KR101172076B1 - 촉매 충전재를 갖는 궐련 래퍼 및 그것의 제조방법 - Google Patents

촉매 충전재를 갖는 궐련 래퍼 및 그것의 제조방법 Download PDF

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Abstract

흡연물품용 래퍼는 셀룰로스성 섬유를 포함하는 웨브와 웨브에 병합된 촉매 변형된 웨브-충전재를 포함한다. 촉매 변형된 웨브-충전재는 나노입자 일산화탄소 촉매를 담지하는 웨브-충전재를 포함한다. 나노입자 일산화탄소 촉매는 나노입자 산화철 촉매일 수 있다. 또한 웨브, 웨브-충전재, 및 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함하는 래퍼를 갖는 궐련 담배로드가 제공되고, 상기 웨브-충전재는 나노입자 촉매를 담지한다. 래퍼의 제조방법과 래퍼를 사용한 흡연물품의 제조방법 또한 제공된다.

Description

촉매 충전재를 갖는 궐련 래퍼 및 그것의 제조방법{CIGARETTE WRAPPER WITH CATALYTIC FILLER AND METHODS OF MAKING SAME}
본 출원은 2003년 6월 13일자로 출원된 미국 가출원 제60/477,922호, 발명의 명칭 "촉매 충전재를 갖는 궐련 래퍼 및 그것의 제조방법"을 35 USA§119에 의해 우선권으로 주장하며, 그것의 전체 내용은 참조로서 본 명세서 병합된다.
이하의 설명에서, 참조는 구조물과 방법을 포함하여 이루어지지만, 이와 같은 참조는 이들 구조물과 방법이 적용가능한 법령 규정하에 선행기술로서 한정되는 자격으로 해석될 필요는 없다. 출원인들은 참조 주제의 어느 것도 선행기술을 구성하지 않는다는 것을 설명할 권리를 유보한다.
궐련 또는 시가와 같은 흡연 물품은 퍼프 중의 주류연 및 정적연소 중의 측류연 모두를 생성한다. 주류연과 측류연 모두의 한 구성성분은 일산화탄소(CO)이다. 연기중 일산화탄소의 감소가 바람직하다.
흡연물품용 촉매, 흡착제 그리고/또는 산화제가 다음에 기재되어 있다: 미국특허 제 6,371,127(Snider et al), 미국특허 제6,286,516(Bowen et al), 미국특허 제 6,138,684(Yamazaki et al), 미국특허 제 5,671,758(Rongved), 미국특허 제 5,386,838(Quincy Ⅲ, et al), 미국특허 제 5,211,684 (Shannon et al), 미국특허 제 4,744,374(Deffeves et al.), 미국특허 제 4,453,553(Cohn), 미국특허 제 4,450,847(Owens), 미국특허 제 4,182,348(Seehofer et al.), 미국특허 제 4,108,151(Martin et al.), 미국특허 제 3,807,416, 및 미국특허 제 3,720,214. 국제공보 WO 02/24005, WO 87/06104, WO 00/40104 및 미국특허출원공보 제 2002/0002979 A1, 2003/0037792 A1 및 2002/0062834 A1 또한 촉매, 흡착제 그리고/또는 산화제를 언급한다.
철 그리고/또는 산화철은 담배 제품용으로 설명되어져 왔다(예를 들면, 미국특허 제 4,197,861; 4,489,739 및 5,728,462 참조). 산화철은 착색제(예를 들면, 미국특허 제 4,119,104; 4,195,645; 5,284,166) 및 연소 조절제(예를 들면, 미국특허 제 3,931,824; 4,109,663 및 4,195,645)로 기재되어 있고 맛, 색 그리고/또는 외관을 개선하기 위해 사용되어져왔다(예를 들면, 미국특허 제 6,095,152; 5,598,868; 5,129,408; 5,105,836 및 5,101,839).
지금까지의 개발에도 불구하고, 흡연중 흡연 물품의 주류연에서 일산화탄소의 양을 감소시키기 위한 개선되고 더욱 효율적인 방법 및 조성물이 요구된다.
흡연 물품의 바람직한 구현예는 래퍼를 갖는 궐련 담배로드, 웨브, 웨브-충전재 재료 및 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함하는 래퍼, 나노입자 촉매를 담지하는 웨브-충전재 재료를 포함한다. 바람직하기는, 나노입자 일산화탄소 촉매는 탄산칼슘에 의해 담지된 나노입자 산화철 촉매를 포함한다.
