JP2014519839A - フィルター材 - Google Patents

Abstract

本発明は、喫煙品のフィルターまたはフィルターエレメントに含まれるフィルター材に関し、このフィルター材はポリラクチド繊維と可塑剤とを含む。また、本発明はこのフィルター材を含むフィルターまたはフィルターエレメント、および、このフィルターまたはフィルターエレメントを含む喫煙品に関する。

Description

本発明は、喫煙品のフィルターまたはフィルターエレメントに使用される、ポリラクチド繊維および１種以上の可塑剤を含むフィルター材に関する。

タバコの煙をろ過するものとしてさまざまな繊維材料が提案されてきた。最も一般的に使用されているフィルター材はセルロースアセテートトウである。しかし、このフィルター材の欠点の一つとして、分解に時間がかかる点が挙げられる。使用済み喫煙品のほとんどの構成要素は、湿気および／または機械摩耗に晒されると、比較的短い時間内に個々の成分に分離し分解するのに対して、セルロースアセテートフィルター材は実質的に水溶性ではないので、生分解しにくく、分解に時間がかかる。

使い捨て製品には生分解可能な材料を使用するのが望ましい。生物活性環境に置かれた生分解性高分子は、細菌、カビ、藻類などの微生物の酵素作用で分解される。これら生分解性高分子の重合鎖は、化学的加水分解などの酵素によらない工程でも切断してもよい。本明細書で用いられる用語「生分解可能な」は、制御された堆肥化条件でプラスチック材料の好気性分解を決定する標準的な試験法を使用した場合に、１年以内に分解する組成物を意味する。

ポリ乳酸すなわちポリラクチド（ＰＬＡ）は、生物分解性と生体適合性を併せ持つポリマーとして注目されている。ＰＬＡは再生可能資源（例えばトウモロコシ、小麦、米など）由来であり、生分解、再生利用、堆肥化が可能である。さらに、ＰＬＡは加工性に優れている。実際に、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）やポリε-カプロラクトン（ＰＣＬ）などの他の生分解性材料に比べて、ＰＬＡは熱加工性に優れている。ＰＬＡは射出成型、フィルム押出、ブロー成形、熱成形、繊維紡糸、塗膜形成で加工可能である。ただし、ＰＬＡは疎水性ポリマーであり、水に対して可溶性または分散性を有さないので、使用が制限される場合がある。

生分解可能なフィルター材、好ましくは、熱加工が可能でありかつ優れた機械特性と物理特性を有する繊維に簡単に加工することができる生分解可能なフィルター材を製造することが望まれている。

セルロースアセテート（ＣＡ）を、可塑剤で処理して喫煙品のフィルターに使用してもよい。この場合は、例えば、（通常は液状の）可塑剤をＣＡトウに吹き付けるなどの方法で、液状の可塑剤をＣＡ繊維の表面に塗布する。この可塑剤の作用によって、隣接する繊維がそれらの接触点で結合されることにより、ろ過ロッドの硬度がタバコの製造および使用に充分に耐え得るものになる。したがって、このような方法でＣＡに添加される材料は、一般には可塑剤と呼ばれるものの、実際には可塑剤というよりも、結合剤または硬化剤として作用する。このような用途に使用される好適な可塑剤としては、トリアセチン（三酢酸グリセリン）、クエン酸トリエチル（ＴＥＣ）、およびＰＥＧ４００（低分子量ポリエチレングリコール）が挙げられる。可塑化されたセルロースアセテートトウは、煙中の準揮発性化合物（例えばフェノール、ｏ−クレゾール、ｐ−クレゾール、ｍ−クレゾールなど）の選択的除去を向上させるものとしても知られている。この効果をもたらすためには、可塑剤がＣＡ繊維の表面に存在していることが不可欠であると考えられている。ところが、繊維を結合する可塑剤を添加すると、実際には繊維材料の分解性が低下する結果となる。繊維が結合していると、使用済みの喫煙品のトウを構成している個々の繊維の分解が確実に遅れるため、繊維束のままの状態が続き、分解処理を行う要素への露出度が低くなる。

このように、可塑剤には繊維を結合する効果があるため、従来のＣＡフィルターは多くの場合６〜８％の可塑剤を含む。可塑剤の含有率がこれよりも高いと、セルロースアセテートトウに悪影響が及び、穴が開く原因となることが分かっている。

