KR100588056B1

KR100588056B1 - 담배 필터

Info

Publication number: KR100588056B1
Application number: KR1020040080079A
Authority: KR
Inventors: 신창호; 김종열; 이영택; 김정열
Original assignee: 주식회사 케이티앤지
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2006-06-09
Also published as: KR20060031173A

Abstract

본 발명은 담배 필터에 관한 것으로서, 가소제를 사용하지 않고도 소비자의 기호에 맞는 소정의 경도를 부여하는 필터를 제공함으로서 담배 연기 중 유해 성분의 제거를 위해 사용되는 흡착제와 첨가제의 미세기공이 가소제에 의해 막히는 것을 방지하여 담배 연기 중의 유해성분 제거 효율을 극대화시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 필터부재와 흡착제를 포함하는 필터플러그에 필터권지를 말아서 된 담배 필터에 있어서, 흡착제나 촉매제가 첨가된 필터부위에 가소제를 사용하지 않는 대신 상기 필터권지로 두께가 70∼300㎛이고, 평량은 50∼250g/m²이며, 압축지수 25∼110Nm/g, 강성도 2∼10g.m 및 기공도가 3000∼33000cu인 것을 사용함을 특징으로 하는 담배 필터를 제공한다.

Description

담배 필터{Cigarette filter}

도 1은 일반적인 삼중필터를 갖는 담배의 부분 분해사시도.

도 2는 담배 필터의 다른 예를 나타낸 도면.

도 3은 담배 필터의 또 다른 예를 나타낸 도면

본 발명은 담배 필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가소제를 사용하지 않고도 필터에 소비자가 요구하는 소정의 경도를 부여하여 담배 연기 중의 유해 성분의 제거를 위해 사용하는 흡착제와 첨가제의 미세기공이 가소제에 의해 막히는 것을 방지하여 담배 연기 중의 유해성분 제거 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 담배 필터에 관한 것이다.

널리 알려진 바와 같이 흡연과정에서 발생되는 담배연기 중에는 타르나 니코틴을 포함하여 여러 가지 인체에 유해한 영향을 주는 물질이 함유되어 있는데, 이 들은 인체의 건강에 심각한 영향을 미친다. 따라서 연기 중에 함유되어 있는 유해물질을 여과하거나 제거하는 것이 중요한데, 이를 위하여 담배에 필터가 부착되어 있다.

통상적으로 필터는 아세테이트 토우나 종이 등의 필터부재로 제작된 필터 플러그에 필터권지를 말아서 제조된다. 여기서 필터는 필터부재만으로 된 단일필터의 구조를 갖거나, 활성탄이나 제올라이트 등 여러 종류의 흡착제를 필터부재와 함께 사용한 이중필터 또는 삼중필터의 구조를 가지고 있으며, 필터플러그 외관에 말려지는 필터권지는 담배물리성중 공기희석율을 부여할 수 있도록 미세한 기공이 형성되어 있다.

상기에서 단일 필터, 즉 아세테이트 토우로 제조된 필터의 경우 소정의 경도를 유지하도록 함과 아울러 각초와의 연결을 원활하게 하기 위하여 필터를 제조하는 과정에서 아세테이트 토우에 트리아세틴, 트리에틸렌 글로콜 디아세테이트, 디부틸프탈레이트, 디메톡시에틸 프탈레이트 등에서 선택되는 가소제를 첨가하게 된다.

이러한 단일필터의 경우 가소제를 토우 전체에 걸쳐 균일하게 부여하여 아세테이트 토우 섬유들 간의 접착 및 경화작용으로 필터에 일정 경도를 부여하게 된다. 그러나, 상기 단일필터는 담배연기 중 타르와 니코틴 이외의 증기상 및 기체상 물질의 제거효능이 낮은 단점이 있다.

이러한 단점을 해소하고자 근래에는 흡착제를 첨가한 이중필터와 삼중필터등을 주로 사용하고 있는데, 활성탄이나 제올라이트 등의 흡착제를 사용하게 되면 흡 착제 내부에 형성된 미세기공에 니코틴이나 타르 이외의 증기상 및 기체상 물질같은 담배연기 성분들이 흡착되므로 이행량이 저감되게 된다.

도 1에 일반적인 삼중필터를 갖는 담배의 일 예를 나타내었으며, 도면에 도시된 바와 같이 필터(10)는 필터부재로 된 구부(11)와, 흡착제만으로 된 탄소부(12) 및 필터부재로 된 연결부(13)로 구성되어 있으며, 이 들을 상호 연결시키기 위하여 외부에 필터권지(14)가 감싸지며, 필터부(10)는 각초(21)를 종이권지(22)로 감싸서 된 각초부(20)와 팁페이터(15)로 연결된다.

