JP6792449B2 - 喫煙物品用の活性炭 - Google Patents

Description

本開示は、喫煙物品に適した活性炭、そのような活性炭を含むフィルター、および関連する喫煙物品に関する。

紙巻たばこなどの可燃性喫煙物品は一般に、たばこロッドを形成する紙ラッパーによって囲まれた細かく切られたたばこ（通常はカットフィラーの形態）を持つ。紙巻たばこは、紙巻たばこの一方の端に点火し、たばこロッドを燃焼することにより、喫煙者によって使用される。次に喫煙者は、典型的にフィルターを含む紙巻たばこの反対の端または口側の端で吸い込むことにより、主流煙を受け入れる。フィルターは、主流煙が喫煙者に送達される前に主流煙のいくらかの成分を取り込むように位置し、煙成分を吸着するための活性炭を含みうる。

活性炭を含むフィルターは、喫煙者が喫煙物品の口側の端を吸い込む時に、活性炭の粒子がフィルターから放出されて喫煙者の口に入る時に発生する粒子破過による損害を受ける傾向にある。喫煙物品のフィルターで使用するための活性炭は一般に、ココナッツの殻に由来するが、これは吸着の効率を制御するために様々な度合いに活性化されうる。活性度が高めの活性炭は一般的に、活性度が低めの活性炭よりも効率が悪い。ところが、摩耗に対する抵抗力が低下すると、ココナッツの殻由来の活性炭が高い度合いで活性化される時に、粒子破過の発生量が増加しうる。さらに、高い度合いで活性化されたココナッツの殻由来の活性炭では、フィルター製造プロセス中に相当量の粉塵が発生することがあり、これがフィルター製造機械を汚染しかねない。

粒子破過および粉塵発生から損害を受けるにもかかわらず、ココナッツの殻由来の活性炭は硬い傾向にあり、またその他の植物性原料由来の活性炭よりも摩耗に対する抵抗性が高まる傾向いになる。ところが、活性炭の属性をさらに向上させるために、またココナッツの殻は有限であるため、ココナッツの殻以外の活性炭原料を採用することが有利でありうる。

活性炭の硬度を増大させるために、数多くのプロセスが提案されてきた。こうしたプロセスには、活性炭粒子をポリマーで被覆する工程や、粒子の表面を変性させる工程が含まれる。ところが、こうしたプロセスは吸着効率の損失につながることがある。一定のポリマーで作られた活性炭は、植物性原料で作られた活性炭よりも脆弱性が低いが、数多くの場合に、硬質または摩耗性すぎて産業用製造設備を損傷しかねない。

本発明の１つの目的は、喫煙物品フィルターで使用するためにココナッツの殻以外の活性炭の原料を採用することである。

本発明の別の目的は、喫煙時に現時点で喫煙物品フィルターで採用されているココナッツの殻由来の活性炭よりも活性炭の粒子破過が少なく、一方で現時点で喫煙物品フィルターで採用されているココナッツの殻由来の活性炭と同等かまたはそれより大きな吸着効率を持つような活性炭を喫煙物品に含めることである。

本発明の別の目的は、製造時に現時点で喫煙物品フィルターで採用されているココナッツの殻由来の活性炭よりも活性炭の粉塵発生が少ないような活性炭を喫煙物品に含めることである。

本発明のその他の目的は、下記の請求の範囲および添付図面を含む本開示を読んで理解することで当業者にとって明らかとなろう。

本発明の態様において、喫煙物品は喫煙可能材料および喫煙可能材料の下流にあるフィルターを含む。フィルターは、セルロース系材料および追加された活性化しうる結合剤を含む組成物の炭化を含むプロセスで形成された活性炭を含む。結合剤はリグニンを含むことが好ましい。本発明の態様において、セルロース系材料および活性化しうる結合剤を含む組成物から形成された活性炭材料が、喫煙物品のためのフィルターの製造で使用される。

本発明の態様において、喫煙物品用のフィルター、あるいはフィルターを有する喫煙物品を製造するための方法は、セルロース系材料および追加された活性化しうる結合剤を含む組成物を炭化する工程を含むプロセスで形成された活性炭材料と、喫煙物品で使用するためのフィルター材料を提供する工程と、活性炭材料およびフィルター材料を組み合わせて喫煙物品用のフィルターを形成する工程とを含む。フィルターは喫煙物品に組み込まれてもよい。

本発明の態様において、喫煙物品は喫煙可能材料および喫煙可能材料の下流にあるフィルターを含む。フィルターは、ＢＥＴが約１０００〜２０００ｍ²／ｇで、ボールパン硬度が約９５％を超え、同じ度合いに活性化されたココナッツの殻由来の活性炭よりも粒子破過が少ない活性炭材料を含む。粒子破過分析は、ココナッツの殻由来の活性炭が少なくともいくらかの粒子破過を示す、標準プラグ−スペース−プラグ構成のフィルターを有する物品内で実施される。