本発明の第１の態様によれば、喫煙品のフィルターまたはフィルターエレメントに含まれるフィルター材が提供され、このフィルター材はポリラクチド繊維と、少なくとも１種の可塑剤とを含む。

本発明の第２の態様では、第１の態様に係るフィルター材を含むフィルターおよびフィルターエレメントが提供される。

本発明の第３の態様では、第２の態様に係るフィルターまたはフィルターエレメントを有する喫煙品が提供される。

ＰＬＡトウとＣＡトウの性能を表す座標曲線である。 ＰＬＡフィルターのろ過効率を通気抵抗の関数として示すグラフである。 ＰＬＡトウとＣＡトウの通気抵抗に対するＮＦＤＭのろ過効率を示すグラフである。 ＰＬＡフィルターに添加剤として含まれるトリアセチン（ＴＡ）の、煙中のフェノール系化合物を吸着する効果を示すグラフである。 ＰＬＡフィルターに添加剤として含まれるクエン酸トリエチル（ＴＥＣ）の、煙中のフェノール系化合物を吸着する効果を示すグラフである。 ＰＬＡフィルターに含まれるさまざまな添加剤の、煙中のフェノール系化合物を吸着する効果を示すグラフである。

本発明の実施形態によれば、強度や加工性が高いといった優れた機械特性を有し、かつまたはあるいは喫煙品のフィルターまたはフィルターエレメントに組み込まれた場合にも生分解可能であり、および／または優れた吸着性質を示すフィルター材の提供が可能である。

本明細書で用いられる用語「喫煙品」は、タバコ、タバコ派生物、膨張タバコ、再生タバコ又はタバコ代替品のいずれを基礎材料としているかに関わらず、紙巻きタバコ、葉巻タバコおよびシガリロ等の喫煙することができる製品、並びに加熱するが燃焼させない製品を含む。

このフィルター材の繊維は、本質的にポリラクチド繊維からなっていてもよい。これに加え、またこれに代えて、ポリラクチド繊維は本質的にポリラクチドからなっていてもよい。

ＣＡからＣＡ繊維を製造するのとほぼ同一の方法で、ＰＬＡから繊維を製造してもよい。ＣＡ繊維は溶液紡糸加工で製造されるが、ＰＬＡ繊維は溶融押出加工で製造してもよい。

本発明で使用されるポリラクチド（ＰＬＡ）は、ラクチドを開環重合する、または乳酸を直接縮重合するなどの様々な合成法で製造してもよい。本発明で使用されるＰＬＡの等級は限定されておらず、ＰＬＡの分子量を所望の特性および用途に応じて変更してもよい。ポリ（Ｌ−ラクチド）（ＰＬＬＡ）が好ましい、というのは繊維の製造に有益な結晶性を持っているからである。

図１は、３Ｙ４００００のトウ性質を有するＰＬＡトウとＣＡトウの性能を表す座標曲線である。図１の性能曲線は、フィルターの通気抵抗の変化を、フィルターに使用されるトウの重量の関数として示す。ここでは、長さ１３２ｍｍ、円周２４．３０ｍｍのろ過ロッドを使用した場合の結果が示されている。この情報に基づいて、所望の通気抵抗を実現するためにフィルターの重量を調整でき、この通気抵抗を従来のセルロースアセテートフィルターの通気抵抗と一致させてもよい。また、この性能曲線から、トウの加工性の限界（最高通気抵抗および最低通気抵抗）を知ることもできる。

図２は、ＰＬＡフィルターのろ過効率を、通気抵抗の関数として示す。Ｓ１〜Ｓ４は表１の試料である。煙の分析は、換気領域を閉塞した状態で、ＩＳＯ喫煙法（３５／２／６０）で行った。図２のデータに示されるように、通気抵抗が同じであるときは、従来の可塑化された（可塑剤の含有率が８．６％の）セルロースアセテートフィルターに比べて、ＰＬＡ繊維のみで作製されたフィルターは吸着性質に劣る。このグラフでは、可塑化されていないＰＬＡトウを使用して作製された４つのフィルター試料を、これらのフィルターの通気抵抗に基づいて検査した（水位計はそれぞれ３７７ｍｍ、４２１ｍｍ、４８６ｍｍ、５４０ｍｍ、フィルターロッドの長さは１３２ｍｍ）。さらなる詳細は後述するが、これらの試料の通気抵抗はＰＬＡの重量に関係している（表１参照）。