여기서 구부(11)와 연결부(13) 사이의 빈공간 부분에 흡착제가 삽입된 탄소부(12)가 형성되는데, 흡착제로 빈 공간을 완전히 채울 수 없어 타르와 니코틴의 제거 성능이 감소하게 되고, 압력이 낮은 빈 공간으로 담배연기가 지나감으로서 증기상 물질의 제거능도 감소하게 되는 단점이 있다.

이러한 단점으로 인하여 현재 도 2와 도 3에 도시한 구조를 갖는 이중필터 또는 삼중필터가 현재 널리 사용되고 있다. 도 2에 도시된 이중필터(30)는 필터부재로 된 구부(31)와 흡착제가 필터부재에 첨가된 탄소부(32)로 이루어지는 필터플러그로 구성되어 있으며 이들을 연결시키기 위해 외부에 필터권지(14)가 감싸지며, 상기 필터부(30)는 각초부와 팁페이퍼(15)로 연결된다. 도 3에 도시된 삼중필터(40)는 필터부재로 된 구부(41)와, 흡착제가 필터부재에 첨가된 탄소부(42)및 필터부재로 된 연결부(43)로 이루어져 있으며 이들을 연결시키기 위해 필터플러그의 외부에 필터권지(14)가 감싸지고, 상기 필터부(40)는 팁페이터(15)로 각초부에 연결된다.

상기 한 도 2 및 도 3의 구조를 갖는 이중필터(30) 또는 삼중필터(40)의 경우 흡착제를 아세테이트 토우 섬유 사이에 첨가하여 제조된 탄소부(32,42)를 사용하고 있어 효율적으로 유해물질의 이행량을 줄일 수 있게 된다.

이때, 담배의 권상 작업성을 높이고, 필터(30,40)에 소정의 경도를 부여하여 소비자의 기호에 맞는 필터를 제공하기 위하여 필터부재인 아세테이트 토우에 전술한 단일필터와 마찬가지로 트리아세틴이나 트리에틸렌 글로콜 디아세테이트, 디부틸프탈레이트, 디메톡시에틸 프탈레이트 등에서 선택되는 가소제를 첨가하여 제조하게 된다.

그러나, 탄소부(32,42)의 경우 제조과정상 흡착제가 아세테이트 토우에 첨가된 후 가소제가 분무됨에 따라 흡착제 고유의 특성인 미세공이 액상 물질인 가소제에 의해 막히게 되어 흡착제로서의 기능이 감소되는 문제점이 있다. 또한 필요에 따라 흡착제에 은이나 팔라듐 등의 첨가제를 첨가시켜 사용하거나 직접 아세테이트 토우 등에 첨가하여 사용하는 경우에도 가소제가 나노입자의 표면을 코팅하게 되어 연기성분과의 접촉 면적을 감소시키므로 그 효과가 현저하게 감소하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 가소제를 사용하지 않고도 소비자의 기호에 맞는 소정의 경도를 부여하는 필터를 제공함으로서 담배 연기 중 유해 성분의 제거를 위해 사용되는 흡착제와 첨가제의 미세기공이 가소제에 의해 막히는 것을 방지하여 담배 연기 중의 유해성분 제거 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 담배 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

필터부재와 흡착제를 포함하는 필터플러그에 필터권지를 말아서 된 담배 필터에 있어서, 흡착제나 촉매제가 첨가된 필터부위에 가소제를 사용하지 않는 대신 상기 필터권지로 두께가 70∼300㎛이고, 평량은 50∼250g/m²이며, 압축지수 25∼110Nm/g, 강성도 2∼10g.m 및 기공도가 3000∼33000cu인 것을 사용함을 특징으로 하는 담배 필터를 제공한다.

상기한 물성과 기공도를 갖는 필터권지를 사용하게 되면 아세테이트 토우에 가소제를 첨가하지 않고도 필터에 소비자가 원하는 소정의 경도를 부여할 수 있게 되며, 따라서 가소제를 첨가하는 경우 발생하는 흡착제와 첨가제의 성능저하를 방지할 수 있어 담배 연기에 함유되는 유해성분의 흡착 및 제거 효능이 극대화 될 수 있게 된다.

이하 본 발명에 따른 담배 필터를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 필터부재와 흡착제를 포함하는 필터플러그의 외관에 말려지는 필터권지로 두께가 70∼300㎛이고, 평량은 50∼250g/m²이며, 압축지수 25∼110Nm/g, 강성도 2∼10g.m 및 기공도가 3000∼33000cu인 것을 사용한 것에 그 특징이 있다.

