JP2007508818A - タバコ煙フィルタ - Google Patents

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Abstract

金属添着剤により添着された高活性度活性炭(17)を含有するタバコ煙フィルタ。標準巻きタバコフィルタ中に用いられるものよりも高い活性度を有するベース活性炭と組み合わせた比較的低レベルの添着剤の使用は、巻きタバコ煙からのHCNを除去する上で極めて有効である。

Description

本発明は、特に巻きタバコ用のタバコ煙フィルタに関する。
タバコの煙からの望ましくない気相(VP)成分を除去するための活性炭の使用は、周知のことである。
巻きタバコの煙のVP留分中には400を超える化合物がある(例えば、アルデヒド、ケトンおよび炭化水素)。活性炭は強い吸着剤であり、それはタバコの煙から多数のこれら化合物を除去する上で有効である。しかし、VP留分中の化合物は、すべて、活性炭により、同じような程度に低減される傾向にあり、活性炭は、有効な「包括的吸着剤」として説明することが可能である。
近年、巻きタバコフィルタによる選択的濾過、すなわち、他の煙成分の除去に比較してタバコの煙からの特定化合物の強化された除去への関心が高まってきている。選択的除去が特に望ましい一つの化合物は、シアン化水素(HCN)が、一般に、VP留分中に見出される最も毒性のある化合物の一つであるとして認識されるという理由により、HCNである。HCNは、巻きタバコフィルタ中に用いられる場合に標準活性炭により除去されるが、しかし、それは他のVP化合物に比較して選択的には除去されない。実際、その除去率は、通常、他のVP化合物よりも低くある。
活性炭に種々の化学物質を添加して特定化合物の除去率を高めることは、周知のことである。これらの「添着炭」は、化学反応を通してならびに物理的吸着により特定化合物を除去することができる。こうした添着炭は、例えば、活性炭が、一般に、特定毒物の除去を標的とする多くの化学物質の一つ以上を添着するガスマスクおよび人工呼吸器用途において広く用いられる。我々の実験において、こうした人工呼吸器クラスの活性炭では低いレベルのみの全体除去が得られるので、巻きタバコフィルタ用途に用いられる場合に比較的効果の上がらないものであることが示されてきた。人工呼吸器クラスの活性炭が、炭素とガス間の接触時間がガスマスク/人工呼吸器用途におけるものよりも一段と少ない巻きタバコフィルタ環境に適さないことは、明らかである。これらの人工呼吸器クラスの活性炭は、また、HCNに対する強化された選択性の証拠をほとんど示さなかった。上記は、巻きタバコフィルタ用途でのHCNの有効な除去のために添着剤の高充填が必要とされるであろうことを、一般に予想させるであろう。
我々は、思いがけなく、標準巻きタバコフィルタ中に用いられるものよりも高い活性度を有するベース活性炭と組み合わせての比較的低いレベルの添着剤の使用が、巻きタバコの煙からのHCNを除去する上で極めて有効であることを見出してきた。
本発明により、金属添着剤を添着させた高活性度活性炭を含有するタバコ煙フィルタが提供される。
好ましくは、金属添着剤は、高活性度活性炭の乾燥重量の10%以下の量で存在する。さらに好ましくは、添着剤は、高活性度活性炭の1〜5%である量において存在する。金属添着剤は、例えば、銅、マンガン、モリブデン、コバルト、鉄、亜鉛の一つ以上であることが可能である。一つの好ましい実施形態において、添着剤は銅である。別の好ましい実施形態において、金属添着剤は銅とモリブデンの組合せである。
本明細書において、「金属添着剤」、「銅」および「モリブデン」などは、金属それら自体および/またはあらゆる形態(例えば、塩、錯体、キレートなど)におけるそれらのイオンを意味する。
本発明の活性炭は、それらから活性炭を調製することが可能であるあらゆる原料から誘導することが可能である[それらから活性炭が調製することが可能であるこれらの原料には、例えば、木材、石炭、ココナッツなどの木の実の殻、泥炭、石油コークスおよび骨、およびポリ(アクリロニトリル)またはフェノール−ホルムアルデヒドなどの合成源が挙げられる]。