図３は、ＰＬＡトウとＣＡトウで作製されたフィルターの通気抵抗に対するＮＦＤＭろ過効率を示す。これらのフィルター（長さ２２ｍｍおよび円周２４．３ｍｍ）は、同一の仕様（３．０Ｙ４００００）のトウで作製された。煙の分析は、換気領域を閉塞した状態で、ＩＳＯ喫煙法（３５／２／６０）で行った。

上述したように、ＣＡトウに含まれる可塑剤は結合材として作用し、隣接する繊維を互いに結合させ、これによりトウの硬度と構造の完全性が高まる。これに対して、同じ可塑剤をＰＬＡ繊維に添加すると、可塑剤は可塑剤としての本来の機能を果たして軟化作用を及ぼすが、繊維を結合することはない。

ところが、ＰＬＡ繊維に少なくとも１種の可塑剤を添加すると、ＰＬＡトウの吸着性質に有意な影響を及ぼすことが分かっている。

図４〜６のデータから分かるように、可塑剤を含まないＰＬＡトウは、いくつかのホフマン検体（Hoffmann Analyte）、特にフェノール系検体の吸着に注目すると、相対的に吸着性が劣る。これらのグラフに示される測定値０％は、ＰＬＡ系トウの性能が、対照として使用されている従来の可塑化されたＣＡトウ（グラフでは「ＣＡ対照」と記されている）の性能と一致していることを示す。

いくつかの検体に関しては、可塑剤を添加すると、ＣＡの吸着性に近似し、これと同等になり、さらに場合によってはこれを上回ることが明らかである。グラフに示される負のパーセンテージ数は、ＣＡ対照よりも吸着性が高かったことを示す。

いくつかの実施形態では、フィルター材は、ＰＥＧ、トリアセチン、およびＴＥＣからなる群から選択される１種以上の可塑剤を含む。

このフィルター材に含まれる可塑剤の総量は、フィルタートウ材料の総重量の４〜１５重量％でよい。したがって、もし１種のみの可塑剤が含まれている場合は、その可塑剤は４〜１５重量％含まれていればよい。数種の可塑剤が含まれている場合は、その可塑剤の合計量がフィルタートウ材料の４〜１５重量％でなければならない。

いくつかの実施形態では、このようなフィルター材を使用して、フィルター材を通って引き込まれる煙から、準揮発性化合物を選択的に除去する量を増やしてもよい。ポリエチレングリコール、ＴＥＣ、および／またはトリアセチンを可塑剤としてＰＬＡ繊維の表面に塗布することにより、この効果をもたらすことができると考えられている。

いくつかの実施形態では、このようなフィルター材料を使用して、フィルター材を通って引き込まれる煙の味覚性質を向上させてもよい。いくつかの実装形態では、クエン酸トリエチルおよび／またはトリアセチンを可塑剤としてＰＬＡ繊維の表面に塗布することにより、この効果をもたらすことができる。

実施例
本発明を以下の具体的な実施例で更に詳しく説明する。以下の実施例は例示的な実施形態であって、本発明がこれらの実施例に限られるものではないことは言うまでもない。

ここで使用されたＰＬＡトウの仕様は３．０Ｙ４００００であり、これはＰＬＡ繊維デニールが３．０、繊維形状がＹ形、トウデニールが４０，０００であることを意味する。

加工は、トウをろ過ロッドに変形するのに使用される機械であるＫＤＦ２を用いて行った。

以下の表１は、長さ１３２ｍｍ、直径２４．３０ｍｍの標準的なろ過ロッドに組み込まれた場合のＰＬＡろ過トウとＣＡろ過トウのトウ重量と比較した通気抵抗の変化を示す。同一のＰＬＡトウを使用しろ過ロッド中のトウ重量を変えて、つまり、同範囲中に含まれるＰＬＡトウの量がそれぞれ異なるように充填度を変えて、種々の試料が作製された。