「同じ度合いに活性化された」は、ココナッツの殻由来の活性炭が、フィルター内でまたはフィルターとして使用されている活性炭のうち１０％以内のＢＥＴを持つことを意味する。「ＢＥＴ」は、下記の実施例でさらに説明する通り、ブルナウアー−エメット−テラーの式によって計算された固体の合計表面積である。

本発明のフィルターおよび喫煙物品の様々な態様は、現時点で入手可能なフィルターおよび喫煙物品に比べて１つ以上の利益を持ちうる。例えば、ココナッツの殻以外の原料に由来する活性炭の使用は、ココナッツの殻の供給が減少した場合に有利に使用されうる。さらなる例として、本明細書で説明した活性炭の実施形態によって、喫煙物品用のフィルターで一般に採用されるココナッツの殻由来の活性炭と比べて、製造時の粉塵発生が減少し、また喫煙中の粒子破過が減少しうる。一部の実施形態では、一般に喫煙物品用のフィルターで採用されるココナッツの殻由来の活性炭と比べて活性炭の効率を高めることができ、その一方で、望ましい低レベルの粉塵発生および粒子破過が維持される。当業者にとって、本開示を読んで理解することで、本明細書で説明したフィルターおよび喫煙物品の１つ以上の態様のさらなる利点は明らかであろう。

活性炭は、広範囲に発達した内部空孔構造を有する炭素質の吸着剤の種類を説明するために使用される一般的な用語である。活性炭は、木材、亜炭、石炭、ココナッツのハスクまたは殻、ピート、ピッチ、ポリマー、セルロース繊維、ポリマー繊維、またはこれに類するものなどの、炭素質の原料物質から製造されうる。活性炭は、物理的活性化または化学的活性化などの適切な任意のプロセスによって製造されうる。物理的活性化では、原料物質は、炭化、活性化／酸化または炭化および活性化／酸化により、高温ガスを使用して活性炭となる。炭化プロセスは、酸素の不在下で一般に約６００℃〜約９００℃の範囲の高温で原料物質を熱分解する工程を含む。活性化／酸化には、炭化した材料を蒸気、二酸化炭素または酸素などの酸化性雰囲気に、２５０℃を超える温度で暴露する工程が含まれる。活性化／酸化の温度は、一般に約６００℃〜約１２００℃の範囲である。

化学的活性化には、未加工の原料物質に、リン酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、塩化カルシウム、または塩化亜鉛などの酸、塩基または塩などの一定の化学薬品を浸み込ませる工程が含まれる。未加工の材料は次に、一般に物理的活性化炭化よりも低い温度で炭化される。例えば、化学的活性化炭化の温度は、約４５０℃〜約９００℃の範囲としうる。炭化および活性化は同時に発生しうる。

本開示の目的で、炭素質の原料物質は適切な任意のプロセスによって活性されうる。例えば、活性化プロセスは化学的活性化を含むことができるが、これには物理的活性化と比べて短い活性化の時間および低い温度が含まれうる。別の方法として、物理的活性化を採用してもよい。

望ましい実施形態で、活性炭はセルロース系材料および活性化しうる結合剤を含む組成物から形成される。本明細書で使用される時、「活性化しうる結合剤」は、処理または加工されて活性炭になることができる結合剤を意味する。従って、活性化しうる結合剤をセルロース系材料と一緒に活性化して、活性炭を形成してもよい。適切な任意の活性化しうる結合剤が使用されうる。活性化しうる結合剤は、リグニンを含む、本質的にリグニンで構成される、またはリグニンで構成されることが好ましい。本明細書で使用される時、「リグニン」には、自然状態で存在するリグニンか、またはリグノフェノール、リグニン−アミノフェノール、およびリグノスルホネートなどの原料物質からリグニンを抽出することによって誘導された形態のリグニンが含まれる。

適切な任意のセルロース系材料を活性化しうる結合剤と組み合わせて使用して、活性炭を製造してもよい。セルロース系材料は、未加工の植物性材料を含むことが好ましい。適切な未加工の植物性材料の例には、ココナッツのハスク、ココナッツの殻、オリーブストーン、木材、セルロース繊維、およびこれに類するものが含まれる。使用されうる木材の例には、硬質木材、軟質木材および廃材が含まれる。実施形態において、活性炭を製造するためにセルロース系材料の組み合わせが使用される。セルロース系材料の組み合わせには、木材粒子などの木材、および殻またはカーネルなどの植物性材料が含まれることが好ましい。木材の植物性材料に対する重量比は、１０：９０〜９０：１０などの適切な任意の比としうる。

活性化のための組成物には、適切な任意の量のセルロース系の活性化しうる結合剤が含まれうる。セルロース系材料は、組成物中に約５０％以上の量で存在することが好ましい。一般的に、セルロース系材料は、活性化のための組成物中に約９９％未満の量で存在することになる。セルロース系材料は、活性化される組成物中に約６５重量パーセント〜約９５重量パーセント量で存在することがより好ましい。