活性炭は、「高活性度」の活性炭である。この文脈における「活性度」は、ベース活性炭(ベース活性炭は添着剤例えば、銅および/またはモリブデンによる添着前の活性炭を指す)による平衡条件下で吸着される特定蒸気(例えば、4塩化炭素−CTC)の重量百分率を指す。本明細書における活性度のレベルは%CTC値として与えられる。従って、95%CTCの活性炭活性度の値は、平衡条件下でのCTCの95重量%の吸着レベルを指す。「高活性度」は、平衡条件下で約90%CTCを超えて吸着するベース活性炭(すなわち、金属添着前の活性炭)を指す。好ましくは、活性度は添着前に90%より大きくある。さらに好ましくは、活性炭の活性度は添着前に100%より大きくある(すなわち、ベース活性炭は平衡条件下で約100%を超えるCTCを吸着する)。
好ましくは、活性炭は、添着後、80%CTCを超え、さらに好ましくは90%CTCを超える活性度を有する。
さらなる態様における本発明により、銅対モリブデンの比率が1.3対1より大きくある銅とモリブデンを添着する活性炭を含有するタバコ煙フィルタが提供される。
添着活性炭中の銅対モリブデンの好ましい比率(重量での)は、2:1よりも大きくある。特に好ましいものは、3.5:1〜4.5:1間の比率である。添着活性炭中の銅対モリブデンの特に好ましい比率は4:1である。
好ましくは、活性炭は高活性度の活性炭である。
さらなる態様における本発明により、高活性度活性炭である、銅とモリブデンを添着する活性炭を含有するタバコ煙フィルタが提供される。
高活性度活性炭は上で検討されている。好ましくは、活性炭の活性度は、90%CTCより大きく、さらに好ましくは100%CTCより大きくある。
好ましくは、銅およびモリブデンは、活性炭の乾燥重量の10%以下である組合せ量で存在する。好ましくは、銅およびモリブデンは、活性炭の乾燥重量の1〜5%である量で活性炭中に存在する。
好ましくは、銅対モリブデンの比率が1.3対1より大きくある。さらに好ましくは、銅対モリブデンの比率は、2対1より大きく、好ましくは3.5対1〜4.5対1間にある。特に好ましい銅対モリブデンの比率は、4対1である。
我々は、最も意外なことに、軍事的または非軍事的人口呼吸器において通常用いられる添着剤の濃度に較べての金属添着剤濃度(例えば、銅/モリブデン添着剤濃度)の劇的な減少が、HCN除去における識別し得る悪化をもたらさないことを見出してきた。
本発明の活性炭の粒径は、要求される性能およびフィルタ構造に応じて決まる。本明細書において、与えられるメッシュサイズはUSメッシュである。適する添着活性炭は、2mm(メッシュサイズ10)〜0.15mm(100メッシュ)間の粒径からなる。好ましくは、実質的にすべての添着活性炭は、0.6mm(30メッシュ)〜0.212mm(70メッシュ)間の粒径からなる。さらに好ましくは、実質的にすべての添着活性炭は、0.425mm(40メッシュ)〜0.212mm(70メッシュ)間の粒径からなる。
本発明によるタバコ煙フィルタの添着活性炭は、全体VP減少への悪影響なしで、HCNの驚くべき選択的除去を示すことが可能である。添着炭は、添着成分(例えば、金属イオン)および煙中に存在する成分(および/またはこれらの反応の生成物)間の化学反応が、喫煙者の満足度を減少させる巻きタバコの味への悪影響を及ぼすので、これまでは巻きタバコ用途における利点を見出してこなかった。本発明のタバコ煙フィルタは、例えば、添着銅、添着銅およびモリブデンの、以前HCNの許容可能な除去のために必要と思われた量よりも、むしろより低い量を含むことが可能であり、これは味覚へのあらゆる悪影響を減少させる可能性が高い。
出願者らは、また、本発明によるフィルタの活性炭の利点が、活性炭重量のより低いレベルで驚異的に有効であることを示してきた。これは、フィルタ製造に関連するコストを減少させることが可能である。好ましいタバコ煙フィルタは、金属添着剤(例えば、銅およびモリブデン)を添着した150mg未満の活性炭を含有する。特に好ましいタバコ煙フィルタは、10mg〜70mgの添着活性炭、さらに好ましくは30mg〜60mgの添着活性炭を含有する。