図２は、ＰＬＡフィルターのろ過効率を通気抵抗の関数として示すグラフである。煙の分析は、換気領域を閉塞した状態で、ＩＳＯ喫煙法（３５／２／６０）で行った。

図２は、表１に示されたＰＬＡフィルターのろ過効率を示す。このろ過効率は、表に示された喫煙成分が如何に効率的にフィルターに留まるかを表す。このろ過効率は、フィルターを有さない対照タバコと、ＰＬＡフィルターを有する試験用タバコとを喫煙して、それぞれのタバコにおけるタール（ＮＦＤＰＭ）、ニコチン、および水分の送達量を計量して測定される。この結果から、フィルターの通気抵抗を変えることで、これらの成分の送達量を調整することができることが分かる。

図４は、ＰＬＡフィルターに添加剤として含まれるトリアセチン（ＴＡ）の、煙中のフェノール系化合物に対する効果を示すグラフである。煙の分析は、換気領域を閉塞した状態で、ＩＳＯ喫煙法（３５／２／６０）で行った。分析結果はタールに対して正規化されており、ＣＡとの差を百分率で表した。このデータは、異なる量のＴＡを含むＰＬＡを使用した場合のフェノール系化合物の送達量を比較したものである。可塑化されたＣＡフィルターを有する従来のタバコ（ｐＣＡ対照）を基準として使用した。結果は、以下の式で算出した百分率で表わされている。

（ＰＬＡからの送達量−対照からの送達量）×１００／対照からの送達量

この結果から、ＴＡの量が増加するにつれて検体量が低下することが分かる。

図５は、ＰＬＡフィルターに添加剤として含まれるクエン酸トリエチル（ＴＥＣ）の、煙中のフェノール系化合物に対する効果を示すグラフである。煙の分析は、換気領域を閉塞した状態で、ＩＳＯ喫煙法（３５／２／６０）で行った。分析結果はタールに対して正規化されており、ＣＡ対照との差を百分率で表した。このデータは、図４に関連して上述したのと同じ方法で算出された。この結果から、ＰＬＡ繊維にＴＥＣを添加すると検体の選択的吸着量が増加する効果があることが分かる。

図６は、ＰＬＡフィルターに添加されるさまざまな添加剤の、煙中のフェノール系化合物に対する効果を示すグラフである。煙の分析は、換気領域を閉塞した状態で、ＩＳＯ喫煙法（３５／２／６０）で行った。分析結果はタールに対して正規化されており、ＣＡ対照との差を百分率で表した。このデータは、図４に関連して上述したのと同じ方法で算出された。この結果から、ＰＬＡ繊維にＴＥＣを添加すると、同量のトリアセチンを添加したときよりも、検体の選択的吸着量が増加する効果があることが分かる。

したがって、このデータから、ＰＬＡフィルターに添加剤を添加すると、特定のホフマン検体の選択的除去量を増加させることができると結論づけることができる。

種々の問題に対処し本技術を促進するため、本開示の全体は種々の実施形態を一例として示す。その実施形態の中で特許請求の範囲に記載の発明が実践され、優れたフィルター材が提供される。本開示の利点および特徴は、単に実施形態の代表的事例であって全てを包括する事例ではなく、これ以外を排除する事例でもない。これらは単に特許請求された特徴の理解を助け、教示するために提示されているに過ぎない。当然のことだが、本開示の利点、実施形態、実施例、機能、特徴、構造、および他の態様は、特許請求の範囲で規定される本開示またはその均等物を限定するものではなく、本開示の範囲・概念から逸脱することなく他の実施形態を利用し改変することができる。種々の実施形態は、開示された要素、構成要素、特徴、部品、工程、手段他の種々の組合せを好適に含んでも、それらで構成されても、または本質的にそれらで構成されてもよい。さらに本開示には、現在特許請求されていないが将来特許請求される可能性がある他の発明も含まれる。

Claims (7)

1. 喫煙品のフィルターまたはフィルターエレメントに含まれるフィルター材であって、前記フィルター材はポリラクチド繊維と可塑剤とを含むフィルター材。
2. 前記フィルター材の前記繊維が、本質的にポリラクチド繊維からなることを特徴とする請求項１に記載のフィルター材。
3. 前記ポリラクチド繊維が、本質的にポリラクチドからなることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルター材。
4. 前記可塑剤が、ポリエチレングリコール、トリアセチン、およびクエン酸トリエチルからなる群から選択されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフィルター材。
5. 前記可塑剤が、前記フィルター材の４〜１５重量％含まれていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のフィルター材。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のフィルター材を含むフィルターまたはフィルターエレメント。
7. 請求項６に記載のフィルターまたはフィルターエレメントを含む喫煙品。

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