흡연물품을 제조하기 위한 바람직한 방법은 (ⅰ)촉매 변형된 웨브-충전재를 형성하기 위해, 임의로 나노입자 일산화탄소 촉매를 래퍼의 생산에 사용된 웨브-충전재 재료에 병합시키고, (ⅱ)임의로 래퍼를 제조하고, 상기 래퍼는 촉매 변형된 웨브-충전재를 포함하고, (ⅲ) 궐련 제조 장치에 담배를 포함하는 절단 충전재를 제공하고, 그리고 (ⅳ)나노 일산화탄소 촉매를 담지하는 웨브-충전재를 포함하는 래퍼를 절단 충전재 주변에 놓아 흡연 물품의 담배로드 부분을 형성하는 것을 포함한다. 방법은 임의로 단계 (ⅱ) 그리고/또는 (ⅴ) 담배로드 부분 근처에 제2 래퍼를 놓는 단계 전에 촉매 변형된 웨브-충전재를 하소하는 것을 포함한다.
흡연 물품을 위한 래퍼의 바람직한 구현예는 종이 웨브 및 종이 웨브에 담지된 촉매 변형된 웨브-충전재를 포함하고, 촉매 변형된 웨브-충전재는 웨브-충전재 재료에 의해 담지된 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함한다.
궐련 종이를 제조하는 또 다른 바람직한 방법은 (ⅰ)촉매 변형된 웨브-충전재 및 셀룰로스성 재료를 제지 기계의 성형부의 헤드박스에 공급하고, 상기 촉매 변형된 웨브-충전재는 나노입자 일산화탄소 촉매를 담지하는 웨브-충전재 재료를 포함하고, (ⅱ) 촉매 변형된 웨브-충전재와 셀룰로스성 재료를 포함하는 수성 슬러리를 제지 기계의 성형부에 놓고 그 안에 분배된 촉매 변형 웨브-충전재를 갖는 기재 웨브를 형성하고, 그리고 (ⅲ)중간 웨브를 형성하도록 기재-웨브로부터 물을 제거하는 것으로 이루어진다. 이 방법은 임의로 단계(ⅲ) 전에 촉매 변형된 웨브-충전재를 하소하는 것을 포함한다.
촉매 변형된 웨브-충전재를 포함하는 궐련 종이를 제조하는 추가의 바람직한 방법은 (ⅰ)제지 기계의 성형부의 제1 헤드박스에 셀룰로스 재료를 공급하고, (ⅱ)셀룰로스성 재료의 기재 웨브를 형성하도록 제1 헤드박스의 수성 슬러리를 제지 기계의 성형부에 놓고, (ⅲ)기재 웨브 상에 촉매 변형된 웨브 충전재를 분배하고, 상기 촉매 변형된 웨브-충전재는 나노입자 일산화탄소 촉매를 담지하는 웨브-충전재료를 포함하고, 및 (ⅳ)기재 웨브에서 물을 제거하여 중간 웨브를 형성하는 것으로 이루어진다. 방법은 임의로 단계(ⅲ) 전에 촉매 변형된 웨브-충전재를 하소하고 그리고/또는 기재 웨브의 섬유성 네트워크 내에 촉매 변형된 웨브-충전재를 분배하는 것을 포함하고, 여기서 상기 층은 중간 웨브 상에 밴드, 스트라이프 또는 격자 패턴을 형성한다.
이중층 궐련 종이를 제조하기 위한 바람직한 방법은 (ⅰ)제1 헤드박스로부터 이중층 궐련 종이의 제1층을 제지 기계의 와이어에 놓고, 상기 제1 헤드박스는 제1 퍼니시 조성물을 보유하고, (ⅱ)제2 헤드박스로부터 이중층 궐련 종이의 제2층을 제1층 부분에 놓고, 상기 제2 헤드박스는 제2 퍼니시 조성물을 보유하고, 상기 제2 퍼니시 조성물은 나노 일산화탄소 촉매를 담지하는 웨브 충전재 재료를 포함하는 촉매 변형된 웨브-충전재를 포함하고, 그리고 (ⅲ)중간 웨브의 단일 시트를 형성하도록 제1층 및 제2층으로부터 물을 제거하는 것을 포함한다. 본 방법은 임의로 촉매 변형된 웨브-충전재를 하소하는 것을 포함한다.
궐련 종이의 바람직한 제조방법은 (ⅰ)셀룰로스성 재료를 포함하는 퍼니시를 제지 기계의 성형 부위의 제1 헤드박스에 공급하고, (ⅱ)담체 웨브를 제지 기계를 통해 이송하고, (ⅲ)촉매 변형된 웨브-충전재를 담체 웨브에 놓고, 상기 촉매 변형된 웨브-충전재는 나노입자 일산화탄소 촉매를 담지하는 웨브-충전재 재료를 포함하고, (ⅳ)그 안에 임배드된 담체 웨브를 갖는 셀룰로스성 재료의 기재 웨브를 형성하도록 제1 헤드박스로부터 수성 슬러리를 담체 웨브에 놓고, (ⅴ)시트를 형성하도록 기재 웨브로부터 물을 제거하고, 그리고 (ⅵ) 시트를 들어올리는 것을 포함한다.
