JP6429254B2 - 短繊維集合体ペレット及びたばこフィルター並びにその製造方法 - Google Patents
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-
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Description
セルロースアセテートで形成されたトウなどの繊維構造体を担持体として、上記の通り、アミノ酸、キトサンなどを担持させたものが、たばこ煙中のホルムアルデヒドの選択除去に有効であることも知られている。(特開2007−319041号公報)
従来のたばこフィルター巻上装置は、フィラメント(単繊維;紡糸された繊維の1本)を短い繊維にカットしながらフィルターロッドに成型する装置である。
このため、フィルター全てが短繊維で形成されたたばこフィルタを製造することはできても、フィルターの一部分を短繊維に置換したフィルターは製造できなかった。
このため、このような刃にフィラメントの削り粕が付着することが避けられず、巻上装置での異物混入につながる。
さらに、特表2011−509682号公報では、トウフィラメントはトリアセチンで処理されているので、削り粕にはトリアセチンが多く含まれ、これゆえにフィルターの欠陥やさらに多くの異物の混入につながり易い。
一方、このようなステープル(短繊維)の製造方法において、たばこフィルター用のフィラメントデニールが3〜8のものをカットした場合は、これらのステープルは軽く、飛散しやすく取り扱いが不便であった。
また、ステープル(短繊維)は嵩高く輸送にも不便であった。
セルロースアセテートのフィラメント(単繊維)にアミノ酸を添加する技術(特開2007−319041号公報)では、アルデヒド類の吸収には効果的ではあるものの、長繊維であるため、従来のフィルタ巻上装置で通常のフィルターの形状にせざる得ない。またフィラメントは長繊維であるので、通気抵抗が上がりやすい欠点があった。
また本発明は、前記短繊維集合体ペレットを使用したたばこフィルタとその製造方法を提供することを他の課題とする。
前記切断物が、長さが切断長さ(L)で、幅(W)と長さ(L)がL>Wの関係を満たしているものであり、
前記短繊維集合体ペレットが、前記切断物が前記幅方向に巻き込まれたものである、短繊維集合体ペレットに関する。
セルロースアセテート繊維のトウバンドにアミノ酸またはその塩の水溶液を含有させる工程、
前工程で得られたアミノ酸またはその塩が含有されたセルロースアセテート繊維のトウバンドを長さLで切断して、切断長さ(L)と幅(W)がL>Wの関係を満たす切断物を得る工程、
前工程で得られた前記トウバンドの切断物を水分量が10質量%以下になるまで乾燥する工程、
を有している、前記切断物が前記幅方向に巻き込まれた短繊維集合体ペレットの製造方法に関する。
本発明の短繊維集合体ペレットは、アミノ酸またはその塩が含有されたセルロースアセテートのトウバンドが切断された切断物からなものである。
長方形に近似する形状とは、正対する短辺同士または正対する長辺同士の長さが異なるが近似しているもの、短辺と長辺の角度が90度ではないが近似しているものなどである。
前記切断物は、長さは切断長さ(L)であり、幅(W)は異なる寸法のものが混在しているが、長さ(L)と幅(W)はL>Wの関係を満たしている。
前記切断物の長さ(L)は5〜15mmが好ましく、5〜10mmがより好ましい。
L/Wは1.1〜10.0が好ましい。
短繊維集合体ペレット20は、切断物10に対して人為的および機械的な外力が加えられて巻き込まれたものではなく、アミノ酸またはその塩が切断物10を形成する多数の短繊維間においてバインダーとして機能した結果、前記短繊維の直径方向に対してせん断力が加えられたことによって、巻き込まれるように丸くなったものである。
(アミノ酸またはその塩の水溶液を含有させる工程)