活性化しうる結合剤は、組成物中に約２重量パーセント以上の量で存在することが好ましい。活性化しうる結合剤は、組成物中に約５重量パーセント以上の量で存在することがより好ましい。一般的に、活性化しうる結合剤は、活性化のための組成物中に５０重量パーセント未満の量で存在することになる。活性化しうる結合剤は活性化のための組成物中に最高約３５重量パーセントの量だけ存在することが好ましい。活性化される組成物は、約５重量パーセント〜約３５重量パーセントの活性化しうる結合剤を持つことがより好ましい。

活性化のための組成物が化学的に活性化される場合、化学的に活性化しうる組成物は、酸、塩基または塩などの１つ以上の化学的活性化剤をセルロース系材料および活性化しうる結合剤を含む組成物に加えることにより形成されうる。具体的な化学的活性化剤の例には、リン酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、塩化カルシウム、および塩化亜鉛が含まれる。化学的活性化剤は、セルロース系材料および活性化しうる結合剤の化学的活性化を促進するのに十分な量だけ存在することが好ましい。実施形態において、１つ以上の化学的活性化剤は、約２５重量パーセント〜約７５重量パーセントの化学的に活性化しうる組成物を含む。

セルロース系材料および活性化しうる結合剤を含む組成物は、その組成物が化学的に活性化しうる組成物であるかどうかによらず、活性化の前に押出成形されることが好ましい。組成物は、適切な任意のサイズまたは形状のペレットとして押出成形されうる。組成物は、一般的に円筒型のペレットに押出成形されることが好ましい。円筒型のペレットは、適切な任意の寸法を持ちうる。円筒型のペレットは、約０．５ｍｍ〜約１ｍｍの直径を持つことが好ましい。円筒型のペレットは、約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍの長さを持つことが好ましい。円筒型のペレットは、約１ｍｍ〜約５ｍｍの長さを持つことがより好ましい。

一例として、押出成形および化学的活性化は、一般に「ＣＨＥＭＩＣＡＬＬＹ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＣＡＲＢＯＮ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＰＲＥＰＡＲＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ（化学的活性化炭素およびその準備方法）」という題名のＷＯ ２００９／０１１５９０号に記載された通りに実施されうる。

活性炭は活性化の後で変性されないことが好ましい。例えば、相当の残余物を残しうる被覆またはその他の材料は、活性化の後で活性炭上に全く配置されない。

本発明の活性炭は、現時点で喫煙物品用のフィルターで使用されているココナッツの殻由来の活性炭よりも粒子破過または粉塵発生が少ないことが好ましい。現時点で採用されているココナッツの殻由来の活性炭は一般に、メッシュのサイズが３０〜７０（ＵＳ）（０．５９５ｍｍ×０．２１０ｍｍ）およびＢＥＴが約１１００ｍ²／ｇの顆粒状の活性炭である。下記の実施例に示す通り、基準のココナッツの殻由来の活性炭は、約０．４９ｇ／ｃｍ³の密度およびボールパン硬度約９８％を持つ。

本発明のフィルターで使用される活性炭は、本発明のフィルターで使用されている活性炭と同じ度合いに活性化されたココナッツの殻由来の活性炭よりも粒子破過または粉塵発生が少ない。基準として、本発明の活性炭と比較するためのココナッツの殻由来の活性炭は標準活性炭と同一とすることができるが、本発明の活性炭と活性化レベルを一致させるため、活性化のレベルが異なる。例えば、現時点で喫煙物品フィルターで使用されているココナッツの殻由来の活性炭を作製するために使用される同一の原料物質は、ＢＥＴが１１００ｍ²／ｇのココナッツの殻由来の活性炭とは異なる温度または時間で活性化されているが、別の方法で、現時点で喫煙物品フィルターで使用されているココナッツの殻由来の活性炭と同一のプロセスを使用して活性化されてもよい。

粒子破過は、適切な任意のプロセスによって判定できる。粒子破過は、活性炭を含むフィルターでのドライ吸煙（未点火）分析によって測定されることが好ましい。粒子破過は、フィルター（随意に喫煙物品に組み込まれる）が約０．３μｍ〜約１０μｍの範囲のサイズの粒子を検出するように構成された粒子カウンターを備えた喫煙機械と操作できるように連結された時に分析される。粒子カウンターは、ＡＥＲＯＴＲＡＫ（登録商標）粒子カウンターなどのレーザー光散乱粒子カウンターであることが好ましい。喫煙機械は、フィルター（随意に喫煙物品に組み込まれる）当たり１３秒毎に２秒間で５５ｍＬを１２回吸煙するように構成されることが好ましい。粒子破過の結果は、数多くのフィルターまたは喫煙物品、５つまたは１０つまたはそれ以上のフィルターまたは喫煙物品などについての試験から平均をとることが好ましい。

本発明のフィルターの活性炭の粒子破過分析は、基準のココナッツの殻由来の活性炭と以下の方法で比較されうる。基準のココナッツの殻由来の活性炭および本発明の活性炭が、実質的に同一である試験フィルターまたは試験フィルターを含む物品などの試験物品内に組み込まれる。例えば、基準のココナッツの殻由来の活性炭を持つ試験物品は、同一量の活性炭を持つことが好ましい（２つの試験物品中の炭素の重量は互いの５％以内である）。基準の活性炭は、本発明の活性炭が対応する試験物品内に組み込まれるのと実質的に同一の方法で試験物品内に組み込まれる。試験物品はプラグ−スペース−プラグ構成を持ち、フィルター内の空隙に追加される。