바람직한 흡연 물품의 래퍼의 제조에 사용되는 촉매 변형된 웨브-충전재는 웨브-필터 재료 및 웨브-충전재 재료에 담지된 나노입자 이산화탄소 촉매를 포함한다.
웨브-충전재 재료에 담지된 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함하는 촉매 변형된 웨브-충전재를 제조하는 바람직한 방법은 (ⅰ)나노입자 일산화탄소 촉매와 웨브-충전재 재료의 수성 슬러리를 형성하고, (ⅱ)임의로 수성 슬러리를 담체 표면에 스프레드하고, 그리고 (ⅲ)물을 증발시키고 촉매 변형된 웨브-충전재를 형성하도록 수성 슬러리를 건조하는 것을 포함한다.
웨브-충전재 재료에 담지된 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함하는 촉매 변형된 웨브-충전재를 제조하는 추가의 바람직한 방법은 (ⅰ)액체상으로부터 나노입자 일산화탄소 촉매를 웨브-충전재 재료 위에 침전시키고, (ⅱ)액체상의 적어도 일부를 제거하고, 그리고 (ⅲ)남은 액체상을 증발시키고 촉매 변형된 웨브-충전재를 형성하기 위해 웨브-충전재를 건조시키는 것을 포함한다.
웨브-충전재 재료상에 담지된 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함하는 촉매 변형된 웨브-충전재를 제조하는 또 다른 바람직한 방법은 증기상으로부터 나노입자 일산화탄소 촉매를 웨브-충전재 재료상에 놓는 것을 포함하고, 여기서 상기 나노입자 일산화탄소촉매는 FeOOH, α-Fe2O3, γ-Fe2O3 또는 그들의 혼합물을 포함하고 웨브-충전재 재료는 CaCO3, TiO2, SiO2, Al2O3, MgCO3, MgO 및 Mg(OH)2로 이루어진 군으로부터 선택된다.
궐련의 바람직한 구현예는 래퍼를 갖는 담배로드를 포함하고, 상기 래퍼는 섬유성 셀룰로스 재료의 웨브와 웨브-충전재의 부하를 포함하고, 웨브-충전재의 적어도 어느정도는 미네랄 입자와 그 미네랄 입자에 의해 담지된 나노입자를 포함한다.
제지공정에 사용하기 위한 퍼니시의 바람직한 구현예는 촉매 변형된 웨브-충전재와 셀룰로스성 재료를 포함하는 수성 슬러리를 포함한다.
궐련 래퍼의 바람직한 구현예는 웨브-충전재 재료를 갖는 웨브를 포함하고, 웨브-충전재 재료의 적어도 어느 정도는 FeOOH를 포함한다.
도 1의 (a)는 래퍼의 웨브-충전재 재료에 담지된 나노입자 일산화탄소 촉매를 갖는 예시적인 흡연 물품을 나타낸다. 도 1의 (b)는 래퍼의 확대도를 나타낸다.
도 2의 (a)는 제2 최외부 래퍼를 갖는 제1 래퍼의 웨브-충전재 재료상에 담지된 나노입자 일산화탄소 촉매를 갖는 예시적인 흡연물품을 나타낸다. 도 2의 (b)는 제2 최외부 래퍼를 갖는 제1 래퍼의 확대도를 나타낸다.
도 3의 (a)는 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함하는 래퍼를 갖는 예시적인 흡연물품을 나타낸다. 상기 래퍼의 내부 웨브-영역은 촉매-담지된 웨브-충전재 재 료를 함유한다. 도 3의 (b)는 래퍼의 확대도를 나타낸다.
도 4는 제지 기계의 단면도이고, 여기서 초크박스는 촉매 변형된 웨브-충전재를 함유할 수 있다.
도 5는 궐련 구조물의 한 형태를 나타내며, 이것은 전지 흡연 장치로 사용될 수 있다.
도 6은 연료 부재를 둘러싼 촉매 변형된 종이를 갖는 궐련의 투시도이다.
도 7은 도 6에 나타낸 궐련의 단면을 나타낸다.
도 8은 중심에 튜브 형태로 위치된 촉매 변형된 래퍼를 갖는 궐련의 단면을 나타낸다.
도 9는 나노입자 산화철 촉매와 나노입자 산화철 촉매/CaCO3 혼합물에 대한 CO에서 CO2로의 전환을 나타낸다.
도 10은 온도의 함수로서 CO에서 CO2의 전환에 관하여, 웨브-충전재 재료에 나노입자 산화철 촉매 30% 부하에 의한 하소조건의 영향을 나타낸다.
