JP4242347B2 - フィルターエレメント - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、生物分解性のフィルター材料からなるフィルターエレメントに関するものである。そのフィルター材料は、主として、再生原料からなり、特に、巻きタバコ、葉巻、又はパイプ等の円筒形タバコ喫煙フィルターとして使用される。また、本発明は、フィルターエレメントの製造方法に関するものである。

例えば、巻きタバコのような喫煙物品は、円筒形状を有している。喫煙物品においては、吸われるタバコ材料は、細かく裁断された形状をしており、紙巻きによって巻かれている。これらの巻きタバコの殆どは、その一端にフィルターを有している。そのフィルターは、バンドによって巻きタバコに連結されている。文献では、フィルターエレメント及び巻きタバコフィルターは、しばしばフィルタートウと呼ばれる。セルロース−２，５−アセテート又はポリプロピレンのような材料からなる繊維材料が、通常、巻きタバコフィルターの製造に使用される。更に、タバコ煙に含まれている毒素を除去するために活性炭を使用することが、よく知られている。公知の方法では、繊維セルロースアセテート材料が、ジェット紡糸法によって主として製造されている。縮らせたり押しつぶされたりしているセルロースアセテートフィラメント及び／又はジェットスパンセルロースアセテート繊維から、フィルタートウがフィルターロッドとしてまず製造されるが、それは、縮らせたバンドを拡げ、その体積を増し、それを所望の寸法にし、そして、それをフォーマット手段によって紙で巻くことによって、製造される。セルロース−２，５−アセテート原料は、通常、柔軟剤としてのグリセリルモノアセテートと混合されているが、それがタバコ煙に含まれていることが、大きな問題となっている。

ＤＥ１９５３６５０５Ａ１及び対応するＥＰ８６１０３６Ａは、生物分解性のフィルター材料の製造方法を開示している。そのフィルター材料は、再生原料からなっており、巻きタバコ、葉巻、パイプ等のタバコ喫煙フィルターエレメントとして使用される。そして、フィルタートウ又はフィルター材料は、熱可塑性デンプンやそのポリマー混合物に基づいたバイオポリマーの繊維やフィラメントから製造される。それらの目的に従って、フィルター材料はタバコ煙からの毒物を抑えるために使用される。しかしながら、巻きタバコフィルターの切断面に、消費者が肉眼で容易に見つけることのできないフィルター材料のほぐれた構成材があることが、わかった。これらの構成材は、殆ど巻きタバコフィルターに使用されているセルロースアセテート繊維の断片であり、活性炭フィルターが使用されている場合には、これらの構成材は、カーボン粒子である。これらのほぐれたフィルター構成材の一部は、巻きタバコを吹かす時に放出される。例えば、活性炭を含むフィルターを有する巻きタバコを吸うときは、タバコ煙毒物を含んでいるかもしれないカーボン粒子が放出される。しかも、例えば、フィルターを切断するとき、繊維や繊維の構成材が放出される。喫煙するとき、上述したフィルターの欠点に起因して、タバコ煙からの毒物で被覆されたフィルター繊維及び／又はフィルター粒子が、吸い込まれたり飲み込まれたりする。したがって、巻きタバコを吸うことに伴うかなりの健康上のリスクに加えて、フィルター構成材が放出されることに起因した更なる健康上のリスクがあることが、少なくとも想定される（参照："Release of cellulose acetate fibers and carbon particles from cigarette filters", report of the Federal Institute for Health Protection of Consumers and Veterinary Medicine dated June 4, 2002）。

従来技術に関しては、更に、ＥＰ０６５８３２０Ｂ１、ＥＰ０６３６３２４Ｂ１、及びＤＥ３３１１９０３Ａ１に述べられている。

本発明の目的は、フィルター構成材の放出及びフィルター構成材を有する巻きタバコの外的汚染による、健康上のリスクを、防止し又は少なくとも低減する、喫煙製品用のフィルターを製造するための、フィルタートウ又はフィルター材料を提供することである。

この目的は、請求の範囲の特徴によって達成される。

目的を達成する際、本発明は、任意の活性炭だけでなく、デンプン材料及び／又はデンプンベースポリマー混合物からなる、フィルターエレメントを提供する、という基本的考えから始まっており、それにおいては、フィルターエレメントは、孔及び／又はフィルターチャンネルを備えている。フィルターエレメントは、デンプン発泡体、デンプンポリマー繊維、又はバイオポリマーフィルムからなるフィルター材料と、任意に組み込まれた活性炭層と、を含むことができる。そのようなフィルター材料にくっついたり喫煙の際に放出されるかもしれないフィルター粒子は、対応量の水分を含んでいる環境中で消失する。それらは、上述した健康を害する効果にとって考慮に入れない。活性炭は、粉又は粒として提供でき、デンプン及び／又はデンプンベースポリマー混合物からなるフィルター材料中に、異なった態様で存在できる。例えば、デンプンは、発泡でき、活性炭のベース材料を形成できる。活性炭は、デンプン材料からなる発泡されたフィルター材料上にスプレーでき、又は、中間層として組み込むことができる。デンプン材料は、平面の形（例えば発泡体プレート）にでき、又は、丸形フィルターロッド内で発泡でき、及び、対応して形成された部分に割り込むことができる。セルロース繊維、麻、又は綿繊維のような天然繊維は、約５体積％の量でフィルターエレメントに含むことができる。