本発明の活性炭は、基準のココナッツの殻由来の活性炭について計数値が約５８０となる方法によって試験した時に、粒子破過の計数値が約５００以下であることが好ましい。本発明の活性炭は、基準のココナッツの殻由来の活性炭について計数値が約５８０となる方法によって試験をした時に、粒子破過の計数値が約４００以下であることがより好ましい。本発明の活性炭は、基準のココナッツの殻由来の活性炭について計数値が約５８０となる方法によって試験をした時に、粒子破過の計数値が約２５０以下であることがさらにより好ましい。

試験物品中にある酢酸セルローストウなどのフィルター材料の長さ、量、密度または組成は、基準のココナッツの殻由来の活性炭の粒子破過に影響するよう変化されうる。基準の試験物品内で望ましい粒子破過がいったん達成されると、本発明の活性炭は、実質的に同一の試験物品内で試験がなされ、本発明の活性炭の粒子破過が基準のココナッツの殻由来の活性炭の粒子破過と比べて減少したかどうかを判定しうる。

フィルターまたは喫煙物品が本発明の活性炭を有するかどうかを試験するために、活性炭をフィルターまたは喫煙物品から外して、試験物品内に配置してもよい。試験物品は、基準のココナッツの殻由来の活性炭で粒子破過が約５８０となるものであることが好ましい。活性炭は、適切な任意の方法でフィルターまたは喫煙物品から除去されてもよい。例えば、フィルターがプラグ−スペース−プラグフィルターである場合、活性炭はフィルターから物理的に除去されうる。さらなる例として、フィルターが酢酸セルロースカーボンオントウフィルターである場合、フィルター材料を、例えばアセトン中で溶解し、乾燥させて試験物品に組み込みうる活性炭を残してもよい。

現時点で喫煙物品で採用されているココナッツの殻由来の活性炭を持つフィルターと比較して粒子破過に何らかの減少があること（３０〜７０メッシュＵＳ（０．５９５ｍｍ×０．２１０ｍｍ）、１１００ｍ²／ｇ ＢＥＴ）は望ましいと考えられる。

本発明のフィルターの活性炭と同じ度合いに活性化された基準の活性炭を持つフィルターと比較した時に、本発明のフィルターは粒子破過が１０％以上減少することが好ましい。本発明のフィルターは、同じ度合いに活性化された基準の活性炭を持つフィルターと比較して粒子破過が５０％以上低下することがより好ましい。本発明のフィルターの活性炭と同じ度合いに活性化された基準の活性炭を持つフィルターと比較した時に、本発明のフィルターは粒子破過が９０％以上減少することがさらにより好ましい。

本発明の喫煙物品のフィルターで使用するための活性炭は、適切な任意のＢＥＴを持ちうる。本発明の喫煙物品のフィルターで使用するための活性炭のＢＥＴは、約１０００ｍ²／ｇ〜約２０００ｍ²／ｇであることが好ましい。本発明の喫煙物品のフィルターで使用するための活性炭のＢＥＴは、約１２００ｍ²／ｇ〜約１８００ｍ²／ｇであることがより好ましい。本発明の喫煙物品のフィルターで使用するための活性炭のＢＥＴは、約１４００ｍ²／ｇ〜約１６００ｍ²／ｇであることがさらにより好ましい。例えば、本発明の喫煙物品のフィルターで使用するための好ましい活性炭は、約１５００ｍ²／ｇのＢＥＴを持ちうる。

本発明のフィルターまたは喫煙物品で使用するための活性炭は、適切な任意の硬度を持ちうる。活性炭は、フィルター製造設備または喫煙物品製造設備を損傷するほど硬くないことが好ましい。硬度を特性付けるために採用されうる１つの手段は、ボールパン硬度である。ボールパン硬度は、ＡＳＴＭ Ｄ３８０２−１０に従い測定されうる。発明者は、ボールパン硬度が活性炭が粒子の劣化に対してどの程度の耐性があるかについての大まかな情報を示し、ボールパン硬度がより大きな活性炭は摩耗に対する高い耐性を持つ傾向があることを見出した。ボールパン硬度は、粉塵発生に関連した活性炭の測定可能な特性を確立するために広く使用されている測定基準である。実施形態において、本発明のフィルターまたは喫煙物品で使用するための活性炭は、約９５％以上のボールパン硬度を持つ。本発明のフィルターまたは喫煙物品で使用するための活性炭は、約９７％以上または９８％以上のボールパン硬度を持つことが好ましい。本発明のフィルターまたは喫煙物品で使用するための活性炭は、約９９％のボールパン硬度を持つことがより好ましい。当然のことながら、本発明のフィルターまたは喫煙物品で使用するための活性炭は、一般的に１００％未満のボールパン硬度を持つ。