촉매성 종이, 촉매 변형된 웨브-충전재의 조성물, 궐련, 웨브-충전재로서 래퍼에 병합된 나노입자 첨가제의 사용을 포함하는 흡연 물품의 제조방법은 일산화탄소의 이산화탄소로의 전환을 위한 산화제로서 그리고/또는 일산화탄소의 이산화탄소로의 전환을 위한 촉매로서 작용할 수 있다. 나노입자 첨가제는 주류연에서 일산화탄소의 양을 감소시킨다.
"주류"연이라는 용어는 담배로드 아래로 통과하고 충전재 말단을 통해 방출되는 기체의 혼합물, 즉 궐련의 흡연중 궐련의 구강말단으로부터 방출되거나 흡입되는 연기 전체를 말한다. 주류연은 궐련 종이 래퍼를 통해서 뿐 아니라, 점화 영역 둘 다를 통해 흡입되는 연기를 함유한다.
바람직한 구현예의 나노입자 산화철 촉매와 같은 일산화탄소(CO) 산화촉매가 궐련과 같은 흡연 물품의 래퍼의 웨브-충전재 재료에 병합될 수 있다. 이와 같은 래퍼는 흡연물품을 모으기 위해 사용되고 흡연 중 소비된다. 이론에 얽매임 없이, 이것은 흡연 중, 병합된 나노입자 촉매가 주류연 중의 구성 기체 성분을 촉매작용하고, 예를 들면 일산화탄소 촉매는, 하기 방정식에 따라, 흡연 물품의 기체흐름중의 산소(O2)와 반응하여 이산화탄소(CO2)를 형성시킴에 의해 주류연과 측류연 궐련 연기 중의 CO 수준을 감소시키도록 CO를 촉매작용 한다고 믿어진다.
2 CO + O2 = 2CO2 식 1
또한, 촉매 반응 이후에, 촉매는 산화제로서 작용할 수 있고, 예를 들면, 기체 흐름중의 산소의 부재하에 CO를 산화시켜 주류연 그리고/또는 측류연 중의 CO의 수준을 감소시킨다고 믿어진다.
도 1(a)을 참조로, 흡연 물품(100)의 바람직한 구현예는 담배 로드 부분(90)과 필터링 팁(92)을 갖는다. 임의로, 흡연 물품(100)의 구현예는 필터링 팁(92) 없이 실행될 수 있다. 바람직하기는, 담배로드 부분(90)은 궐련(담배) 래퍼(104)로 포장된 담배의 칼럼(102)를 포함한다. 도1(b)의 확대도에 나타난 바와 같이, 탄산 칼슘(CaCO3)과 같은 웨브-충전재 재료(108)의 입자들이 분산되어 있는 래퍼(104)는 섬유성 셀룰로스성 재료(106)의 웨브를 포함한다. 실제로, 웨브-충전재 재료(108)는 래퍼(104)의 투과성을 측정하기 위한 약제로서 작용하고(통상적으로 CORESTA의 단위로 측정되며, 이것은 세제곱센티미터로 측정된 공기의 양으로 정의되며, 1.0 킬로파스칼의 압력 강하에서 1분에 재료의 1제곱센티미터를 통해 통과한다) 그리고 일산화탄소 촉매의 나노입자, 바람직하기는 산화철의 나노입자의 담체로서 작용한다. 필요에 따라, 래퍼(104)는 임의로 촉매-프리 웨브-충전재 재료(110)를 포함할 수 있다. 웨브-충전재는 래퍼(104)의 생산에 사용되는 충전재 재료이다.
도 2(a) 및 2(b)는 제2 최외부 래퍼를 갖는 제1 래퍼의 웨브-충전재 상에 담지된 나노입자 일산화탄소 촉매를 갖는 흡연 물품의 구현예를 나타낸다. 도 2(a)의 구현예에서, 흡연 물품(100)은 제1 내부 래퍼(112)에 의해 둘러싸인 궐련 담배 칼럼(102)을 포함한다. 도 2(b)의 확대된 도면에 나타난 바와 같이, 제1 래퍼(112)는 웨브(114) 및 웨브-충전재 재료(116)상에 담지된 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함한다. 필요에 따라, 제1 래퍼(112)는 임의로 촉매-프리 웨브-충전재(112)를 포함할 수 있다. 제1 내부 래퍼에서 웨브-충전재 재료에 대한 나노입자 일산화탄소의 비율은 중량%로, 1.0~3.0, 더욱 바람직한 비는 0.1~1.0이고, 가장 바람직한 비는 0.33~1.0이다. 흡연 물품(100)은 제1 래퍼(112)를 둘러싸는 제2 래퍼(120)를 갖는다. 제2 외부 래퍼(120)에서 나노입자 일산화탄소 촉매의 총량은 주어진 단일 궐련(100)에 대해 1mg 미만이 바람직하고, 더욱 바람직하기는 나노입자 촉매에 의한 착 색에 의해 영향을 받지 않는 궐련(100)의 외관을 제공하도록 하기 위해, 제2 래퍼(120)는 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함하지 않는다.
