JP5250694B2 - シガレットおよびシガレット材料の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、シガレットおよびシガレット材料の処理方法に関する。

これまで、シガレット主流煙中に存在する一酸化炭素を除去するために、タバコ刻、巻紙またはフィルタに、貴金属触媒や遷移金属酸化物触媒を添加することによって、一酸化炭素を酸化して二酸化炭素に変換することが提案されている。

例えば、特許文献１には、タバコカット充填材にＦｅ₂Ｏ₃のナノ粒子からなる触媒を添加することが記載されている。しかし、微細な金属酸化物のナノ粒子を調製するには煩雑な工程が必要になる。特許文献２には、タバコカット充填材に、ナノスケールの金属粒子または金属酸化物粒子を担持させた高表面積担体粒子を添加することが記載されている。しかし、ナノスケールの金属粒子または金属酸化物粒子を高表面積担体粒子に担持させるには、高表面積担体粒子をコロイド溶液から誘導するなど、さらに煩雑な工程が必要になる。

特許文献３には、金属オキシ水酸化物を巻紙、タバコカットフィラーおよびフィルタ等に添加することが記載されている。特許文献３は、その表１に、金属オキシ水酸化物を添加した場合のＣＯ低減率は２９％であることを示している。このＣＯ低減率は、同表１に示された、当初から金属酸化物と炭酸カルシウムを添加した場合のＣＯ低減率３３％よりも低い。

特表２００５−５２２２０６号公報 特表２００７−５２７６９８号公報 米国特許出願公開第２００５／０１５５６１６号明細書

本発明は、主流煙中の一酸化炭素がより一層低減したシガレットおよびシガレット材料の処理方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面によれば、タバコ刻のロッド、および前記タバコ刻ロッドの外周面を包む巻紙を備え、前記タバコ刻および／または巻紙に有機酸の遷移金属塩が含まれているシガレットが提供される。

本発明の第２の側面によれば、有機酸の遷移金属塩により、タバコ刻および／または巻紙を処理することを包含するシガレット材料の処理方法が提供される。

本発明によれば、シガレットの主流煙中の一酸化炭素を有意に低減することができる。

図１は、モデルガスを用いて一酸化炭素低減能を分析するための装置の構成図である。 図２は、有機酸遷移金属塩を充填した反応管の加熱温度と反応管を通過したガス中の一酸化炭素濃度を示すグラフである。

以下、本発明をさらに詳しく説明する。

本発明のシガレットは、タバコ刻のロッドおよびこのロッドの外周面を包む巻紙を備える。

タバコ刻は、タバコ材料を切断あるいは粉砕したものであり、適切な添加物を含むことができる。タバコ材料としては、バーレータバコ、黄色タバコ、オリエントタバコのタバコ葉もしくは葉タバコ中骨、発酵タバコ、ダークキュアタバコもしくは再構成タバコ材料、またはそれらの混合物を用いることができる。添加物としては、天然または合成の香味料、グリセリン、プロピレングリコール等の多価アルコール、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール等の糖アルコール、ヒアルロン酸等を例示することができる。

タバコ刻のロッドを包む巻紙自体は、通常のシガレットに用いられる巻紙である。巻紙の原料として、亜麻、木材のほか、バガス等の農業副産物繊維、竹等の非木材繊維等を用いることができる。また、巻紙には、白色灰化剤および燃焼調整剤として、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、タルク、二酸化チタン、並びに炭酸、ギ酸、酢酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸、乳酸および硝酸のナトリウム、カリウム、カルシウムおよびマグネシウムの塩のいずれか１種またはそれ以上が含まれ得る。

本発明において、タバコ刻および／または巻紙には、有機酸の遷移金属塩が含まれている。有機酸としては、例えばフマル酸、クエン酸、シュウ酸、ギ酸、安息香酸、乳酸およびステアリン酸を挙げることができる。中でも炭素を合計で２〜７個有する有機酸が好ましく、フマル酸、クエン酸、シュウ酸がより好ましく、フマル酸が特に好ましい。

遷移金属としては、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｅ、Ｉｒ、ＰｔおよびＡｕから成る群から選択される少なくとも１種の金属を用いることができる。Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎが好ましく、Ｆｅが特に好ましい。

タバコ刻および／または巻紙に添加された有機酸の遷移金属塩は、タバコ燃焼時に分解して遷移金属酸化物に転換され、その触媒作用により主流煙中の一酸化炭素が低減するものと考えられる。つまり、本発明によれば、タバコの燃焼熱により自動的に触媒が生成する。有機酸の遷移金属塩は、一酸化炭素低減触媒の前駆体として機能し、シガレットを燃焼させることにより、触媒を生成する。

上記の有機酸の遷移金属塩は、タバコ刻に対して、好ましくは１〜５０重量％含まれている。１重量％未満であると、十分に一酸化炭素低減能を発揮することができない傾向にある。また５０重量％を超えるとタバコ刻の処理が困難となり好ましくない。