本発明のフィルターまたは喫煙物品で使用するための活性炭は、ＡＳＴＭ Ｄ−２８５４−０９によって決定される適切な任意の密度を持ちうる。本発明の喫煙物品のフィルターで使用するための活性炭は、約０．３５ｇ／ｃｍ³〜約０．６５ｇ／ｃｍ³の密度を持つことが好ましい。本発明の喫煙物品のフィルターで使用するための活性炭は、約０．４ｇ／ｃｍ³〜約０．６０ｇ／ｃｍ³の密度を持つことがより好ましい。例えば、好ましい本発明の喫煙物品のフィルターで使用するための活性炭は約０．４２ｇ／ｃｍ³の密度を持ちうる。

本発明のフィルターで使用する活性炭は、上述した好ましい粒子破過の性質、好ましいＢＥＴの性質、好ましい硬度の性質、および好ましい密度の性質のうち２つ以上を持つことが好ましい。本発明のフィルターで使用する活性炭は、上述した少なくとも好ましい粒子破過の性質および上述した好ましいＢＥＴの性質を持つことが好ましい。本発明のフィルターで使用する活性炭は、上述した好ましい属性のうち３つ以上を持つことがより好ましい。例えば、本発明のフィルターで使用する活性炭は、上述した好ましい粒子破過の性質、上述した好ましいＢＥＴの性質、および上述した好ましい硬度の性質を持つ。本発明のフィルターで使用する活性炭は、上述した好ましい粒子破過の性質、好ましい密度の性質、好ましい硬度の性質、および好ましいＢＥＴのうち４つすべてを持つことがさらにより好ましい。

活性炭は、喫煙物品用のフィルター内に適切な任意の方法で配置されうる。例えば、活性炭は、繊維質のフィルター材料と混ぜる方法、フィルター内の空隙内に入れる方法、または繊維質のフィルター材料と混ぜる方法とフィルター内の空隙内に入れる方法の組み合わせとすることができる。

実施形態において、活性炭はプラグ−スペース−プラグ構成のフィルターに提供され、ここで活性炭がフィルタープラグ材料の２つのセクションの間の空隙内に存在する。プラグ−スペース−プラグフィルター構成のフィルターセクションのプラグは、酢酸セルローストウ製のプラグであることが好ましい。実施形態において、活性炭はトウ構成上の炭素内に提供される。トウは酢酸セルローストウであることが好ましい。フィルター構成に関係なく、審美的な目的で、または消費者の期待を満たすために、白色の酢酸セルローストウセクションをフィルターの口側の端に含めるのが望ましいことがある。

適切な任意の喫煙物品には、本開示に記載した活性炭を有するフィルターを含みうるが、ここでフィルターは喫煙可能材料の下流に配置される。「喫煙物品」という用語は、紙巻たばこ、葉巻たばこ、シガリロおよびたばこなどの喫煙可能材料が点火され、燃焼されて煙を生成するその他の物品を含む。「喫煙物品」という用語はまた、直接的または間接的に喫煙用組成物を加熱する喫煙物品、または熱源の有無にかかわらず、空気の流れまたは化学反応を使用して、喫煙可能材料からニコチンまたはその他の材料を送達する喫煙物品などであるがこれに限定されない、喫煙可能材料が燃焼しない物品を含む。

すべての学術的および技術的な用語は本明細書で使用される場合、別途指定のない限り、当業界において一般に使用される意味を持つ。本明細書で提供した定義は、本明細書で頻繁に使用される一定の用語の理解を促進するために提供されている。

単数形（「一つの」および「その」）は本明細書で使用される場合、複数形の対象を持つ実施形態を含蓄するが、その内容によって明らかに別途定められている場合はその限りではない。

「または」は本明細書で使用される場合、一般的に、その内容によって明らかにそうでないことが定められている限り、「および／または」を含めた意味で使用される。「および／または」は、列挙された要素の一つまたはすべて、または列挙された要素のうち任意の二つ以上の組み合わせを意味する。

「持つ」、「含む」、「備える」またはこれに類する表現は本明細書で使用される場合、制約のない意味で使用され、一般的に「含むが、これに限定されない」を意味する。「実質的に構成される」、「構成される」およびこれに類する表現は、「含む」およびこれに類する表現に包摂されることが理解される。

「好ましい」および「好ましくは」という語は、ある一定の状況下である一定の利益をもたらしうる本発明の実施形態を言及する。ただし、同一またはその他の状況下で、その他の実施形態もまた好ましいものでありうる。その上、一つ以上の好ましい実施形態の列挙は、その他の実施形態が有用ではないことを暗に意味するものではなく、請求の範囲を含めて、本開示の範囲からその他の実施形態を除外する意図はない。