예시적인 구현예에서, 제1 래퍼에서의 나노입자 일산화탄소 촉매의 총량은 10~100mg이고, 제2 래퍼에서는 1mg 미만이고, 바람직하기는 0mg이고 그리고/또는 제1 래퍼(112)에서의 나노입자 일산화탄소 촉매에 대한 제2 래퍼(120)에서의 나노입자 일산화탄소 촉매의 비율은 중량%로 0.25 미만이다.
도 3(a)은 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함하는 래퍼를 갖는 흡연물품의 구현예를 나타낸다. 도 3(a)의 구현예에서, 흡연물품(100)은 궐련 담배 칼럼(102) 및 래퍼(122)를 포함한다. 도 3(b)의 확대도에 나타낸 바와 같이, 래퍼(122)는 웨브(124) 및 웨브-충전재 재료(126) 상에 담지된 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함한다. 필요에 따라, 래퍼(122)는 임의로 촉매-프리 웨브-충전재 재료(128)를 포함할 수 있다. 웨브-충전재 재료는 래퍼(122)의 생산에 사용되는 충전재 재료이다. 래퍼(122)는 방사상 내부부분(130)과 방사상 외부부분(132)을 가지고, 상기 방사상 내부부분(130)은 나노입자 일산화탄소 촉매의 제1 부하를 갖고 상기 방사상 외부부분(132)은 나노입자 일산화탄소 촉매의 제2 부하를 갖는다. 한 구현에에서, 나노입자 일산화탄소 촉매의 제1 부하는 나노입자 일산화탄소 촉매의 제2 부하보다 크다. 예를 들면, 주어진 단일 궐련(100)에서 래퍼에 있는 나노입자 일산화탄소 촉매의 제1 부하는 최대 100mg일 수 있고 나노입자 일산화탄소 촉매의 제2 부하는 1mg 미만일 수 있다. 바람직하기는, 나노입자 일산화탄소 촉매의 제2 부하는 0이다. 또 다른 구현예에서, 방사상 내부부분(130) 중의 웨브-충전재 재료에 대한 나노입자 일산화탄소 촉매의 비율은, 중량%로, 바람직하기는 0.1~3.0이고, 더욱 바람직하기는 0.1~1.0이고, 가장 바람직하기는 0.33~1.0이다. 방사상 외부부분(132) 중의 나노입자 일산화탄소 촉매의 총 부하는 1mg 미만이고, 더욱 바람직하기는 0mg이다.
"나노입자"는 입자가 미크론 미만의 평균 입자 직경을 갖는 것을 의미한다. 나노입자 촉매는 바람직하기는 약 500nm 미만, 더욱 바람직하기는 약 300 ~400nm 미만, 더욱 바람직하기는 1~50nm, 더욱 바람직하기는 1~10nm, 가장 바람직하기는 약 5nm 미만의 평균 입자 직경을 갖는다. 나노입자 촉매의 벌크 밀도는 바람직하기는 0.25g/cc 미만이고, 바람직하기는 약 0.05 g/cc이다. 바람직한 나노입자 촉매의 Brunauer, Emmett, Teller(BET) 표면적은 약 20 m2/g ~ 400 m2/g이고, 더욱 바람직하기는 약 200 m2/g ~ 약 300 m2/g이다. 고온 나노입자 일산화탄소 촉매의 예는 나노입자 산화철 촉매를 포함한다. 바람직한 나노입자 산화철 촉매는 Mach I, Inc., (King of Prussia, PA)사 제품인 NANOCAT7 Superfine Iron Oxide이다. 나노입자 산화철 촉매는 FeOOH, α-Fe2O3, γ-Fe2O3, 또는 그들의 혼합물을 포함한다.
나노입자 일산화탄소 촉매는 나노입자 일산화탄소 촉매를 궐련 포장 종이의 생산에 웨브-충전재 재료로 사용되는 충전재 재료에 고정시킴에 의해 포장 종이에 병합된다. 웨브-충전재 재료는 Ⅱ족, Ⅲ족 또는 Ⅳ족 금속의 산화물, 탄산염, 또는 수산화물을 포함할 수 있고, 또는 웨브-충전재 재료는 CaCO3, TiO2, SiO2와 같은 실리케이트, Al2O3, MgCO3, MgCO3, MgO 및 Mg(OH)2로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직한 예에서, 웨브-충전재 재료는 CaCO3 또는 궐련 종이 제조에 사용되는 종래의 다른 충전재 재료이다. 필요에 따라, 래퍼 종이는 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함하지 않는 웨브-충전재 재료를 포함할 수 있다.