上記の有機酸の遷移金属塩が巻紙に含まれる場合には、有機酸の遷移金属塩は、好ましくは０．１〜５０ｇ／ｍ²の割合で巻紙中に含まれる。０．１ｇ／ｍ²未満の量は、一酸化炭素低減能を十分に発揮させ得ない傾向にある。５０ｇ／ｍ²を超える量は、巻紙の処理が困難とさせ得る。

有機酸の遷移金属塩は、巻紙に含める場合、巻紙の平滑度および巻紙中での被保持性の観点から、０．０５〜５μｍの粒径を有することが好ましい。

また、本発明は、上記有機酸の遷移金属塩により、タバコ刻および／または巻紙を処理することを包含するシガレット材料の処理方法に関する。

本発明のシガレット材料の処理方法は、例えば、上記有機酸の遷移金属塩を有機溶媒（有機酸の遷移金属塩を溶解しない）に分散させた溶液を、タバコ刻および／または巻紙に撒布することにより行なうことができる。有機溶媒としてはいずれの有機溶媒を用いてもよく、例えばエタノールのようなアルコール等を挙げることができる。水系溶媒は上記有機酸の遷移金属塩が溶解する結果、巻紙に吸収される量以上を撒布することが困難となる。有機酸の遷移金属塩を有機溶媒に分散させる場合には、乳化剤をさらに加えてスラリーの状態で使用することがより好ましい。乳化剤は、食品添加物として用いられている既知のものであればよく、例えばレシチン等である。乳化剤は、有機酸の遷移金属塩の重量の１％〜５０％の量で用いることができる。１％を下回ると、分散効果が十分に発現されず、５０％を上回ると、有機酸の遷移金属塩の分解に支障をきたす。

さらに、有機酸の遷移金属塩は、タバコ刻に練り込むことができるし、あるいは巻紙に塗布することもできる。さらに、有機酸の遷移金属塩は、巻紙を抄紙する際の完成紙料に配合することもできる。

上記した通り本発明のシガレット材料の処理方法は、シガレット材料（タバコ刻および／またはシガレット巻紙）を有機酸の遷移金属塩により処理するという非常に簡便な方法である。後述するように、このように簡便な方法をもって、従来優れているとされていた酸化鉄ナノパウダーよりも、主流煙中の一酸化炭素をさらに低減することができる。

実施例１
モデルガスを用いて、本発明のシガレットに添加される各種有機酸の遷移金属塩の一酸化炭素低減能を調べた。実施例１では遷移金属として鉄を用いた。

有機酸鉄塩として、クエン酸鉄はナカライテスク株式会社製のものを、その他の有機酸鉄塩は和光純薬製のものを用いた。なお、有機酸の鉄塩として、７５μｍのふるい径を通過した粒子を使用した。

図１は、有機酸遷移金属塩の一酸化炭素低減能を分析するための装置を示す。下記表１に示される量の鉄を含む実施例１の有機酸鉄を加熱炉８内に設置された反応管９に充填した。一酸化炭素（ＣＯ）ガスおよび二酸化炭素（ＣＯ₂）を、それぞれガスボンベ３および５から、質量流量計４、６を経由して供給し、水を電子天秤１で測量して、定量ポンプ２から供給した。ＣＯガスおよびＣＯ₂ガスとともに、上記水を蒸発器７（２００℃）に通した。水は、蒸発して水蒸気となる。こうして、蒸発器７内で、モデルガス（ＣＯ濃度；４モル％、ＣＯ₂濃度；８モル％、Ｈ₂Ｏ濃度１０モル％、窒素残部）が調製された。このモデルガスを、５００，０００ｈ^-1の空間速度（ＳＶ）となるようにその流量を設定し、反応管９中に充填した有機酸鉄塩の層に流通させた。反応管９中の有機酸鉄の層の温度を２００℃から９００℃までに昇温させながら、モデルガスを３．５時間流通させた。図１中、ＰＧは、圧力計であり、ＴＩＣは反応管９の管壁の温度を測定する温度計であり、ＴＩは充填層の温度を測定する温度計である。温度計ＴＩＣで測定された温度は、加熱炉８により加熱する際の制御用モニター温度として使用される。反応管９から流出したガスを冷却トラップ１０に通した後、株式会社堀場製作所製赤外ガス分析計（ＶＩＡ−５１０；非分散形赤外線吸収法による）１１により、一酸化炭素量を定量した。

各有機酸鉄の一酸化炭素酸化量、鉄元素１モル当たりの一酸化炭素酸化量、および一酸化炭素除去率の結果を表１に示す。表中、「添加剤」として示すものが有機酸鉄である。

比較例１
有機酸鉄塩の代わりに、酸化鉄（四酸化鉄）パウダー（シグマアルドリッチ社製）を添加したこと以外は、実施例１と同様の条件で、一酸化炭素除去率等を測定した。結果を表１に併記する。