部分的に広げられた喫煙物品の実施形態の概略斜視図である。 部分的に広げられた喫煙物品の実施形態の概略斜視図である。 実施例で使用した活性炭の顆粒または円筒形の代表的画像である。 実施例におけるカーボンオントウ構成についての粒子破過の実験結果を示す結果を示すグラフである。 実施例におけるプラグ−スペース−プラグ構成についての粒子破過の実験結果を示す結果を示すグラフである。 プラグ−スペース−プラグ構成でＧＣＮ ＲＥＦおよびＷＯＯＤ活性炭フィルターが様々な煙成分を吸着する能力を示すグラフである。 カーボンオントウ構成でＧＣＮ ＲＥＦおよびＷＯＯＤ活性炭フィルターが様々な煙成分を吸着する能力を示すグラフである。

図１〜２は部分的に広げられた喫煙物品の実施形態の概略斜視図である。

図１〜２に示した喫煙物品は、上記の喫煙物品の実施形態または喫煙物品の構成要素を図示する。概略図の縮尺は必ずしも正確なものではなく、図解の目的で提示されるものであり、限定するものではない。図面は本開示で記述した一つまたは複数の態様を示す。ただし、図面に描かれていないその他の態様が本開示の範囲および精神に則るものと理解される。

ここで図１を参照するが、喫煙物品１０（この場合では紙巻たばこ）が図示されている。喫煙物品１０は、たばこロッドなどのロッド２０および口側の端のフィルター３０を含む。フィルター３０は、白色の酢酸セルローストウセグメントなどの口側の端セグメント３２、およびトウセグメント３４上の上流の炭素を含む。フィルターセグメント３２および３４は、図解の目的で分離されたものとして示されているが、隣接していてもよい。同様に、フィルターセグメント３４およびロッド２０は、図解の目的で分離されたものとして示されているが、隣接していてもよい。図示された喫煙物品１０には、プラグラップ６０、紙巻たばこ用紙４０、およびチッピングペーパー紙５０が含まれる。図示した実施形態で、プラグラップ６０はフィルター３０の少なくとも一部分を囲む。紙巻たばこ用紙４０はロッド２０の少なくとも一部分を囲む。チッピングペーパー５０またはその他の適切なラッパーは、一般的に当業界で周知のように、プラグラップ６０および紙巻たばこ用紙４０の一部分を囲む。

図２は、フィルター３０がプラグ３２−スペース３７−プラグ３５構成である実施形態を図示する。活性炭（図示せず）は、フィルタープラグ３２および３５の間の空隙３７を占めうる。図２では、フィルターセグメント３４およびロッド２０は、図解の目的で分離されたものとして示されているが、隣接していてもよい。図２では、図１で図示した構成要素と同じ番号でラベル付けされた構成要素は、上記の図１に関連して考察した構成要素と同じかまたは類似したものである。図２に関連して具体的に考察されていない構成要素については、図１に関連した上述の考察を参照する。

上述の活性炭、およびそのような活性炭を有するフィルターおよび喫煙物品を例証する非限定的な例について、下記に説明する。

以下の例において、各種の原料から製造された活性炭の特性および喫煙物品のフィルター内の活性炭のいくつかの機能について説明する。

特性付けられた活性炭には、ＢＥＴが１１００ｍ²／ｇに活性化されたココナッツの殻由来の活性炭（「ＧＣＮ ＲＥＦ」）、ＢＥＴが１４００ｍ²／ｇに活性化されたココナッツの殻由来の活性炭（「ＧＣＮ ＥＸＴＲＡ」）、ＢＥＴが１２００ｍ²／ｇに活性化された木材（マツ）由来の活性炭（「ＷＯＯＤ」）、ＢＥＴが１６００ｍ²／ｇに活性化されたオリーブストーン由来の活性炭（「ＯＬＩＶＥ ＳＴＯＮＥ」）、およびＢＥＴが１５００ｍ²／ｇに活性化された押出成形された木材（木材＝活性化しうる結合剤）由来の活性炭（「ＷＯＯＤ ＥＸＴＲＵＤＥＤ」）が含まれる。

ＧＣＮ ＲＥＦ活性炭は、蒸気活性化によるものをＣａｂｏｔ−Ｎｏｒｉｔから入手した。ＧＣＮ ＥＸＴＲＡ活性炭は、蒸気活性化によるものをＣａｂｏｔ−Ｎｏｒｉｔから入手した。ＷＯＯＤ活性炭は、蒸気活性化によるものをＣａｂｏｔ−Ｎｏｒｉｔから入手した。ＯＬＩＶＥ ＳＴＯＮＥ活性炭は、蒸気活性化によるものをＣａｂｏｔ−Ｎｏｒｉｔから入手した。ＷＯＯＤ ＥＸＴＲＵＤＥＤ活性炭は、押出成形プロセス後の蒸気活性化によるものをＣａｂｏｔ−Ｎｏｒｉｔから入手した。