흡연 물품의 바람직한 구현예에서, 나노입자 산화철 촉매는 FeOOH, α-Fe2O3, γ-Fe2O3, 또는 그들의 혼합물을 포함한다. 촉매 변형된 웨브-충전재는 바람직하기는CaCO3, TiO2, SiO2와 같은 실리케이트, Al2O3, MgCO3, MgCO3, MgO 및 Mg(OH)2로 이루어진 군으로부터 선택된 충전재 입자들에 고정된 나노입자 산화철 촉매를 포함한다. 촉매-변형된 종이 웨브-충전재의 평균입자크기는 0.1~10 미크론이고, 바람직하기는 1.5 미크론 이하이다.
또 다른 바람직한 구현예에서, 흡연 물품 중의 나노입자 일산화탄소 촉매의 총량은 적어도 약간의 CO를 CO2로 전환하기에 효과적인 양이다. 궐련에서, 궐련당 촉매의 바람직한 양은 1~100mg, 1~50mg 또는 50~100mg, 2~25mg 또는 25~50mg, 1~15mg 또는 15~40mg, 또는 4~10mg 또는 10~20mg이다.
한 접근법에서, 나노입자 산화철 촉매와 같은 나노입자 일산화탄소는, 나노입자 일산화탄소 촉매와 웨브-충전재 재료의 수성 슬러리를 형성함에 의해 CaCO3와 같은 웨브-충전재 재료에 의해 담지된다. 이 공정에 사용되는 CaCO3는 ALBACAR7 5970(Specialty Minerals of Bethlehem, Pensylvania 제품)과 같은, 제지공정에 사용되는 충전재 재료와 동일한 것일 수 있다. 슬러리는 예를 들면, 닥터 브레이드를 사용하여 슬러리를 바름으로써 펴진다. 슬러리를 건조시키기 위한 한 방법은, 진공 여과 이후 건조하는 다른 방법도 사용될 수 있지만, 75Ec에서 방사 램프와 같은 열원에 의해 가열하면서 공기 중에 노출하는 것을 포함한다.
촉매와 충전재는 원하는 양으로 제공될 수 있고, 예를 들면 10~90% 촉매 및 90~10% 웨브-충전재 재료이다. 건조된 슬러리는 슬러리의 나노입자 일산화탄소 촉매 부하에 따라, 분말상 물질 또는 자동-담지 고형 매스를 형성한다. 예를 들면, 탄산칼슘 상의 나노입자 산화철의 촉매 부하 약 50~60 중량% 미만을 함유하는 슬러리의 경우, 슬러리는 분말상 물질로 건조되고; 탄산칼슘 상의 나노입자 산화철의 촉매 부하 약 60~70 중량% 미만을 함유하는 슬러리의 경우, 슬러리는 자동-담지 고형 매스로 건조된다. 촉매 변형된 웨브-충전재, 예를 들면 나노입자 산화철 촉매/CaCO3 입자와 같은 나노입자 일산화탄소 촉매를 담지한 웨브-충전재 재료를 래퍼에 병합시키기 전에, 촉매 변형된 웨브-충전재의 평균 입자 크기는 0.1~10 미크론의 평균입자크기, 바람직하기는 약 1 미크론 이하의 크기로 감소될 수 있다. 예를 들면, 촉매 변형된 웨브-충전재는 예를 들면, 1cm 마노(agate) 밀링볼에 의해 2~4시간 동안 100~300rpm에서 밀링됨에 의해 분말을 형성하도록 볼밀될 수 있다. 볼밀링은 슬러리가 분말상 물질로 건조될 필요가 없다. 따라서, 촉매 변형된 웨브-충전재, 예를 들면 나노입자 일산화탄소 촉매/웨브-충전재 재료는 제지 공정을 통해 래퍼에 병합될 수 있다. 예를 들면, 촉매 변형된 웨브-충전재는 제지공정에서 충전재 재료로서 사용될 수 있다. 바람직한 구현예에서, 래퍼 중의 웨브-충전재 재료(촉 매 변형된 웨브-충전재 그리고/또는 촉매 없는 웨브-충전재 재료 모두)의 수준은 3~50%일 수 있다.
다른 접근법에서, CaCO3와 같은 웨브-충전재 재료의 입자는, 나노입자 일산화탄소 촉매와 웨브-충전재 재료의 수성 슬러리를 형성하고, 슬러리를 건조시켜 촉매 변형된 웨브-충전재를 형성하고, 그리고 이어서 촉매 변형된 웨브-충전재를 하소하는 것에 의해, 나노입자 산화철 촉매와 같은 나노입자 일산화탄소 촉매를 담지한다. 슬러리는 상기의 첫번째 접근법과 같이 순차적으로 형성된다. 슬러리를 건조시켜 자동-담지된 고형 매스를 형성하고 (필요에 따라, 촉매 변형된 웨브-충전재의 크기를 줄이기 위해)볼밀링하여 분말을 형성한 후, 촉매 변형된 웨브-충전재는, 촉매 변형된 웨브-충전재를 알맞는 하소 온도, 예를 들면, 최대 500Ec, 바람직하기는 200Ec~400Ec에서, 1~3시간, 바람직하기는 2시간 동안의 적절한 시간 동안 가열함에 의해 하소된다.