상기한 물성을 갖는 필터권지를 사용하게 되면 가소제를 사용하지 않아도 필터에 소비자들이 요구하는 충분한 경도를 부여할 수 있고 제품의 중요 물성인 공기희석율이 높은 담배를 제조할 수 있다. 따라서 가소제의 사용에 따른 흡착제와 첨가제의 물성저하를 방지할 수 있게 되어 흡연시 연기에 함유되어 있는 유해성분의 흡착 및 제거효과가 극대화 될 수 있다.

여기서 필터플러그는 도 2와 도 3에 도시한 이중필터 또는 삼중필터의 구조를 포함하여 다양한 공지의 구조를 가질 수 있으며, 이러한 구조의 필터플러그는 공지의 기술을 적용하면 용이하게 형성할 수 있는 것이다. 필터플러그의 외부에는 공지된 바와 같이 필터권지가 감겨지게 된다.

이때, 본 발명에서 사용된 필터권지는 기존의 필터권지와는 달리 가소제를 사용하지 않고도 필터에 소정의 경도를 부여할 수 있는 것을 사용하게 된다. 이를 위하여 필터권지는 두께가 70∼300㎛이고, 평량은 50∼250g/m²이며, 압축지수 25∼110Nm/g, 강성도 2∼10g.m인 것을 사용하게 된다. 여기서 압축지수는 권지가 파괴없이 최대로 견딜 수 있는 압축력을 권지의 폭과 평량으로 나눈 값으로 압축강도 측정기(L&W, SE 052)로 측정한 값이고, 강성도는 강성도 측정기(Taber type)로 측정한 값이다.

상기에서 필터권지의 두께와 평량, 압축지수 및 강성도의 물성이 상기 범위 미만일 경우 필터에 충분한 경도를 부여하지 못하게 되는 문제점이 있으며, 필터권 지의 두께와 평량, 압축지수 및 강성도의 물성이 상기 범위를 초과할 경우 필터의 강도가 너무 증가하여 오히려 애연가들에게 불만감을 줄 수 있는 문제점이 있으므로 필터권지의 두께와 평량, 압축지수 및 강성도는 상기 범위를 갖도록 하는 것이 좋다.

또한, 필터권지의 기공도는 33000cu를 초과할 필요는 없으며 오히려 단가의 상승을 초래하는 단점이 있으며, 필터권지의 기공도가 3000cu 미만일 경우 팁페이파의 기공도에 의해 발생하는 공기희석율의 변동폭이 커져 제품의 물성이 불균일 해지는 문제점이 있으므로 필터권지의 기공도는 3000∼33000이 되도록 하는 것이 좋다.

상기한 물성을 갖는 필터권지를 사용하게 되면 가소제를 사용하지 않고도 필터에 소정의 경도를 부여할 수 있으므로 탄소부에 첨가되는 흡착제의 미세기공이 가소제에 의해 막히는 현상을 방지할 수 있으며, 따라서 흡착제의 기능을 극대화 할 수 있게 된다. 뿐만 아니라 활성탄에 은 이나 팔라듐 등의 나노입자를 첨가한 흡착제나, 제올라이트에 은 등을 첨가하여 제조한 경우 이들의 효과 또한 극대화되게 된다.

이때, 전술한 물성을 갖는 필터권지로는 자연다공 필터권지 또는 천공 필터권지에서 선택된 것을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 이들 권지에 핫멜트 접착제를 점상 도포하거나 2열 또는 3열을 도포하여 제조된 핫멜트 권지를 사용하는 것이 좋다. 이러한 핫멜트 권지를 제조하는 것은 공지의 기술을 적용하면 용이하게 실시할 수 있다.

전술한 바와 같이 흡착제의 사용시 가소제를 첨가하지 않고도 소정의 경도를 부여하는 본 발명에 따른 필터의 경우 흡착제와 가소제를 모두 사용하는 종래의 필터에 비하여 담배 연기 성분 중 타르나 니코틴뿐만 아니라 증기상 물질들을 6∼20% 정도 감소시킬 수 있게 된다. 또한 은 나노 입자 첨착 활성탄이나 백금 나노입자를 첨착하여 제조한 활성탄을 사용하여 제조할 경우 증기상이나 기체상 물질을 20% 이상 감소시킬 수 있게 된다.