それぞれの活性炭材料についての密度、ＢＥＴ、メッシュサイズまたは直径、およびボールパン硬度は、試験したかまたは製造者の仕様から得られたものである。密度は以下の通り決定された。手短には、密度はＡＳＴＭ Ｄ２８５４−０９に従い決定された。ＢＥＴは、概して、（ｉ） Ｇｒｅｇｇ ＳＪ， Ｓｉｎｇ ＫＳＷ．「Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ， Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｐｏｒｏｓｉｔｙ．（吸着、表面科学および多孔性）」（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １９８２）、および （ｉｉ） Ｒｏｕｑｕｅｒｏｌ Ｆ， Ｒｏｕｑｕｅｒｏｌ Ｊ， Ｓｉｎｇ Ｋ． 「Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂｙ ｐｏｗｄｅｒｓ ａｎｄ ｐｏｒｏｕｓ ｓｏｌｉｄｓ． Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ， ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．（粉末および多孔性固体による吸着。原理、方法論および応用。）」（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ， １９９９）； （ｉｉｉ） Ｌｉｎａｒｅｓ−Ｓｏｌａｎｏ Ａ， Ｓａｌｉｎａｓ−Ｍａｒｔｉｎｅｚ ｄｅ Ｌｅｃｅａ Ｃ， Ａｌｃａｎｉｚ−Ｍｏｎｇｅ Ｊ， Ｃａｚｏｒｌａ−Ａｍｏｒｏｓ Ｄ．「Ｆｕｒｔｈｅｒ ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ ｃａｒｂｏｎｓ ｂｙ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｇａｓｅｓ．（ガスの物理的吸着による微小孔性炭素の特性付けにおけるさらなる進歩。）」（Ｔａｎｓｏ １９９８；１８５：３１６−２５）に記載されている通り、Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅの容積式Ａｕｔｏｓｏｒｂ−６Ｂ装置で得られた−１９６℃でのＮ₂吸着等温線を使用して決定された。

ボールパン硬度は、ＡＳＴＭ Ｄ３８０２−１０に従い決定された。

活性炭の特性付けの結果を、下記の表１に提示している。

使用した活性炭の顆粒または円筒形の代表的画像を、図３に示す。図３に示す通り、観察された粉塵発生の相対量は以下の通りである。

粒子破過および煙成分吸着の実験は、紙巻たばこのフィルター上で実施されたが、ここでフィルターは活性炭を含んでいた。活性炭は、プラグ−スペース−プラグ構成のフィルターの空隙に組み込まれたか、またはカーボンオントウ構成のフィルター内に組み込まれた。カーボンオントウ構成では、フィルターは、６０ｍｇの活性炭が組み込まれた２０ｍｍの酢酸セルローストウセクションが隣接する白色の酢酸セルローストウの７ｍｍの口側の端セクションを含むものであった。プラグ−スペース−プラグ構成では、フィルターは、酢酸セルローストウの１１ｍｍの口側の端セクションおよび酢酸セルローストウの１１ｍｍのロッド端セクションを含むものであった。口側の端セクションおよびロッド端セクションは５ｍｍのギャップによって空隙内に分離され、この空隙内に１１０ｍｇの活性炭が配置された。

活性炭を含むフィルターが、約７００ｍｇのたばこを含む５７ｍｍ長のたばこロッドを有する試作の紙巻たばこに組み込まれた。２７ｍｍの酢酸セルローストウフィルターを有する対照の紙巻たばこも試験された。

粒子破過試験では、紙巻たばこは、０．３マイクロメートル〜１０マイクロメートルの範囲のサイズの粒子を検出するよう構成されたＡＥＲＯＴＲＡＫレーザー光散乱粒子カウンターに操作できるように連結された喫煙機械に操作できるように連結された。紙巻たばこは、１３秒毎に２秒間で５５ｍＬの吸煙１２回、機械によってドライ吸煙（未点火）された。結果は、試験されたそれぞれのフィルター構造について１０個の紙巻たばこについて平均した。

煙成分の収量分析では、紙巻たばこは、（Ｃｏｒｅｓｔａ法）ＣＲＭ Ｎ０７０ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ Ｓｍｏｋｅ ｏｆ Ｃｉｇａｒｅｔｔｅｓ − Ｇａｓ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ−Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ Ｍｅｔｈｏｄ（紙巻たばこの主流煙中にある選択された揮発性有機化合物の決定―ガスクロマトグラフ質量分析法）およびＣＲＭ Ｎｏ ７４ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎｙｌｓ ｉｎ Ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ Ｃｉｇａｒｅｔｔｅ Ｓｍｏｋｅ ｂｙ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ （ＨＰＬＣ） （高性能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）による紙巻たばこの煙の主流煙中にある選択されたカルボニルの決定）に従い試験された。アセトアルデヒド、アクロレイン、ホルムアルデヒド、ベンゼン、およびブタジエンの収量が評価された。

粒子破過の実験結果を図４〜５に示す。図４には、カーボンオントウ構成についての結果を示す。ＷＯＯＤ ＥＸＴＲＵＤＥＤについての粒子計数値は、基準の白色の酢酸セルロースフィルターとほぼ同じ（それぞれ計数値約２０）であり、ＧＣＮ ＲＥＦはわずかに多い（計数値約２２）。ＷＯＯＤおよびＯＬＩＶＥ ＳＴＯＮＥについての粒子計数値はかなり多く、１００〜２００であった。より活性化されたココナッツの殻由来の活性炭（ＧＣＮ ＥＸＴＲＡ）が、試験されたその他の任意の活性炭よりも実質的に高く、合計粒子計数値が約３５０であった。図４に示す通り、セルロース系材料由来の活性炭（ＷＯＯＤ ＥＸＴＲＵＤＥＤ）および結合剤を有するフィルターの粒子破過は、現時点で喫煙物品フィルターで使用されている活性炭（ＧＣＮ ＲＥＦ）よりも低く、実質的に同様な度合いに活性化されたココナッツの殻由来の活性炭（ＧＣＮ ＥＸＴＲＡ）よりも低かった。