50/50 NANOCAT® 산화철 나노입자 촉매/CaCO3 혼합물을 포함하는 촉매 변형된 웨브-충전재를 밀링을 이용하여 제조하는 예시적인 방법은 다음과 같이 실시될 수 있다:
1. 증류수 150lb와 CaCO3 25 lb를 55 갈론 스테인레스강 케틀에 혼합한다.
2. 계속 혼합하면서, NANOCAT® 산화철 나노입자 촉매를 천천히 첨가한다.
3. 나머지 물 50lb를 첨가한 후 2시간 동안 최대 허용가능속도로 혼합한다.
4. 슬러리를 브흐너깔대기 (25cm)와 플라스크(2000㎖)를 사용하여 필터 케이 크로 진공여과한다.
5. 필터 케이크를 작은-1 인치 조각으로 절단하고 그들을 프라이팬에 놓는다
(팬: 14"-10"-2")
6. 필터 케이크를 냉동건조시킨다.
7. 팬을 진공 벨에 놓고 110 Ec에서 24시간 동안 진공건조시킨다.
8. 회전밀, 세라믹 볼 및 실린더를 사용하여 6시간 동안 분말을 밀링한다
9. 공기 중에서 2시간 동안 300Ec에서 하소한다.
분사 건조를 사용한, 50/50 NANOCAT® 산화철 나노입자 촉매/CaCO3 혼합물을 포함하는 촉매 변형된 웨브-충전재를 제조하는 예시적인 방법은 다음과 같이 실시된다:
1. NANOCAT® 산화철 나노입자 촉매 1 중량부와 물 12 중량부를 갖는 CaCO3 1 중량부를 첨가함에 의해 물 슬러리중 촉매 혼합물을 제조한다.
2. 슬러리를 분사 건조기에 공급한다.
3. 건조 분말을 얻기 위해 공기 온도를 조절한다(예를 들면, 175Ec 공기온도).
4.건조에 사용되는 온도에 따라, 하소는 선택된다. 실시된다면, 하소는 2시간동안 300 Ec에서 공기중 실시될 수 있다.
나노입자 일산화탄소 촉매는 어느 알맞는 기술에 의해 웨브-충전재에 고정될 수 있다. 예를 들면, 나노입자 일산화탄소 촉매는 액체상으로부터 나노입자 일산화 탄소 촉매를 웨브-충전재 재료 상에 침전시키거나 또는 증기상으로부터 나노입자 산화철 촉매를 웨브-충전재 상에 퇴적시킴에 의해 웨브-충전재 재료와 결합될 수 있다.
바람직한 구현예에 따르면, 촉매 변형된 웨브-충전재, 예를 들면, 나노입자 일산화탄소 촉매/웨브 충전재 재료는 통상의 제지공정을 통해 래퍼에 병합된다. 예를 들면, 촉매 변형된 웨브-충전재는 제지공정에서 충전재 재료 전체 또는 일부로 사용될 수 있거나 또는 습식 또는 건식 기재 웨브 상에 분사 또는 코팅됨에 의해서와 같이 래퍼에 직접 분배될 수 있다. 궐련과 같은 흡연 물품의 생산에서, 래퍼는 절단 필터 주변을 감싸서 궐련 제조기에 의해 흡연물품의 담배로드 부분을 형성하고, 이것은 미리 공급되어져 있거나 또는 담배 절단 충전재와 하나 이상의 래퍼 리본과 함께 연속적으로 공급된다.
어느 알맞는 담배 혼합물이 절단 충전재를 위해 사용될 수 있다. 담배 재료의 적절한 타입의 예는 플루-큐어드(flue-cured), 벌리종, 메릴랜드 또는 오리엔탈 담배 또는 희귀 또는 특제품 담배, 그들의 혼합물을 포함한다. 담배 재료는 담배잎, 진공 팽창된 또는 퍼프된 담배와 같은 가공된 담배재료, 절단-감긴(cut-rolled) 또는 절단-퍼프된(cut-puffed) 줄기와 같은 가공된 담배줄기, 환원된 담배재료, 또는 그들의 혼합물의 형태로 제공될 수 있다. 담배는 담배 대체물들을 또한 포함할 수 있다.
궐련 제조시, 담배는 일반적으로 절단 필터의 형태, 즉 약 1/10 인치에서 약 1/20 인치 또는 1/40 인치 범위의 폭으로 절단된 조각 또는 가닥의 형태로 적용된 다. 가닥의 길이는 약 0.25 인치~ 약 3.0 인치 사이의 범위이다. 궐련은 추가로 하나 이상의 향신료 또는 공지의 다른 첨가제(예를 들면, 화상 첨가제, 연소 변환제, 착색제, 결합제 등)를 포함할 수 있다.
