CN1919092A - 烟斗式烟具有减害降焦留香功能的新方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能使烟斗式烟具有减害降焦留香功能的方法，包括(1)一短的小于40毫米可更换的过滤装置，该装置特征在于里面既可全部装有纤维状选择性吸附分离材料，也可装有大部分是纤维状选择性吸附分离材料和少量其他过滤材料醋酸纤维或聚丙烯纤维加颗粒活性炭、加香添加物。和(2)能夹紧过滤装置的烟斗式烟具。本发明方法使到达吸烟者口中的烟气中的有害成分较大幅度降低而香吃味成分又能够较小程度损失的功能，有益于人们身体健康。

Description

烟斗式烟具有减害降焦留香功能的新方法

技术领域  本发明属于烟草化学减害降焦保香吃味技术领域。

背景技术  至今，特别是近二三十年来人们提出了许多烟斗或烟嘴烟具，然而，没有一种使烟斗或烟嘴烟具能明确地具有选择性降低烟气中焦油、CO、烟碱、NO、稠环芳烃、烟碱、亚硝基、自由基、挥发性腈类、酚类对人体有害的物质并保留烟气香吃味成分吡啶类、醇类和酯类物质，使烟气中的有害成分较大幅度降低而香吃味成分又能够较小程度损失功能的方法。

例如兰兹罗特(lanzillotti)等人提出的美国专利编号为4,347,855和伯内特(burnett)等人提出的美国专利编号为4,391,285所叙述的利用含有产生烟的材料的压制烟草的烟斗式烟具，邹开年提出的中国专利编号为CN97110419.0医疗卫生烟斗，是将普通香烟过滤嘴材料浸泡甘草汁、黄芩汁、风油精、食盐混合药液后晾干制得装在解毒过滤芯。迪特尔·迈尔和汉斯—彼得·布劳恩提出的中国专利编号CN00102706.9过滤器的过滤介质由大理石、活性炭、多细孔粘土或沸石材料中的至少三种材料组成。斯坦纳(steiner)在美国专利编号为4474191上所述的包括烟斗实施例的“吸烟装置”，含有一进气管道，它通过防火壁将燃烧室隔离，在斯坦纳装置里，燃料与产生烟的材料分离。加里·罗杰·谢尔拉提出的中国专利编号CN87191954A涉及一种烟斗，它在正常使用期间能产生大量的烟，没有显著的烟的热量损失和不存在实质上的高温分解物或未完全燃烧的产物。

尽管经历数十年的努力，市场上仍然没有被消费者所接受的烟斗式烟具能拥有选择性降低烟气中焦油含量与有害成分并保留烟气香吃味成分的功效。

由此可见，寻求烟斗式烟具能解决选择性降低卷烟焦油含量与卷烟烟气中有害成分并保留烟气香味成分的新方法具有实际意义。

发明内容  能使烟斗式烟具获得减害降焦留香功能的方法包括(1)一短的即小于40毫米可更换的过滤装置，该装置里面既可全部装有纤维状选择性吸附分离材料，也可装有大部分是纤维状选择性吸附分离材料和少量其他过滤材料构成，如醋酸纤维或聚丙烯纤维加颗粒活性炭、加香及各种添加物系列产品，和(2)能夹紧过滤装置的装置。在推荐的实施例中，过滤装置安装在烟斗柄部，纤维状选择性吸附分离材料为离子交换纤维。

本发明的方法能使烟斗式烟具特别好一是选择了纤维状选择性吸附分离材料，该纤维状选择性吸附分离材料装在可更换的过滤装置里，并且便于取出和装进，如离子交换纤维，其再生也容易彻底；二是本发明的过滤装置能使到吸烟者口里的烟气顺畅地全部通过纤维状选择性吸附分离材料，使烟气的焦油、CO、烟碱、NO、稠环芳烃、烟碱、亚硝基、自由基、挥发性腈类、酚类等多种对人体有害的物质吸附在纤维状选择性吸附分离材料上，使到达吸烟者口中的烟气中的有害成分较大幅度降低而香吃味成分又能够较小程度损失。