図５は、プラグ−スペース−プラグ構成についての粒子破過の結果を示す。図５に示す通り、粒子破過は、プラグ−スペース−プラグフィルター構成ではカーボンオントウ構成よりも高い傾向にある。プラグ−スペース−プラグ構成では、ＷＯＯＤ ＥＸＴＲＵＤＥＤ活性炭についての粒子破過は対照の白色フィルターよりも高く、カーボンオントウ構成では二者間には差異は見られなかった。プラグ−スペース−プラグ構成では、ＷＯＯＤ ＥＸＴＲＵＤＥＤは、ＧＣＮ ＲＥＦ（それぞれ約１９０と約５９０）よりも実質的に良かった（粒子破過が少なかった）。

図６〜７は、プラグ−スペース−プラグ構成でＧＣＮ ＲＥＦおよびＷＯＯＤ活性炭フィルターが様々な煙成分を吸着する能力（図６）およびカーボンオントウ構成でＧＣＮ ＲＥＦおよびＷＯＯＤ活性炭フィルターが様々な煙成分を吸着する能力（図７）が基準の白色の酢酸セルローストウフィルターと比べて図示されている。図６および図７の両方に示す通り、フィルター内に活性炭を有する紙巻たばこは、活性炭を含まないフィルター（ＷＨＩＴＥ ＲＥＦ）よりも様々な煙成分の量をより多く減少させることができた。図６および図７はまた、ＷＯＯＤ ＥＸＴＲＵＤＥＤ活性炭がＷＯＯＤ活性炭とほぼ同様に機能することを明らかにしている。これは、図６にあるＷＯＯＤが図６にあるＧＣＮ ＲＥＦとほぼ同様に機能し、かつ図７にあるＷＯＯＤ ＥＸＴＲＵＤＥＤが図７にあるＧＣＮ ＲＥＦとほぼ同様に機能していることから導くことができる。従って、ＷＯＯＤおよびＷＯＯＤ ＥＸＴＲＵＤＥＤは同様に機能するとみなすことができる（どちらもＧＣＮ ＲＥＦと同様に機能しているため）。従って、結合剤および押出成形の存在は、煙成分を吸着するＷＯＯＤ ＥＸＴＲＵＤＥＤの能力には悪影響は与えないようである。

Claims (15)

1. 方法であって、
   セルロース系材料および追加された活性化しうる結合剤を含む組成物の物理的活性化を含むプロセスで形成される活性炭材料を提供する工程と、
   喫煙物品で使用するためのフィルター材料を提供する工程と、
   前記活性炭材料および前記フィルター材料を組み合わせて喫煙物品用のフィルターを形成する工程とを含む、方法。
2. 前記形成されたフィルターを喫煙物品に組み込む工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記活性炭材料が押出成形された活性炭材料である、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記活性化しうる結合剤がリグニン化合物を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記セルロース系材料が１つ以上の木材およびオリーブストーンを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 喫煙物品の製造における、セルロース系材料および追加された活性化しうる結合剤を含む組成物の物理的活性化により形成された活性炭材料の使用。
7. 前記活性炭材料が押出成形された活性炭材料である、請求項６に記載の使用。
8. 前記活性化しうる結合剤がリグニン化合物を含む、請求項６または７に記載の使用。
9. 前記セルロース系材料が１つ以上の木材およびオリーブストーンを含む、請求項６〜８のいずれか１項に記載の使用。
10. 低いレベルの粒子破過を持つ喫煙物品であって、
    喫煙可能材料と、
    前記喫煙可能材料の下流にある活性炭材料を含むフィルターであって、前記活性炭材料のＢＥＴが１０００〜２０００ｍ²／ｇであり、ボールパン硬度が約９５％よりも大きいものとを含む喫煙物品であって、
    前記活性炭材料が、セルロース系材料および追加された活性化しうる結合剤を含む組成物の物理的な活性化を含むプロセスで形成される、喫煙物品。
11. 前記活性炭材料のＢＥＴが約１２００ｍ²／ｇ〜約１８００ｍ²／ｇである、請求項１０に記載の喫煙物品。
12. 前記活性炭材料が、同程度に活性化された顆粒状のココナッツの殻活性炭と比較して、少なくとも約１０％の粒子破過の減少を示す、請求項１０または１１に記載の喫煙物品。
13. 被覆または残留物が前記活性炭材料上に配置されない、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の喫煙物品。
14. 前記活性炭材料が押出成形された活性炭材料である、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の喫煙物品。
15. 前記活性炭材料がセルロース系材料および活性化しうる結合剤を含む、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の喫煙物品。