本発明のフィルターエレメント、例えば丸いフィルターロッドを製造するために、活性炭の層が、例えば粉末としてスプレーされることにより、切断されたデンプン発泡部分の上に提供され、或いは、他の方法によって、デンプン発泡部分の間に持ち込まれ、或いは、その上に設けられる。デンプン発泡部分と活性炭との、このようにして結合され及び接続された層は、フィルムによって巻かれ、或いは、他の好ましいカバーを備える。そして、丸いフィルターロッドは、デンプン発泡体と活性炭との積み重ねられたディスク又は層、すなわちガス流に対して横方向に交互に設けられているデンプン発泡体と活性炭との層、を備えている。層の、配置、厚さ、空隙率、又は他のパラメータは、フィルター材料を通るタバコ煙の風味運搬分子の通過に影響する。風味運搬分子の通過（例えばその数）や他のパラメータに関するタバコの種類及び特定の所望効果も、また、タバコ風味が影響できることを用いて、役割を果たしている。

例えば、タバコの風味運搬分子の通過に影響できるようにするために、個々の層の中に及び／又は完成したフィルターエレメントの中に、更にフィルターチャンネルを含ませることができる。これらのフィルターチャンネルは、例えば、針やウォータージェットやレーザーによって、フィルターエレメントの製造中にいつでも作ることができる。フィルターエレメントの層の配置や厚さは、この点において重要ではない。例えば、デンプン発泡部分は、中間に設けて保存でき、それらは、使用目的に従って、任意に、活性炭の中間層と結合してフィルターエレメントを形成でき、そして、フィルムでカバーできる。フィルターチャンネルは、概ねガス流の方向に延びたり方向付けられたりできるが、それから外れることも可能である。更に、フィルターチャンネルは、部分的にタバコガス流に対して横方向に延びることができる。この場合、例えば丸いフィルターロッドとして形作られたフィルターエレメントは、相当する通気性及び／又は多孔の紙バンドで巻くことができ、或いは、フィルターチャンネルは、バンドで巻かれた完成した丸いフィルターロッドに導入される。フィルターチャンネルは、好ましくは５０〜１００μｍの寸法又は幅を有することができ、それらは、フィルターエレメント又は丸いフィルターロッドの中へ、例えばそれらの１以上の端部から始まる所定の深さまで、延びることができる。しかも、フィルターチャンネルは、縦方向に方向付けることができ、また、丸いフィルターロッドの全体を通して延びることができる。フィルター効果は、フィルターチャンネルの、形、寸法、数、及び配置によって、影響される。

デンプン発泡体及び活性炭の層を積み重ねる時、活性炭は粒の形で存在できる。フィルターエレメントの各層が密着していることは、例えば、収縮フィルムのような周囲材料によって実質的に保証できる。

活性炭を、フィルター材料中に、又は、デンプン及び／又はデンプンベースポリマー混合物からなるフィルター材料の層の間に、組み込むことによって、両材料の利点が結合されたフィルターエレメントが得られる。

例えば、約５体積％の天然繊維（例えば、綿繊維、セルロース繊維、麻）は、フィルターエレメント内に同様の方法で芯として設け又は組み入れることができ、それらは、タバコ煙からの有害な構成材を更にフィルターで除去することを助けるように、吸引効果を発展させることができる。

デンプン発泡体自身は、吸入可能な揮散物を放出せず、放出される可能性がある上述のカーボン粒子を吸収できる。巻きタバコフィルターを切断するときに、切断面に付着するデンプン発泡粒子又はデンプン繊維粒子は、生物分解性であるので、健康に関して無害である。対応量の水分が存在している環境中では、デンプン粒子又は繊維は、水分を吸収又は保持する。製造中、使用されるデンプン材料のパラメータは、以下のような方法で調節できる。すなわち、その方法は、肺の中の空気の水分量が、活性炭粒子及び毒物が付着している可能性があり且つ放出される可能性があるデンプン粒子又はデンプン繊維を、保持したり溶解したりするのに十分であり、また、吐き出す際の空気と共に肺の外へデンプン粒子及び繊維を運ぶのに十分である、方法である。したがって、タバコ煙を吸入することによる肺の中の蓄積を防止できる。