本発明によるフィルタは、タバコ煙フィルタを含む微粒子吸着剤に対して以前から提案されているあらゆる設計からなることが可能である。例えば、本発明による添着活性炭は、集められてプラグを形成するトウまたは繊維またはシート材料上に担持されるフィルタプラグ全体にわたって分散することが可能であり、それは、代わりに、フィルタプラグのマトリクスを通して延びる1以上の糸に付着するか、またはフィルタプラグ周りのラッパーの内面に付着することが可能であるか(例えば、さらなる情報のために注目が向けられる英国特許第A−9124535号明細書および英国特許第A−9221545号明細書に記載されているように)、または、それは、通常のラッパーにおける一対のプラグ(例えば、酢酸セルローストウの)間に挟まれる床を形成することが可能である。
本発明によるフィルタは、追加的に、巻きタバコの煙のVP留分中に存在する他の化合物(例えば、アルデヒド)を選択的に除去することが可能であるかまたは可能でない、本発明により必要とされる活性炭以外の1以上の特定吸着剤(例えば、シリカゲル、異なる活性炭またはゼオライト)を含むことが可能である。追加の吸着剤(複数を含む)は、本発明により必要とされる活性炭と混合するか、および/またはこれと分離することが可能である。
本発明によるタバコ煙フィルタは、また、フィルタまたは巻きタバコ製造に続く長い期間(例えば、保存における)後でさえHCNの有効な除去を提供することが可能である。公知のフィルタにおいて用いられる活性炭は、保存中にフィルタまたはタバコ中に存在する揮発性化学種を吸着し、それによって、巻きタバコが煙を出している時にフィルタ活性炭がそれによりVP化合物を除去することができる効率を減少させる。これは、公知のフィルタがそれによりHCNを除去する効率が、また、経時的に減少する結果をもたらす。驚くことに、HCNを除去するための本発明によるフィルタの能力は、長期間(例えば、6ヶ月)にわたる保存後でさえも有意に悪化することはない。
本発明は、また、その上流側末端で包装されたタバコロッドに接続されるあらゆる先行クレームによるフィルタを含むフィルタ巻きタバコを提供する。本発明による巻きタバコフィルタは、通常、通気性かまたは非通気性の張り出し部分であることが可能である従来型の吸い口上包を有する包装されたタバコロッドに取り付けられる。
本発明は、以下の実施例により、および添付図面を参照して説明される。
比較実施例−人工呼吸器活性炭
人工呼吸器用途におけるHCN除去用に推奨される多数の添着商業用活性炭を、多くの供給業者から入手し、巻きタバコフィルタ用途において日常的に用いられる標準(非添着)活性炭と比較した。これらの試験は、それぞれが二つの酢酸セルロースフィルタ・セグメント間の充填床中に活性炭100mgを含有する「三重顆粒状」フィルタにより巻きタバコを組み立てることを含んだ。フィルタ巻きタバコからISO条件(35cm3吹かし量、分当り1回採取でそれぞれ2秒持続)下で煙を出し、シアン化水素HCNおよび平均VP収率を測定した。フィルタ中に活性炭を全く含まない等価巻きタバコと比較した巻きタバコAからF(これらはそれぞれ6種の一般的な人工呼吸器クラスの活性炭の一つを含む)に対する平均VPおよびHCNの減少百分率を表1に与える。表は、また、ココナッツ殻から誘導される非添着活性炭(巻きタバコフィルタ中に一般的に用いられるような)を含むフィルタを含有する「標準」巻きタバコに対するVPおよびHCN値を含む。
Figure 2007508818
人工呼吸器試料A〜Fが巻きタバコフィルタ環境に適していないことは明白である。標準フィルタがHCNに対して選択的でないことも明白である。
添着試料の調製
添着活性炭の試料を、一般的に、塩基性炭酸銅(II)、炭酸アンモニウムおよびジモリブデン(VI)酸アンモニウムを水性アンモニア性溶液中に溶解させ、表2中に詳しい比率(銅2%、モリブデン0.5%が与えられる)に従って活性炭と混合することにより調製した。他の金属濃度(および比率)に対する量を、それに応じて調整した。得られたスラリーを175℃に熱処理して、乾燥した自由流動性製品を生成し、次に、これを必要メッシュサイズに対して篩いにかけた。
