性的纸幅-填料。
57.权利要求52的方法，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂包括纳米颗粒氧化铁催化剂且纸幅-填料包括碳酸钙。
58.权利要求56的方法，其中纳米颗粒一氧化碳催化剂进一步包括除了氧化铁以外的纳米颗粒催化剂。
59.权利要求52的方法，其中通过形成一氧化碳催化剂和纸幅-填料的含水浆料，并干燥该浆料，形成催化剂改性的纸幅-填料的聚集体，降低该聚集体的平均粒度，和随后在步骤(ii)之前，焙烧催化剂改性的纸幅-填料，从而将一氧化碳催化剂掺入到纸幅-填料内。
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