以下に、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明によれば、例えばメルトブラウン法やジェット紡糸法における操作条件に適合させた後に処理できる、という熱可塑性を有するデンプン材料が、フィルターエレメントを製造するために使用される。本発明に使用できる方法は、例えば、ＥＰ８６１０３６に詳細に記載されている。それらに記載されている方法では、大きな表面を有する、柔らかくてけばのある構造（メルトブラウン法）を達成するために、非常に細かい繊維が、押出システム及び特有のノズルを用いてエンドレス繊維（フィラメント）として製造され、空気によって旋回され、そして、引き延ばされて（強度を増すために）及びその後に縮まされ（ジェット紡糸法）、又は、引き延ばされない。

本発明のフィルターエレメント用のフィルター材料をジェット紡糸法によって製造する際、押出繊維がまず紡がれ、繊維の束に結合され、そして、引き出された後、それらは、圧縮ロールを用いてエンドレスフィルターへ形成される。デンプンポリマー繊維から本発明のフィルターエレメントを製造するための方法では、最終成形がコンフィギュレーションシステム中で行われる。それにおいては、エンドレスフィルターは、圧縮及び破砕機械に任意に再び供給され、そして、フィルターロッド機械において個々のフィルター部分に処理される。

押出成形を用いてデンプン発泡体を製造するためには、デンプンは、好ましくは、２軸押出機Continua（商標名）中で圧力及び温度の下でゼラチン化され、破壊され、そして、発泡体束として押出成形される。図１に概略的に示されるように、好ましくは天然じゃがいもデンプンであるデンプンのベース混合物２からなるデンプン発泡体２０、及び可塑化剤、及び被膜剤が、圧縮され、任意に変形され、可塑化され、熱及び機械的エネルギーを供給することによって押出システム３中で圧力及び温度の減少によって膨張され、圧縮工程で圧縮される。それにおいて、カレンダーシステム２２中でエンドレスフィルター７になるよう処理される。直径１０ｍｍを有する発泡された丸い外形は、フォーマット処理中に、製造され、直径７．８ｍｍと測定される。発泡フィルター束の特有の容積重量は、例えば、約１２ｋｇ／ｍ^３である。押し出されたデンプン発泡体２０は、実質的には開孔構造を有しており、その結果、結晶含有量が５％以下である破壊されたデンプンから形成されている発泡されたフィルター材料は、タバコ煙中に含有されている液体及び液体有害物質、例えば縮合物やタール物等を、吸収できる。それにおいて、デンプン発泡体自身は、タバコ煙中に、吸入可能な揮発物を何も放出しない。

短いフィルターロッドやフィルター部分１への更なる成形及び分離は、コンフィギュレーションシステム８で実行される。本発明によれば、エンドレスフィルターは、フィルター部分へ切断され、処理されて、活性炭の層（図３に示す）を任意に交互に有するデンプンベースフィルター部分の共棲構造を有するフィルターエレメントや巻きタバコフィルターとなる。

空気透過構造を有する押出製品は、本発明によって形成されるが、かなりの範囲が空気透過性を有している。例えば、押出製品は、高い空気透過性を期待できるように実質的に開孔構造を有している。しかしながら、押出製品は、空気透過性がそれ相応に低いように、部分的に閉孔構造を有することもできる。タバコ喫煙フィルター用のフィルター材料を特定のフィルター特性に調節することが可能とするために、適切な寸法を有する適切な数の追加のフィルターチャンネルを導入できる。

本発明によれば、フィルターチャンネルを、針、ウォータージェット、又はレーザービームを用いて、デンプン材料からなるフィルター材料に、導入できる。層構造のフィルターエレメント（丸いフィルターロッド）において、デンプン材料及び任意の活性炭からなる各フィルター層の厚さ、及び、チャンネル長さに相当するレーザー深さは、調節される。発泡デンプン材料のフィルター材料は、開孔構造を有するようにできるが、追加で導入されたフィルターチャンネルは、このフィルター材料の、例えば接着性のような、有利な特性を強めることができる。更に、例えばデンプンポリマー繊維からなるフィルター材料は、ろ過されるべきタバコ煙中の有害粒子の改良された接着性を示す。繊維状デンプン材料からなるフィルター材料は、積み重ね繊維に割り込むことができ、それにおいて、短い繊維の端部は、例えば、フィルター材料中に追加的に含まれているフィルターチャンネル中に、延び、その結果、フィルター特性を更に向上させることができる。図３は、図１に示される方法によって製造されたフィルターエレメント１を備えた巻きタバコ１０の縦断面図であり、それにおいて、タバコ１１を含む部分及びフィルターエレメント１を含む部分は、巻きタバコ紙１２によって囲まれて結合されており、フィルターエレメント１、及び、タバコ１１を含む部分に向かう移行領域は、強くする目的で、更なるバンド１３によって囲まれている。フィルターエレメント１は、積み重ね構造を有しており（図２参照）、それにおいて、デンプン発泡体２０の層及び活性炭２１の層は、交互に配置されている。