Figure 2007508818
添着試料の試験
14個の添着活性炭試料を上記方法により調製した。フィルタ巻きタバコを組み立て、それぞれが試料一つの100mgを含有し、上記比較実施例に対して記載される手順を用いて試験した。14個の添着試料、および二つの非添着対照品(試料番号3および4)に対する結果を表3に与える。
銅2%のみを含有する添着活性炭のさらなる試料を、ジモリブデン酸アンモニウムが混合物から除外されることを除いて、上述の手順を用いて調製した。試料(試料番号27)を表3中に含まれる試料に対して用いられるものと同じ手順を用いて試験し、その結果を表3aに与える。
Figure 2007508818
Figure 2007508818
結果は、試料番号11、15および27などの本発明の実施形態である巻きタバコフィルタにおいて、HCNの高い減少率(巻きタバコ煙のVP留分中のHCNの減少率)と併せてのVP物質の高い減少率(すなわち、巻きタバコ煙のVP留分中の成分の減少率)を達成するために、比較的低レベルの金属添着(10%未満、好ましくは1〜5%)と併せた高活性度(約90%CTCを超える)を有するベース活性炭を用いることが望ましいことを示す。
より高いCTC活性度は、より高いHCN保持率およびVP保持率の両方を有する傾向がある。VP保持率は添着剤濃度を下げるにつれて増大する。HCN保持率は、銅およびモリブデン濃度の関数として測定される場合にまずまず一定のままである(表3)。従って、非軍事的または軍事的人工呼吸器において用いられるものに較べての銅/モリブデン添着剤濃度の劇的な減少が、これらの活性炭を含有するフィルタによるHCN除去の識別可能な悪化を全くもたらさなかったことは、驚くべきことである。
各種ベース材料(例えば、ココナッツ殻および石炭)から誘導される活性炭を調製してきた;これらは、例えば、同じメッシュサイズ、添着レベルおよび活性度に対する石炭とココナッツ間のHCN保持率の観点からはほとんど違いがないことを示す。
結果は、また、より小さなメッシュサイズ(例えば、メッシュサイズ30/70USメッシュ)がより大きなメッシュサイズよりもHCNに関して優れた性能を与えることを明らかに示す(例えば、試料15と16を比較すること)。これは、メッシュサイズの変動がVP除去に比較的小さな影響しか及ぼさないことが見出されてきた巻きタバコフィルタにおける習慣的に見られた挙動とは相反するものである。
我々の実験は、また、本発明の実施形態における活性炭のかなりの利点が、フィルタ中のより低いレベルの活性炭重量でなおさらに著しくあることを示してきた。試料番号8および11を、二つの異なる活性炭重量(すなわち、それぞれ5%および2.5%金属レベル)を有する巻きタバコフィルタの製造に用い、上述のように試験を行った。結果を表4aおよび4bに与える。
Figure 2007508818
Figure 2007508818
長期にわたる性能の保持
フィルタを含有する公知の活性炭の不利は、フィルタ中の活性炭が、保存中にフィルタまたはタバコ中に存在する揮発性化学種を吸着し、それによって、活性炭がそれにより煙を出す際にVP化合物を除去することができる効率を下げることである。これは、公知の活性炭がそれによりHCNを除去する全体効率が経時的に下がるという影響を及ぼす。出願者らは、本発明を具現化するフィルタを含むフィルタ巻きタバコの性能の変化を試験した。フィルタはフィルタ当り約95mgの活性炭を含んだ。
組み立てられた巻きタバコとして保存された本発明を具現化するフィルタおよび性能の変化を0、3および6ヶ月で測定した。結果を表5に示す。
Figure 2007508818
本発明を具現化するフィルタ、試料番号8および11により作製されたもののHCN減少率の性能が、6ヶ月にわたって有意に低下しない(とりわけ標準活性炭を含有する試料に較べて)ことは、明らかである。