이하 본 발명을 하기 실시 예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1 및 2>

하기 표1에 나타낸 구조의 필터플러그 중 가소제가 첨가되지 않고 흡착제를 첨가한 탄소부에 전술한 물성을 갖는 필터권지를 감아 필터를 제조하되, 구부와 탄소부 및 연결부는 각각 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 하여 제조하였다. 이때, 흡착제부에 사용된 필터권지는 두께가 71㎛이고, 평량은 70g/m²이며, 압축지수 42Nm/g 및 강성도는 3.0g.m 이고, 기공도가 6000cu인 핫멜트 권지를 사용하였다.

<비교예 1 내지 4>

하기 표1에 나타낸 구조의 필터플러그의 외관에 필터권지를 감아 필터를 제조하되, 구부와 탄소부 및 연결부는 각각 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 하여 제조 하였다. 이때, 필터권지로는 두께 55㎛, 평량 29g/m², 압축지수 23Nm/g 및 강성도 1.7g.m이고, 기공도는 6500cu인 자연다공 권지를 사용하였으며, 이때 가소제로는 트리아세틴을 필터 중량 대비 7% 첨가하여 사용하였다

제원	구부	탄소부	각초부
필터길이(mm)	90	72	90
흡인저항(mmH₂O)	310	250	310
실시예 1	아세테이트 토우 +가소제	아세테이트 토우+활성탄	종이
실시예 2	아세테이트 토우 +가소제	아세테이트 토우+활성탄	아세테이트 토우
비교예 1	아세테이트 토우 +가소제	아세테이트 토우+가소제	종이
비교예 2	아세테이트 토우 +가소제	아세테이트 토우+활성탄+가소제	종이
비교예 3	아세테이트 토우 +가소제	아세테이트 토우+가소제	아세테이트 토우
비교예 4	아세테이트 토우 +가소제	아세테이트 토우+활성탄+가소제	아세테이트 토우

<실험예 1>

상기 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 필터에서 중간부에 첨가된 활성탄의 비표면적과 미세공면적을 질소 흡착법(BET,N₂)으로 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

<실험예 2>

상기 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 필터를 300g의 추로 필터를 눌렀을 때 들어가는 비율을 측정하여 필터경도로 하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분	가소제첨가량 (%)	활성탄 (2mg/mm)	비표면적 (㎡/g)	미세공면적 (㎡/g)	필터흡인저항 (mmH₂O)	필터경도 (%)
실시예 1	0	○	1060	1002	400	89
실시예 2	0	○	1060	1002	400	90
비교예 1	7%	×	286	104	400	90
비교예 2	7%	○	286	104	400	91
비교예 3	7%	×	286	104	400	91
비교예 4	7%	○	286	104	400	91

상기 표 2에서 보는 바와 같이 가소제가 첨가된 필터와 가소제를 첨가하지 않은 필터는 모두 유사한 필터경도를 보임을 알 수 있으나, 활성탄의 비표면적 및 미세공 면적을 분석한 결과 가소제가 첨가될 경우 가소제가 첨가되지 않은 활성탄에 비해 비표면적은 약 73%, 미세공면적은 약 89% 정도 감소한 것으로 나타났다. 이러한 비표면적과 미세공 면적의 감소는 활성탄에 의한 연기성분의 물리흡착 능력을 저감시키는 것을 의미한다.

<실험예 3>

상기 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 필터를 사용하여 하기 방법으로 TPM, 타르, 니코틴, 일산화탄소 및 증기상 성분 이행량을 측정하고, 그 결과를 하기 표 4 및 표 5에 나타내었다.

- TPM(Total Particulate Matter) -

담배 연소장치를 이용하여 담배를 태운 후 무게를 측정하였다.

- 니코틴 -

담배 연소장치로 담배를 태운 후 연기를 포집하여 GC(Gas Choromatography)로 분석하였다.

- 타르 -

담배 연소장치로 담배를 태운 후 연기를 포집하여 GC법으로 연기중 수분을 분석한 후 TPM 양에서 수분과 니코틴 값을 뺀 값으로 하였다.

- 일산화탄소 -

담배 연소장치로 담배를 태운 후 연기를 포집하여 CO Analyzer로 CO 함량을 분석하였다.

- 증기상 성분 이행량 -

담배 연소장치로 담배를 태운 후 연기를 포집하여 GC로 이소프렌(Isoprene), 아크릴로니트릴(Acrylonitrile), 톨루엔(Toluene), 벤젠(Benzene)의 성분 함량을 분석하였다. 이때 제품의 공기희석율은 63%로 하였다.