本发明方法的烟斗式烟具的夹紧装置包括适合容纳过滤装置两端的并与烟斗柄烟气通道同轴同孔径的可更换零件，这样烟气可以自由地经过过滤装置的纤维状选择性吸附分离材料，经减害降焦的烟气输给吸烟者，并且烟气中的香吃味成分很少受到损失。尤其是用于本发明方法的烟斗式烟具的夹紧装置连接一排出装置，废的过滤装置可以很容易的从烟斗柄部取出和很容易地安装上。

尤其是，本发明推荐实施例的纤维状选择性吸附分离材料其一是通过聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯一丙烯共聚物、聚酚醛、聚酰胺、聚烯烃、碳纤维、活性碳纤维或半碳化纤维纤维上引进弱酸、弱碱、强碱、强酸或酸碱两性功能基团而制成；其二是含有酯基类、酰胺、亚砜、腈、吡啶基或氨基基团的多孔性纤维状吸附材料，以聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯一丙烯共聚物、聚酚醛、聚酰胺、聚烯烃纤维为基体经聚合反应或交联反应而制成；其三是以粘胶基或酚醛基或聚氯乙烯基或聚乙烯醇基或聚酰亚胺基或聚苯乙烯基或天然胶基或沥青基或聚丙烯腈基纤维被用作前驱体，热解并经活化而制成的活性碳纤维。这些纤维状的直径0.1-50μm的线性高聚物，具有物理吸附和化学吸附的多种优越性能，具有很大的比表面积，其特殊的纤维状物理形态使其与烟气具有较大的接触面积和较小的阻力，特别是其骨架结构和引入交换基团都可以控制调节并进行选择，因而显示出高的吸附容量、快的吸附速度和高的选择性的特点，并且再生容易和彻底。纤维状选择性吸附分离材料具有一定的机械强度，耐酸碱、耐溶剂、耐热，可织成束、纸、布、毡、网等多种形式，满足各种烟斗过滤装置工艺对强度、充填密度、形态尺寸的不同要求。因此，本发明方法使烟斗式烟具充分利用纤维状选择性吸附分离材料从根本上解决选择性降低烟气焦油含量与有害成分并保留烟气香吃味成分，大大有益于吸烟者的身体健康。

除了上述的好处，本发明推荐的烟斗式烟具过滤装置的里的纤维状选择性吸附分离材料其吸气阻力小于国家规定标准51.94Pa，可方便的再生，能重复使用，无二次污染。本发明的烟斗抽吸烟丝、碎烟叶和卷烟都适合，不影响对烟气减害降焦留香根本效果。

这里所用的，而且也是本申请的目的之一，烟斗式烟具利用的纤维状选择性吸附分离材料可选自离子交换纤维、鳌合纤维、氧化还原纤维、活性碳纤维、极性纤维、非极性纤维等，由于这样限定，各材料具备的结构特征分述如下：

(1)离子交换纤维：离子交换纤维是以纤维材料为基体，通过接枝，引入交换基团而制成的直径2～50μm的高聚物。离子交换纤维的结构由基体纤维和交换基团两部分组成，基体纤维包括聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯一丙烯共聚物、聚酚醛、聚酰胺、聚烯烃、碳纤维、活性碳纤维或半碳化纤维，交换基团有磺酸基、磷酸基、羧酸基、季铵盐基、氨基、吡啶基、咪唑基、羧基—吡啶基或羧基—咪唑基。根据工艺反应特征，参照文献《功能高分子材料》(化学工业出版社，2000年7月第一版)离子交换纤维制备方法可分为有机纤维直接功能化法(利用有机纤维本身存在的易反应基团直接或经过简单预处理后与含离子交换功能团的小分子进行反应，从而得到离子交换纤维)、有机纤维接枝功能化法(以天然或合成有机纤维为基体，通过化学或物理的方法引发大分子自由基与含有离子交换基团的烯类单体接枝共聚，或与含有反应性基团的烯类单体接枝共聚，然后进一步功能化，从而得到离子交换纤维)、共混或共聚物成纤功能化法(一种是将离子交换剂分散到纺丝液中，或将小于100μm的离子交换树脂微粒分散于可成纤的聚合物及低沸点的溶剂中再制成纤维。另一种是将两种高聚物混合纺丝，再共混处理制得离子交换纤维)。