最初の工程において、セルロースアセテート繊維のトウバンドにアミノ酸またはその塩の水溶液を含有させる。
セルロースアセテート繊維のトウバンドは、好ましくは5,000〜100,000本程度のセルロースアセテート繊維のフィラメント集合体からなるテープ形状のものであり、捲縮されているものである。
セルロースアセテート繊維のトウバンドは、外力を加えない状態のときは、幅が約25〜約50mmのものである。
セルロースアセテート繊維(セルロースアセテート)の平均置換度は、1.5〜3.0の範囲から選択できる。
セルロースアセテート繊維の断面形状は、特に制限されず、例えば、円形、楕円形、異形(例えば、Y字状、X字状、I字状、R字状、H字状など)や中空状などのいずれであってもよいが、Y字状、X字状、I字状、R字状、H字状などの多角形の異形繊維断面が好ましい。
セルロースアセテート繊維の繊維径及び繊維長は、繊維の種類に応じて選択でき、例えば、繊維径0.01〜100μm、好ましくは0.1〜50μm程度であってもよく、繊維は連続繊維であることが好ましいが、繊維長が10cm〜1m程度の長さに切断されていてもよい。
セルロースアセテート繊維の繊度は、例えば、1〜16デニール、好ましくは1〜10デニール程度の範囲から選択できる。
モノアミノモノカルボン酸(中性アミノ酸、シスチンのようなジアミノジカルボン酸も含める)、モノアミノジカルボン酸(酸性カルボン酸)、ジアミノモノカルボン酸(塩基性アミノ酸)に分類することができる。
モノアミノモノカルボン酸としては、グリシン、アラニン、バリン、ノルバリン、ロイシン、ノルロイシン、イソロイシン、フェニルアラニン、トロシン、ジヨードチロシン、スルナミン、トレオニン、セリン、プロリン、ヒドロキシプロリン、トリプトファン、チロキシン、メチオニン、シスチン、システイン、αアミノ酪酸を挙げることができる。
モノアミノジカルボン酸としては、アスパラギン酸、グルタミン酸を挙げることができる。
ジアミノモノカルボン酸としては、リジン、ヒドロキシリジン、アルギニン、ヒスチジンを挙げることができる。
(I)アミノ酸またはその塩の水溶液中に前記トウバンドを連続的に浸漬する方法、
(II)前記トウバンドにアミノ酸またはその塩の水溶液をスプレーする方法、
(III)前記トウバンドにアミノ酸またはその塩の水溶液を塗布する方法、
などを適用することができるが、これらの方法に限定されるものではない。
浸漬条件は、次のとおりである。
水溶液中のアミノ酸またはその塩の濃度は0.1〜40質量%が好ましく、0.5〜30質量%がより好ましい。
水溶液温度は0〜80℃が好ましく、10〜50℃がより好ましい。
浸漬時間は0.01〜60分間が好ましく、0.1〜1分間がより好ましい。
次の工程では、図2に示すように、前工程で得られたアミノ酸またはその塩が含有されたセルロースアセテート繊維のトウバンド1を長さLで切断して複数枚の切断物10を得る。
トウバンド1は、多数本のセルロースアセテート繊維が長さ方向に収束されたものである。
トウバンド1を長さLに切断するとき、トウバンド1が長さ方向に引っ張られ、その力によって複数箇所において長さ方向に裂けてしまうため、図2に示すように長さ(L)は同じであるが、幅(W)が異なる複数枚の切断片10が生じることになる。
切断長さ(切断物10の長さ)Lは、好ましくは5〜15mmであり、より好ましくは5〜10mmである。
切断物10の幅(W)を制御することは困難であるが、短繊維集合体ペレットを製造する観点からは、L/Wが1.1〜10の範囲であるものが好ましい。
切断後、切断物(図1(a))は、速やかに幅W方向に巻き込まれるようにして丸まって、人為的または機械的な外力を加えることなく、円筒形状または円柱形状の短繊維集合体ペレット中間体(図1(b))に自然に変化する。
なお、切断工程と浸漬工程の順序を入れ替えても、図1(b)に示す短繊維集合体ペレット中間体を得ることができるため、最初に切断工程を実施した後、浸漬工程を実施して、次工程の乾燥工程に移行する製造方法でもよい。