図1のフィルタは、酢酸セルローストウの円筒型口側吸い口濾過プラグ2、酢酸セルローストウの円筒型上流側濾過プラグ3、およびプラグ周りに取り付けられてそれらの間に空洞6を形成するフィルタラッパー4を有する。空洞6は、上述の方法により調製されると共に上述の試料番号11に同一の組成の銅およびモリブデンを添着した活性炭の顆粒17により充填される。
図2は、フィルタの全長および包装されたタバコロッド10、11の隣接末端部のみを覆い取り付けられる全体の吸い口上包12によってそれ自身の包装紙11中のタバコロッド10にその上流側末端7で接合される図1タイプのフィルタを示す。
実施例17
図1および図2を参照して記載される本発明によるフィルタおよびフィルタ巻きタバコの特定実施例において、フィルタは27mm長さ、周辺で約25mmである。口側吸い口プラグ2は、10mm長さの非包装アセテート(NWA)プラグ−すなわち、技術上周知である一緒に集められ結合される可塑化酢酸セルロース・フィラメントの成形非包装プラグである。
上流側吸い口プラグ3は10mm長さの包装されたアセテート(WA)プラグ−すなわち、可塑化酢酸セルロース・フィラメントの成形包装プラグである。フィルタラッパーは27mm長さで、プラグ2と3の間に広がる7mm長さである空洞6を与える。空洞6を、上記方法により調製されると共に上述の試料番号11に同一組成の銅およびモリブデンで添着した活性炭顆粒17の100mgによって充填する。フィルタロッドを、通気性吸い口上包12により、市販されている包装タバコロッド10、11に取り付ける。
さらなる特定実施例(実施例17a)において、空洞を、上記方法により調製されると共に上述の試料番号27に同一組成の銅で添着した活性炭顆粒17の100mgによって充填する。
実施例17および実施例17aが公知の三重顆粒フィルタに構造上似ているが、しかし、本発明による活性炭を含むことは理解される。
図3のフィルタは、酢酸セルローストウの円筒型口側吸い口濾過プラグ52、およびまた酢酸セルローストウの円筒型上流側濾過プラグ53を有する。上述の方法により調製されると共に上述の試料番号11に同一の組成の銅およびモリブデンを添着した活性炭粒子67を、集められてプラグを形成するトウまたは繊維またはシート材料上に担持される上流側濾過プラグ53の全体にわたって分散させる。フィルタラッパー54をプラグ周りに取り付ける。図3タイプのフィルタが、例えば、図2における実施例17を参照して示されるやり方でタバコロッドにその上流側末端57で接合する(例えば、フィルタの全体長さおよび包装されたタバコロッドの隣接末端部のみを覆い取り付けられる全体の吸い口上包によってそれ自身の包装紙中のタバコロッドに接合する)ことが可能であることは、理解される。
実施例18
図3を参照して記載される本発明によるフィルタの特定実施例において、フィルタは27mm長さ、周囲約25mmである。口側吸い口濾過プラグ52は、14mm長さの非包装アセテート(NWA)プラグ−すなわち、技術上周知である一緒に集められ結合される可塑化酢酸セルロース・フィラメントの成形非包装プラグである。
上流側吸い口プラグ53は、また、技術上周知であるような一緒に集められ結合される可塑化酢酸セルロース・フィラメントの13mm長さの成形プラグである。上述の方法により調製されると共に上述の試料番号11に同一の組成の銅およびモリブデンを添着した活性炭粒子67の50mgを、集められてプラグを形成するトウ材料(フィラメント)上に担持される濾過プラグ53の全体にわたって分散させる。粒子をそれにより収集過程の間にトウ材料に導入することが可能である方法は、技術上周知である。フィルタラッパー54をプラグ周りに取り付け、これは27mm長さであった。
フィルタロッドは、図2に示されそれを参照して説明されるやり方で、通気性吸い口上包により市販されている包装タバコロッドに取り付けることが可能である。
さらなる特定実施例(実施例18a)において、空洞を、上述の方法により調製されると共に上述の試料番号27に同一の組成の銅を添着した活性炭粒子67の50mgで充填し、それらをトウ材料上に担持される濾過プラグ53の全体にわたって分散させる。
実施例18および18aが公知の活性アセテートフィルタに構造上に似ているが、しかし、本発明による活性炭を含むことは理解される。