実施例２〜３
有機酸鉄塩の代わりに、有機酸銅および有機酸マンガンを用いたこと以外は実施例１と同様の条件下で、一酸化炭素低減能を調べた。結果を表２および３に示す。これら実施例では、有機酸の遷移金属塩は、和光純薬製のものを用いた。

表１〜３から明らかな通り、一酸化炭素は酸化されていることがわかった。実施例１〜３の結果から、遷移金属として鉄を用いた場合に優れた一酸化炭素低減能を示すことがわかった。実施例１において添加剤中に含有されている鉄元素のモル数が、比較例１の従来の酸化鉄触媒中の鉄元素のモル数よりも少ないにも拘わらず、鉄元素１モル当たりのＣＯ酸化量は比較例１と同等若しくはそれ以上であった。中でも、フマル酸鉄を用いた場合には、比較例１よりも、一酸化炭素酸化量、鉄１モル当たりの一酸化炭素酸化量および一酸化炭素除去率の全てにおいて優れていることがわかった。またステアリン酸鉄を用いると一酸化炭素除去率等が大きく低減するため、有機酸として、合計炭素数が２〜７個程度のものを用いることが好ましいことがわかった。

実施例４
有機酸の遷移金属塩としてのフマル酸鉄１４５ｇと、亜麻パルプ（リンセル社製）１５ｇを、２０００ｇのエタノール／レシチン混合液（エタノール：レシチン重量比＝９０：０．５）に分散させたスラリーを調製した。このスラリーをシート状にキャスティングするか、または１６メッシュと２００メッシュのステンレス金網を重ねた手漉き紙作製用具上に流して、坪量が５０ｇ／ｍ²のタバコ巻紙を作製した。

ここで、フマル酸鉄の粒径が大きすぎると巻紙の平滑度が低下し、また均一に分散しない。粒径が小さすぎると、手漉き試作用具を抜け落ちて巻紙上に担持できないことがわかった。好ましい粒径は０．０５〜５μｍである。

また、フマル酸鉄を上記エタノール／レシチン混合液３０ｍＬに分散させてスラリーを調製した。タバコ刻重量に対してフマル酸鉄が１０重量％となるように、噴霧器を用いて上記スラリーを噴霧することにより、タバコ刻にフマル酸鉄を添加できることがわかった。

実施例５
本実施例において、有機酸の遷移金属塩の作用機構について考察する。

タバコ刻（２Ｒ４Ｆ）１００ｍｇとフマル酸鉄１０ｍｇを混合し、サンプル管に詰めた。このサンプル管を触媒分析装置（日本ベル社製：ＢＥＬＣＡＴ）にセットした。サンプル管に、モデルガス（ＣＯ：３．３９モル％、Ｏ₂：２．１９モル％、Ｈｅ：残部）を流通させ、４０℃／分で昇温させ、２００℃から８００℃まで昇温したときのＣＯ濃度を測定した。結果を図２に示す。図２から明らかな通り、６００℃付近でタバコ刻が酸化燃焼して、一酸化炭素が一時的に増加した後、一酸化炭素が低減する傾向が見られた。このことにより、６００℃付近でフマル酸鉄を加熱処理したことによりフマル酸鉄が分解して酸化鉄になり、触媒として機能したものと推測できる。

Claims (10)

1. タバコ刻のロッド、および前記タバコ刻ロッドの外周面を包む巻紙を備え、前記タバコ刻および／または巻紙に有機酸の遷移金属塩が含まれているシガレット。
2. 前記有機酸がフマル酸、クエン酸、シュウ酸、ギ酸、安息香酸、または乳酸である請求項１に記載のシガレット。
3. 前記遷移金属が、Ｔｉ，Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｅ、Ｉｒ、ＰｔおよびＡｕから成る群から選択される少なくとも１種の金属である請求項１に記載のシガレット。
4. 前記有機酸の遷移金属塩が、前記タバコ刻に対して１〜５０重量％の量で含まれている請求項１に記載のシガレット。
5. 前記有機酸の遷移金属塩が、前記巻紙に０．１〜５０ｇ／ｍ²の量で含まれていることを特徴とする請求項１に記載のシガレット。
6. 有機酸の遷移金属塩により、タバコ刻および／または巻紙を処理することを包含するシガレット材料の処理方法。
7. 前記有機酸が、フマル酸、クエン酸、シュウ酸、ギ酸、安息香酸、または乳酸である請求項６に記載の処理方法。
8. 前記遷移金属が、Ｔｉ，Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｅ、Ｉｒ、ＰｔおよびＡｕから成る群から選択される少なくとも１種の金属である請求項６に記載の処理方法。
9. 前記有機酸の遷移金属塩を有機溶媒に分散させた溶液を、タバコ刻および／または巻紙に撒布することを特徴とする請求項６に記載の処理方法。
10. 前記溶液がさらに乳化剤を含むことを特徴とする請求項９に記載の処理方法。

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