次の工程では、前工程で得られた前記ペレット中間体を水分量が10質量%以下になるまで乾燥する。好ましくは水分量が5質量%以下、より好ましくは水分量が0.5質量%以下になるまで乾燥する。
乾燥方法は、加熱乾燥、加熱送風乾燥、常温乾燥、常温送風乾燥などの方法を適用することができる。
加熱送風乾燥するときは、例えば、熱風乾燥機を使用して、90〜120℃で5〜120分間程度乾燥する方法を適用することができる。
水分量が10質量%以下になったことは、乾燥後のペレットの一部(2g程度)をサンプリングして、ハロゲン水分計(メトラートレド社製 HB43)で水分量を測定して確認することができる。
短繊維集合体ペレット20は、多数の短繊維間および多数の短繊維表面に付着されたアミノ酸またはその塩がバインダーとして機能した結果、前記短繊維の直径方向に対してせん断力が加えられたことによって、幅方向に巻き込まれるように丸くなったものであり、丸くなった結果、接触している繊維同士も緩やかに付着している。
このため、短繊維集合体ペレット20に対して、例えば、短繊維集合体ペレット20の包装、包装品の運搬、包装品からの短繊維集合体ペレット20の取り出しなどの作業上必要な外力を加えても、形状はそのまま維持され、短繊維が解けたり、飛散したりすることもない。
公知のたばこフィルターの製造方法は、特表2011−509682号公報、WO2011/036452、WO2011/036451に記載されているとおり、連続したセルロースアセテートトウを短繊維にカットしながらフィルターロッドに成型する方法である。
本発明では、上記した短繊維集合体ペレット(図1(b))を使用して、たばこフィルターを製造する。
開繊機は、回転羽根を有しているものやジェット気流を利用したものなどを使用することができ、例えば、回転羽式粉砕機ラボミルサー(LM2、大阪ケミカル(株))、ターボミル(フロイント・ターボ(株))、ウルトラプレックス粉砕機(槇野産業(株))などを使用することができる。
本発明のたばこフィルターの製造方法は、セルロースアセテート繊維のトウバンドを連続的に供給して開繊しながら、前記開繊物に対して短繊維集合体ペレットの綿状開繊物を供給する工程を含んでいるほかは、周知のたばこフィルターの製造方法と同じ方法を適用することができる。
本発明のたばこフィルターの製造方法は、周知のたばこフィルターの製造方法と同様に各種の粒状添加剤を配合することができるが、本発明では、短繊維集合体ペレットの綿状開繊物に粒状添加剤を付着させた状態で供給することができる。
粒状添加剤としては、吸水目的のための吸収性樹脂乃至水溶性樹脂、脱臭目的のための樹脂、活性炭などを用いることができる。
たばこフィルターの製造で使用する開繊機も周知であり、例えば、特開2012−239437号公報の図2、特開2013−112909号公報の図1、図7に示されているもののほか、USP3282768、USP3099594、USP3297506に記載されている空気開繊機を使用することもできる。
本発明のたばこフィルターでは、短繊維集合体ペレットの綿状開繊物層は、たばこフィルター中に分散されて存在していてもよいし、トウバンド開繊物層と分離された状態で存在していてもよい。
本発明のたばこフィルターでは、短繊維集合体ペレットの綿状開繊物層は、たばこフィルターの第1端側から第2端側まで連続して、かつたばこフィルターの中心部分に存在していることが好ましい。
短繊維集合体ペレットの綿状開繊物層は、トウバンド開繊物層よりも通気性が良いため、特に短繊維集合体ペレットの綿状開繊物層に粒状添加物が配合されているときは、粒状添加物による効果が発揮されやすくなるため好ましい。
図4に示すたばこサンプル30を作製した。
市販のたばこ[日本たばこ産業(株)製「ピース・ライト・ボックス」(登録商標第2122839号)]のセルロースジアセテート捲縮繊維トウのフィルター本体(27mm)の末端から14mmの部分をカミソリで切断した。