本発明によるフィルタが、微粒子吸着剤−公知の微粒子吸着剤を本発明の添着活性炭で置き換えたタバコ煙フィルタを含む−のために前から提案されているあらゆる設計からなることが可能であることは理解される。
本発明の一つの実施形態による個々のフィルタおよびフィルタ巻きタバコの一定の比例にはない概略断面側面図である。 本発明の一つの実施形態による個々のフィルタおよびフィルタ巻きタバコの一定の比例にはない概略断面側面図である。 本発明の異なる実施形態による個々のフィルタの一定の比例にはない概略断面側面図である。

Claims (26)

  1. 活性炭が高活性度活性炭である、金属添着剤により添着された活性炭を含有するタバコ煙フィルタ。
  2. 金属添着剤が、銅、モリブデン、マンガン、コバルト、亜鉛および鉄の1以上から選択される請求項1に記載のタバコ煙フィルタ。
  3. 金属添着剤(複数を含む)が高活性度活性炭の乾燥重量の10%以下である量で存在する請求項1または請求項2に記載のタバコ煙フィルタ。
  4. 金属添着剤(複数を含む)が活性炭の乾燥重量の1〜5%である量で存在する請求項3に記載のフィルタ。
  5. 金属添着剤が銅である請求項1〜4のいずれか一項に記載のタバコ煙フィルタ。
  6. 銅対モリブデンの比率が1.3対1を超える、銅およびモリブデンにより添着された活性炭を含有するタバコ煙フィルタ。
  7. 活性炭が高活性度活性炭である、銅およびモリブデンにより添着された活性炭を含有するタバコ煙フィルタ。
  8. 銅およびモリブデンが活性炭乾燥重量の10%以下である組合せ量で存在する請求項6または請求項7に記載のフィルタ。
  9. 銅およびモリブデンが活性炭乾燥重量の1〜5%である量で存在する請求項6、7または8のいずれか一項に記載のフィルタ。
  10. 添着活性炭中の銅対モリブデンの比率(重量での)が2対1を超える請求項6〜9のいずれか一項に記載のフィルタ。
  11. 添着活性炭中の銅対モリブデンの重量比率が3.5対1〜4.5対1間にある請求項6〜10のいずれか一項に記載のフィルタ。
  12. 添着活性炭中の銅対モリブデンの重量比率が4対1である請求項6〜11のいずれか一項に記載のフィルタ。
  13. 活性炭が添着前に90%CTCを超える活性度を有する請求項1〜12のいずれか一項に記載のフィルタ。
  14. 活性炭が添着前に100%CTCを超える活性度を有する請求項1〜13のいずれか一項に記載のフィルタ。
  15. 活性炭が添着後に80%CTCを超える活性度を有する請求項1〜14のいずれか一項に記載のフィルタ。
  16. 活性炭が添着後に90%CTCを超える活性度を有する請求項1〜15のいずれか一項に記載のフィルタ。
  17. 実質的にすべての活性炭が2mm〜0.15mm間の粒径からなる請求項1〜16のいずれか一項に記載のフィルタ。
  18. 実質的にすべての活性炭が0.6mm〜0.212mm間の粒径からなる請求項1〜17のいずれか一項に記載のフィルタ。
  19. 10mg〜150mg間の活性炭を含有する請求項1〜18のいずれか一項に記載のフィルタ。
  20. 30mg〜60mg間の活性炭を含有する請求項1〜19のいずれか一項に記載のフィルタ。
  21. さらに1以上の追加吸着剤を含む請求項1〜20のいずれか一項に記載のフィルタ。
  22. 追加の吸着剤(複数を含む)がHCN以外の巻きタバコ煙のVP留分中に存在する化合物(複数を含む)を選択的に除去する請求項16に記載のフィルタ。
  23. 説明および実施例に関連して実質的に上文に記載されるタバコ煙フィルタ。
  24. 添付図1および2に関連して実質的に上文に記載されるタバコ煙フィルタ。
  25. 添付図3に関連して実質的に上文に記載されるタバコ煙フィルタ。
  26. その上流側末端で包装されたタバコロッドに接合される請求項1〜25のいずれか一項に記載のフィルタを含むフィルタ巻きタバコ。
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