(2)极性纤维：是含有酯基类、酰胺、亚砜、腈、吡啶基、氨基等基团的多孔性纤维状吸附材料，以聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯一丙烯共聚物、聚酚醛、聚酰胺、聚烯烃纤维为基体经聚合反应或交联反应而制成。

(3)非极性纤维：是在分子水平上不存在正负电荷相对集中的极性基团的多孔性纤维状吸附材料，以聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯一丙烯共聚物、聚酚醛、聚酰胺、聚烯烃纤维为基体经聚合反应或交联反应而制成。

(4)活性碳纤维(Activated Carbon fiber，ACF)：是有机纤维经高温碳化活化制备而成的一种多孔性纤维状吸附材料。活性碳纤维以粘胶基或酚醛基或聚氯乙烯基或PVA基或聚酰亚胺基或聚苯乙烯基或天然胶基或沥青基或PAN基或天然植物纤维基物被用作前驱体，热解并经活化而制成活性碳纤维，以及空心ACF、ACF纸等特殊结构的活性碳纤维。

(5)螯合纤维：是一类能与金属离子形成多配位络合物的纤维状吸附功能材料，其功能基中存在着具有未成键孤电子的N、O、S、P等原子，这些原于能以一对孤电子与金属形成配位键，构成与小分子螯合纤维物相类似的稳定结构。包括偕胺亏基纤维、二胺基或醇胺基螯合纤维、异硫脲基螯合纤维、硫脲基螯合纤维、巯基螯合纤维、磺酰氯基螯合纤维。

具体实施方式  本发明推荐的烟斗式烟具有降焦减害留香功能的方法结合实施例附图给予详尽描述如下：

附图是根据本发明的具有斗部、柄部和可拆卸的过滤装置的烟斗式烟具的示意图，显示了柄部的纤维状选择性吸附分离材料存放的过滤装置和相关夹紧过滤装置的装置零件，说明了本发明的过滤装置和相关夹紧过滤装置的装置零件的一种推荐的布置方法。

附图所示的本发明的实施例，具有同普通烟斗相似的轮廓尺寸。它包括一普通的烟斗6，该烟斗包括一斗部7，一柄部8，一环形的相关夹紧过滤装置的装黄零件3和一可更换的过滤装置1。过滤装置1装有聚丙烯基高选择性吸附分离材料4。过滤装置1安装在烟斗柄部，使过滤装置适用于任何普通的烟斗。

在附图所示的实施例中，过滤装置1长约25毫米，直径同普通烟斗柄部的轮廓尺寸，近烟斗吸烟气收集口5端约20毫米，装有聚丙烯基高选择性吸附分离材料4，也可装有少量其他过滤材料醋酸纤维或聚丙烯纤维加颗粒活性炭产品。容器的两端开口与柄部8里的通道2相通。相关夹紧过滤装置的装置零件3包括一种金属弹簧和一插接零件，金属弹簧长度约5毫米，直径约2.5毫米，插接零件长度约10毫米，直径约4.5毫米，其特点既便于与烟斗柄部和过滤装置无缝连接，也便于利用弹簧伸缩的空间进行安装和卸下过滤装置。