長片側のフィルター31aにガラス管32(長さ20mm、内径8mm)を長さ11mmだけ(タバコ葉充填部35の端部から2mmのところまで)挿入し、これらをシーリングテープ33aにて結束した。
このガラス管32の挿入によって突出した長さ9mmのガラス管の空間に、実施例で得られた短繊維集合体ペレットの綿状開繊物34の40mgを充填した。なお、比較例1の綿状開繊物も同様にして充填した。
綿状開繊物は、22℃、相対湿度60%の条件で、48時間以上調湿した後に充填した。
次に、先に切断した残部フィルター31b(長さ14mmのフィルター部)を用いてガラス管32の開放端に差し込んで栓をした。そして、このガラス管32とフィルター31bの接続部分にもシーリングテープ33bを巻いて密閉し、喫煙試験用のたばこサンプル30を得た。
たばこサンプル30のフィルター長さは、合計で27mmとなる。
また、綿状開繊物34を充填しない以外は同様にしてレファレンスたばこを得た。これらのたばこサンプルの通気抵抗を測定し、ホルムアルデヒドの低減率を評価した。
図4に示すたばこサンプル30について、通気抵抗として、自動通気抵抗測定器(イギリス・セルリーン(CERULEAN)社製「QTM−6」)を用いて、空気流速17.5ml/秒の条件で圧力損失(mmWG)を測定した。
なお、今回作製したたばこサンプルは、この装置の自動システムにかからないため、1個ずつ手動で測定した。
図4に示すたばこサンプル30を用い、ピストンタイプの定容量型自動喫煙器(ボルグワルド社製「LM1」)により、流量17.5ml/秒で喫煙時間2秒/回、喫煙頻度1回/分の条件で喫煙試験を行った。
たばこサンプルを通過した煙中のホルムアルデヒドは、DNPH(ジニトロフェニルヒドラジン)溶液で捕集し、DNPHで誘導体化した上でガスクロマトグラフ((株)日立製作所製「G−3000」)を用いて測定した。
レファレンスタバコで捕集されたホルムアルデヒド量をTfとし、実施例および比較例1で捕集したホルムアルデヒド量をCfとして、下記式によりホルムアルデヒド低減率を算出した。
ホルムアルデヒドの低減率は、大きい方がホルムアルデヒドの吸着性能が優れていることを示している。
ホルムアルデヒド低減率(%)=100×(1−Cf/Tf)
(浸漬工程)
株式会社ダイセル製のタバコフィルター用のセルロースアセテート繊維のトウバンド(株式会社ダイセル製、シガトウ2.8Y−35000)を2質量%のL−グルタミン酸ナトリウム水溶液(水溶液温度25℃)に0.1分間連続的に浸漬した。
「シガトウ2.8Y−35000」は、断面Y字状のフィラメントデニールが2.8のフィラメントの集合体であり、トータルデニールが35000であることを示している。
(切断工程)
前記水溶液から前記トウバンドを取り出しながら、RKCカッター(大阪利機社製)で長さ7mmに連続的に切断した後に放置すると、含水状態のままで円柱形状に丸まった複数個の短繊維集合体ペレット中間体になった。複数個のペレット中間体の水分含有量(10個の平均値)は55.9質量%であった。
(乾燥工程)
次に、含水状態のペレット中間体を105℃の熱風乾燥機で水分量が0.1質量%以下になるまで乾燥して、本発明の短繊維集合体ペレットを得た(図3(a))。外周の平均値(10個)は3.5mmであった。
トウバンドを水のみに浸漬したほかは全く同様にした。
浸漬後にRKCカッター(大阪利機社製)で長さ7mmに連続的に切断した後に放置すると、含水状態のままで緩やかに丸まった短繊維集合体ペレット中間体になった。中間体ペレットの水分含有量は57.8質量%であった。
その後、乾燥すると拡がって、ほぼ切断直後と同形状になったが、これを実施例1と同様にして綿状開繊物を得た。
アミノ酸(L−グルタミン酸ナトリウム)水溶液の濃度を表1に記載した濃度に変更した以外は、実施例1と同様にして短繊維集合体ペレットを得た。
これらの短繊維集合体ペレットは、実施例1と同様に回転羽式粉砕機ラボミルサー(LM2、大阪ケミカル)によって容易に綿状にほぐれ、綿状開繊物が得られた。