ＥＰ８６１０３６に開示されているような、デンプン発泡体からなり且つ開孔発泡体構造を有する、実質的に弾性で圧縮可能なフィルタートウの、ワンステップ製造方法に関する条件及び手法は、本発明に使用できる。

デンプン発泡体からフィルターを製造するための方法を示す図である。 個々のフィルターエレメントの縦断面図である。 本発明のフィルターエレメントを含む巻きタバコの縦断面図である。

Claims (12)

1. タバコ喫煙フィルターを製造するためのフィルターエレメントであって、デンプン及び／又はデンプンベースポリマー混合物を実質的に含有しているフィルター材料を備え、また、ガス流の方向に開放されている孔及び／又はフィルターチャンネルを備えており、フィルター材料が、デンプン及び／又はデンプンベースポリマー混合物と活性炭（２１）とからなる交互に連続した層内に、設けられており、層が、ガス流の方向に対して横向きに積み重ねられていることを特徴とするフィルターエレメント。
2. ガス流の方向に実質的に延びている連続したフィルターチャンネルを、好ましくは、備えており、フィルターチャネルの直径が、好ましくは、５０〜１００μｍである、請求項１記載のフィルターエレメント。
3. デンプン及び／又はポリマー混合物が、活性炭（２１）のための基材を形成している、請求項１又は２に記載のフィルターエレメント。
4. デンプン及び／又はデンプンベースポリマー混合物からなるフィルター材料が、発泡材料（２０）又は繊維性材料である、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のフィルターエレメント。
5. 発泡材料（２０）又は繊維性材料が、活性炭粉末（２１）用の基材を形成している、請求項４記載のフィルターエレメント。
6. セルロース繊維、麻繊維、綿繊維のような、天然繊維を、好ましくは、約５体積％含有している、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のフィルターエレメント。
7. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載のフィルターエレメントを製造する方法であって、
   （ａ）デンプン及び／又はデンプンベースポリマー混合物、及び更なる添加剤、からなる測定された混合物を、押出機システムに連続供給する工程と、
   （ｂ）確定した温度及び圧力の管理下で、溶融物を形成するために、混合物を加熱し且つ練る工程と、
   （ｃ）溶融物を、ノズルを通して押し出す工程と、
   （ｄ）空気透過性構造を有する押出生成物を形成する工程と、
   （ｅ）押出生成物を圧縮し、且つ、フィルター材料をエンドレスフィルター（７）として形成する、工程と、
   （ｆ）押し出されたフィルター材料を複数の部分に分ける工程と、
   （ｇ）少なくとも１つのフィルター材料部分からなるフィルターエレメント（１）を形成する工程と、を備えていることを特徴とする方法。
8. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載のフィルターエレメントを製造する方法であって、
   （ａ）デンプン及び／又はデンプンベースポリマー混合物、及び更なる添加剤、からなる測定された混合物を、押出機システムに連続供給する工程と、
   （ｂ）確定した温度及び圧力の管理下で、溶融物を形成するために、混合物を加熱し且つ練る工程と、
   （ｃ）溶融物を、ノズルを通して押し出す工程と、
   （ｄ）空気透過性構造を有する押出生成物を形成する工程と、
   （ｅ）押出生成物を圧縮し、且つ、フィルター材料をエンドレスフィルター（７）として形成する、工程と、
   （ｆ）押し出されたフィルター材料を複数の部分に分ける工程と、
   （ｇ）２つ以上のフィルター材料部分からなり、且つ、それぞれがそれに続くフィルター材料部分の間に活性炭層（２１）を備えている、フィルターエレメント（１）、を形成する工程と、を備えていることを特徴とする方法。
9. フィルターチャンネルが、フィルターエレメント（１）を形成する前に、フィルター材料部分内に導入されている、請求項７又は８に記載の方法。
10. フィルターチャンネルが、ウォータージェット、針、又はレーザービームによって、形成される、請求項９記載の方法。
11. フィルター材料が、デンプン発泡体、バイオポリマーフィルム、又は、デンプンポリマー繊維でできている、請求項７ないし１０のいずれか１つに記載の方法。
12. 更なる添加剤が、任意の発泡剤と、更に、ポリビニルアルコール、ポリエステルアミド及び／又はポリエステルウレタン、ポリ乳酸（ＰＬＢ）、ポリヒドロキシ酪酸（ＰＨＢ）、又は流れ助剤である、請求項７ないし１１のいずれか１つに記載の方法。

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