在推荐的实施例里，例如图示的实施例，过滤装置放在近烟斗斗部端。通常，到烟斗斗部边沿的距离约6毫米。这减少了由于烟气高温将会引起的令使用者感到不适的可能性。

本发明方法使这种具有降焦减害留香功能的烟斗产品至少可降低焦油含量30％以上，CO、NO、稠环芳烃、烟碱、亚硝基、自由基、挥发性腈类、酚类等多种对人体有害的物质可降低30％以上，烟气中的总粒相物也大大下降，与此同时，保留原来烟气物质60％以上。用这种降焦减害留香的烟斗产品吸烟和普通烟斗对同一种烟感官评吸对比，无产生异味或其他不良信息，其杂气(包括很难克服的地方杂气)、刺激都大大减少，余味改善，烟的香气不但没有减少，反而更加饱满醇和，整体指标都得到改善。本发明推荐的烟斗过滤装置的里的聚丙烯基高选择性吸附分离材料其吸气阻力小于51.94Pa，可方便的再生，能重复使用，无二次污染。

虽然这里没有推荐，其它的纤维状选择性吸附分离材料也可以应用于过滤装置，诸如其他种离子交换纤维、鳌合纤维、氧化还原纤维、活性碳纤维、极性纤维、非极性纤维等，只要它们能选择性降低烟气中焦油含量与有害成分并保留烟气香吃味成分，使烟气中的有害成分较大幅度降低而香吃味成分又能够较小程度损失，正如上面讨论过的那样。

本发明，包括推荐的实施例在这里得到了详细的描述。该实例有助于理解本发明，但不能理解为限制本发明。然而，应该明白对于那些精通本领域的人来说，根据本发明上述的构思，可以对本发明做出许多变化和/或改进，然而这仍在本发明所规定的权利要求范围之内。

本发明使烟斗式烟具有降焦减害留香方法结合附图给予详尽描述如下：

附图是根据本发明的具有斗部、柄部和可拆卸的过滤装置的烟斗式烟具的示意图，显示了柄部的纤维状选择性吸附分离材料存放的过滤装置和相关夹紧过滤装置的装置零件，说明了本发明的过滤装置和相关夹紧过滤装置的装置零件的一种推荐的布置方法。

附图所示的本发明的实施例，具有同普通烟斗相似的轮廓尺寸。它包括一普通的烟斗6，该烟斗包括一斗部7，一柄部8，一环形的相关夹紧过滤装置的装置零件3和一可更换的过滤装置1。过滤装置1装有纤维状选择性吸附分离材料一聚丙烯基高选择性吸附分离材料4。过滤装置1安装在烟斗柄部，使过滤装置适用于任何普通的烟斗。

在附图所示的实施例中，过滤装置1长约25毫米，直径同普通烟斗柄部的轮廓尺寸，近烟斗吸烟气收集口5端约20毫米，装有聚丙烯基高选择性吸附分离材料4，也可装有少量其他过滤材料构成，如醋酸纤维或聚丙烯纤维加颗粒活性炭、加香及各种添加物系列产品。容器的两端开口与柄部8里的通道2相通。相关夹紧过滤装置的装置零件3包括一种金属弹簧和一插接零件，金属弹簧长度约5毫米，直径约2.5毫米，插接零件长度约10毫米，直径约4.5毫米，其特点既便于与烟斗柄部和过滤装置无缝连接，也便于利用弹簧伸缩的空间进行安装和卸下过滤装置。

在推荐的实施例里，例如图示的实施例，过滤装置放在近烟斗斗部端。通常，到烟斗斗部边沿的距离约6毫米。这减少了由于烟气高温将会引起的令使用者感到不适的可能性。

Claims (9)

1、一种使烟斗式烟具有降焦减害留香功能的方法，具体内容包括：

(1)一可更换的过滤装置，该装置特征在于装有选自离子交换纤维、鳌合纤维、氧化还原纤维、活性碳纤维、极性纤维、非极性纤维的纤维状选择性吸附分离材料，也可装有少量其他过滤材料醋酸纤维或聚丙烯纤维加颗粒活性炭或加香物。