実施例1で使用したセルロースアセテートのトウに代えて表2に示すものを用いた以外は実施例1と同様にして短繊維集合体ペレットを得た。
これらの短繊維集合体ペレットは、実施例1と同様にして開繊することで、綿状の開繊物が得られた。
L−グルタミン酸ナトリウムに代えて表3に示すアミノ酸を用いた以外は実施例1と同様にして短繊維集合体ペレットを得た。
これらの短繊維集合体ペレットは、実施例1と同様にして開繊することで、綿状の開繊物が得られた。
本発明の短繊維集合体ペレットを使用して製造されたたばこフィルターは、喫煙時においてニコチン、タールなどの喫味成分を保持しつつ、適度な通気抵抗も保持できるので、喫味(香喫味)、さらには喫煙の満足感を損なうことがなく、人体に有害なホルムアルデヒドなどのアルデヒド類を選択的に除去できる。
Claims (10)
- アミノ酸またはその塩が含有されたセルロースアセテート繊維のトウバンドが切断された切断物からなる短繊維集合体ペレットであって、
前記切断物が、長さが切断長さ(L)で、幅(W)と長さ(L)がL/W=1.1〜10の範囲を満たしているものであり、
前記短繊維集合体ペレットが、水分量0.5質量%以下であり、前記切断物が前記幅方向に巻き込まれたものである、短繊維集合体ペレット。 - 前記切断物の長さ(L)が5〜15mmである、請求項1記載の短繊維集合体ペレット。
- 前記アミノ酸またはその塩が、グリシン、DL−アラニン、L−バリン、L−アスパラギン酸ナトリウム、L−リジン塩酸塩、L−リジン−L−グルタミン酸塩、L−アルギニン酸−L−グルタミン酸塩、L−フェニルアラニン、L−システィン塩酸塩、DL−メチオニン、DL−トレオニンから選ばれるものである、請求項1記載の短繊維集合体ペレット。
- 請求項1記載の短繊維集合体ペレットの製造方法であって、
セルロースアセテート繊維のトウバンドにアミノ酸またはその塩の水溶液を含有させる工程、
前工程で得られたアミノ酸またはその塩が含有されたセルロースアセテート繊維のトウバンドを長さLで切断して、切断長さ(L)と幅(W)がL/W=1.1〜10の範囲を満たす切断物を得る工程、
前工程で得られた前記トウバンドの切断物を水分量が0.5質量%以下になるまで乾燥する工程、
を有している、前記切断物が前記幅方向に巻き込まれた短繊維集合体ペレットの製造方法。 - セルロースアセテート繊維のトウバンドにアミノ酸またはその水溶液を含有させる工程が、セルロースアセテート繊維のトウバンドをアミノ酸またはその水溶液中に浸漬する工程であり、
浸漬条件が、水溶液中のアミノ酸またはその塩の濃度0.1〜40質量%、水溶液温度0〜80℃、浸漬時間0.01〜60分間である、請求項4記載の短繊維集合体ペレットの製造方法。 - 前記切断物の長さ(L)が5〜15mmである、請求項4記載の短繊維集合体ペレットの製造方法。
- 前記切断物の長さ(L)と前記切断物の幅(W)が、L/W=1.5〜5.0の関係を満たしているものである、請求項4記載の短繊維集合体ペレットの製造方法。
- 前記アミノ酸またはその塩が、グリシン、DL−アラニン、L−バリン、L−アスパラギン酸ナトリウム、L−リジン塩酸塩、L−リジン−L−グルタミン酸塩、L−アルギニン酸−L−グルタミン酸塩、L−フェニルアラニン、L−システィン塩酸塩、DL−メチオニン、DL−トレオニンから選ばれるものである、請求項4記載の短繊維集合体ペレットの製造方法。
- 請求項1記載の短繊維集合体を開繊したものを含むたばこフィルター。
- 請求項1記載の短繊維集合体ペレットを開繊して綿状開繊物にする工程と、
前記綿状開繊物とセルロースアセテート繊維のトウバンドを使用して、フィルター巻き上げ機を用いてフィルターに成形する工程、
を有しているたばこフィルターの製造方法。
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