필터	각초부	가소제 첨가량	활성탄 (2mg/mm)	TPM (mg/cig)	Tar (mg/cig)	Nicotine (mg/cig)	CO (mg/cig)
실시예 1	종이	0	○	3.71	3.0	0.26	4.0
실시예 2	아세테이트	0	○	4.36	3.5	0.36	3.9
비교예 1	종이	7%	×	3.83	3.1	0.30	3.8
비교예 2	종이	7%	○	4.02	3.2	0.31	4.1
비교예 3	아세테이트	7%	×	4.46	3.6	0.36	3.8
비교예 4	아세테이트	7%	○	4.55	3.6	0.38	4.0

필터	각초부	가소제 첨가량	활성탄 (2mg/mm)	Isoprene (㎍/cig.)	Acrylonitrile (㎍/cig.)	Toluene (㎍/cig.)	Benzene (㎍/cig.)
실시예 1	종이	0	○	108.9	7.0	13.4	7.2
실시예 2	아세테이트	0	○	104.6	7.3	18.2	10.3
비교예 1	종이	7%	×	218.4	8.7	16.5	31.5
비교예 2	종이	7%	○	123.6	8.6	16.3	10.7
비교예 3	아세테이트	7%	×	146.6	7.4	32.7	22.1
비교예 4	아세테이트	7%	○	132.7	7.4	20.1	13.0

상기 표 4 및 표 5에서 보는 바와 같이 타르 및 니코틴의 감소량은 실시예의 경우, 각초부 쪽의 필터를 종이로 만들 경우 아세테이트로 제조한 시료에 비해 타 르와 니코틴의 이행량이 각각 14.3%와 27.8% 정도 감소하였다.

또한 동일한 구조 및 소재를 사용한 비교예 1과 2 및 비교예 3과 4의 경우 활성탄 투입으로 타르와 니코틴의 제거능은 큰 차이가 나타나지 않았다.
그러나 표 5에 도시된 바와 같이 기체상 성분의 경우 각초부 쪽의 필터를 종이로 만든 실시예 1과 비교예 1 및 비교예 2는 각각 각초부 쪽의 필터를 아세테이트로 만든 실시예 2와 비교예 3 및 비교예 4에 비하여 높은 저감 효과를 나타내었다. 즉, 필터를 종이로 만든 실시예 1과 필터를 아세테이트로 만든 실시예 2를 비교하여 보면 실시예 1의 경우 기체상 성분에서 좀 더 높은 저감효과를 나타내었으며, 마찬가지로 비교예 1과 비교예 3의 경우에는 비교예 1이, 비교예 2와 비교예 4의 경우에는 비교예 2가 좀 더 높은 저감효과를 나타내었다. 그 원인은 종이 필터가 TPM과 Tar에 대한 제거능이 높아서 중간부에 위치한 활성탄으로 이행되는 TPM과 Tar의 양을 감소시켜 주므로 활성탄의 세공을 막지 않아 효과를 극대화시켜주기 때문이다.
또한, 활성탄을 첨가하지 않은 비교예 1과 활성탄에 가소제를 함께 첨가한 비교예 2의 경우 기체상 성분 중 벤젠은 66% 감소하는 효과를 나타내었으나, 가소제를 첨가하면서 활성탄을 첨가하지 않고 필터로 핫멜트 천공지인 종이로 제조한 비교예 1과 가소제를 첨가하지 않고 활성탄만을 첨가하면서 필터로 핫멜트 천공권지인 종이로 제조한 실시예 1의 경우 기체상 성분 중 벤젠은 최대 77%까지 감소하는 것으로 나타났다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 가소제를 사용하지 않고도 소비자의 기호에 맞는 소정의 경도를 갖는 필터를 제공함으로서 흡착제와 첨가제의 유해성분의 흡착 및 제거효율을 극대화시킬 수 있도록 한 담배 필터를 제공하는 유용한 효과가 있다.

Claims

필터부재와 흡착제를 포함하는 필터플러그에 필터권지를 말아서 된 담배 필터에 있어서,

흡착제나 촉매제가 첨가된 필터부위에 가소제를 사용하지 않는 대신 상기 필터권지로 두께가 70∼300㎛이고, 평량은 50∼250g/m²이며, 압축지수 25∼110Nm/g, 강성도 2∼10g.m 및 기공도가 3000∼33000cu인 것을 사용함을 특징으로 하는 담배 필터.
청구항 1에 있어서,

상기 필터권지가 자연다공 권지 또는 천공 권지인 것을 특징으로 하는 담배 필터.
청구항 2에 있어서,

상기 필터권지가 자연다공권지 또는 천공 권지에 핫멜트 접착제를 도포한 핫멜트 권지인 것을 특징으로 하는 담배 필터.
청구항 1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 필터플러그는 흡착제가 내장된 탄소부를 갖는 이중필터 또는 삼중필터의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 담배 필터.