(2)一夹紧过滤装置的装置，便于与烟斗柄部和过滤装置连接，也便于安装和卸下过滤装置。

2、根据权利要求1方法所述的烟斗式烟具，其特征在于，所述夹紧过滤装置的装置包括一种金属弹簧和一插接零件，利用弹簧伸缩的空间进行安装和卸下过滤装置。

3、根据权利要求1的方法，其特征在于所述过滤装置放在烟斗柄部的近斗部端。

4、根据权利要求1的方法，其特征在于所述过滤装置装有的纤维状选择性吸附分离材料其一是通过聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯一丙烯共聚物、聚酚醛、聚酰胺、聚烯烃、碳纤维、活性碳纤维或半碳化纤维纤维上引进弱酸、弱碱、强碱、强酸或酸碱两性功能基团而制成；其二是含有酯基类、酰胺、亚砜、腈、吡啶基或氨基基团的多孔性纤维状吸附材料，以聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯一丙烯共聚物、聚酚醛、聚酰胺、聚烯烃纤维为基体经聚合反应或交联反应而制成；其三是以粘胶基或酚醛基或聚氯乙烯基或聚乙烯醇基或聚酰亚胺基或聚苯乙烯基或天然胶基或沥青基或聚丙烯腈基纤维被用作前驱体，热解并经活化而制成的活性碳纤维。。

5、根据权利要求1的方法，其中所述应用选择性吸附分离纤维状材料选为离子交换纤维时，其特征在于离子交换纤维结构由基体纤维和交换基团两部分组成，基体纤维选自聚丙烯(PP)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯一丙烯共聚物、聚酚醛、聚酰胺、聚烯烃、碳纤维、活性碳纤维或半碳化纤维，交换基团选自磺酸基、磷酸基、羧酸基、季铵盐基、氨基、吡啶基、咪唑基、羧基—吡啶基或羧基—咪唑基。

6、根据权利要求1的方法，其中所述应用选择性吸附分离纤维状材料选为极性纤维时，其特征在于含有酯基类、酰胺、亚砜、腈、吡啶基、氨基等基团的多孔性纤维状吸附材料，以聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯一丙烯共聚物、聚酚醛、聚酰胺、聚烯烃纤维为基体经聚合反应或交联反应而制成。

7、根据权利要求1的方法，其中所述应用选择性吸附分离纤维状材料为非极性纤维时，其特征在于非极性纤维是在分子水平上不存在正负电荷相对集中的极性基团的多孔性纤维状吸附材料，以聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯一丙烯共聚物、聚酚醛、聚酰胺、聚烯烃纤维为基体经聚合反应或交联反应而制成。

8、根据权利要求1的方法，其中所述应用选择性吸附分离纤维状材料选为鳌合纤维时，其特征在于螯合纤维是一类能与金属离子形成多配位络合物的纤维状吸附功能材料，其功能基中存在着具有未成键孤电子的N、O、S、P等原子，这些原于能以一对孤电子与金属形成配位键，构成与小分子螯合纤维物相类似的稳定结构，可选偕胺亏基纤维、二胺基或醇胺基螯合纤维、异硫脲基螯合纤维、硫脲基螯合纤维、巯基螯合纤维或磺酰氯基螯合纤维。

9、根据权利要求1的方法，其中所述应用选择性吸附分离纤维状材料为活性碳纤维时，其特征在于活性碳纤维(Activated Carbon Fiber，ACF)是以粘胶基或酚醛基或聚氯乙烯基或聚乙烯醇基或聚酰亚胺基或聚苯乙烯基或天然胶基或沥青基或聚丙烯腈基或天然植物纤维基物被用作前驱体，热解并经活化而制成活性碳纤维，以及空心ACF、ACF纸等特殊结构的活性碳纤维。

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