래퍼는 아마, 대마, 케나프, 에스파르토 잔디, 볏짚, 셀룰로스 등을 함유하는 래퍼를 포함하여, 절단 충전재 주변을 감싸는 어느 것일 수 있다. 임의의 충전재 재료, 향신제 첨가제, 연소 첨가제를 포함할 수 있다. 궐련 제조기에 공급될 때, 래퍼는 연속 시트의 단일 보빈(나노랩) 또는 다중 보빈(2개의 보빈으로 부터의 이중 랩과 같은 다중 랩)으로부터 공급될 수 있다. 추가로, 래퍼는 전체 내용이 참조에 의해 병합된, 미국 특허 제 5,143,098(Rogers)에 기재된 바와 같은 이중층과 같이, 단면에서 하나 초과의 층을 가질 수 있다.
제지 공정은 통상의 제지 장비를 사용하여 실시될 수 있다. 종이 래퍼, 예를 들면 웨브-충전재에 의해 담지되는 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함하는 촉매변형된 웨브-충전재를 포함하는 궐련 종이의 제조를 위한 예시적인 방법은 제지 기계에 촉매 변형된 웨브-충전재 및 셀룰로스성 재료를 공급하는 것을 포함한다. 예를 들면, 촉매 변형된 웨브-충전재 및 셀룰로스성 재료를 포함하는 수성 슬러리(또는 "퍼니시")는 포드리니어(Fourdrinier) 제지기계의 헤드박스에 공급될 수 있다. 촉매 변형된 웨브-충전재는 웨브-충전재 재료, 예를 들면, CaCO3에 의해 담지된 나노입자 일산화탄소 촉매, 예를 들면, 나노입자 산화철 촉매를 포함한다. 예를 들면, 촉매 변형된 웨브-충전재는 나노입자 산화철 촉매/CaCO3 입자 또는 어느 다른 알맞는 나노입자 일산화탄소 촉매 및 웨브-충전재 재료, 예를 들면 Ⅱ족, Ⅲ족, 또는 Ⅳ족 금속의 산화물, 탄산염 또는 수산화물, CaCO3, TiO2, SiO2와 같은 실리케이트, Al2O3, MgCO3, MgO 및 Mg(OH)2를 포함할 수 있다. 수성 슬러리는 저장 탱크와 같은, 소스와 연결된 다수의 도관에 의해 헤드박스로 공급될 수 있다.
예시적인 방법은 임의로 제지 기계에 퍼니시를 공급하기 전 단계에 촉매변형된 웨브-충전재를 하소하는 것을 포함할 수 있다.
촉매 변형된 웨브-충전재는 수성 슬러리의 형태 또는 헤드박스에 첨가되기 전 제제 공정중 슬러리화 되어질 건조 분말의 형태와 같은, 어느 적절한 형태로 제지 공정에 공급될 수 있다. 예를 들면, 촉매 변형된 웨브-충전재는 슬러리로서 현장에서 생산될 수 있다. 촉매 변형된 웨브-충전재를 함유하는 수성 슬러리는 즉시 사용되거나 또는 장래 사용을 위해 저장될 수 있다. 바람직한 구현예에서, 헤드박스는 촉매 변형된 웨브-충전재 및 웨브를 형성하기 위해 사용되는 셀룰로스성 재료를 함유하는 퍼니시의 수성 슬러리와 공급된다. 임의로, 촉매 변형된 웨브-충전재를 함유하는 퍼니시의 수성 슬러리와 촉매 변형된 웨브-충전재가 없거나 또는 촉매 변형된 웨브-충전재의 다양한 농도를 갖는 셀룰로스성 재료의 수성 슬러리 퍼니시가 개별적인 헤드 박스 또는 다중 헤드박스에 공급될 수 있다.
예시적인 방법은 셀룰로스성 재료의 기재 웨브와 촉매 변형된 웨브-충전재를 형성하도록 헤드박스로부터 수성 슬러리를 성형부에 침착시킨다. 예를 들면, 통상적인 포드리니어 기계에서, 성형부는 헤드박스 바로 밑에 환상 성형 와이어로서 배 열된 포르드니어 와이어이다. 환상 와이어에 근접한 헤드박스의 저부에 정의된 슬라이스는, 헤드박스로부터 촉매변형된 웨브-충전재의 수성 슬러리 및 셀룰로스성 재료가 슬라이스를 통해 환상 와이어의 최상표면으로 흐르도록 허용하여 습식 기재 웨브를 형성한다. 임의로, 수성 슬러리는 종이 내에 보존되는 담지 웨브에 퇴적된다. 예를 들면, 담지 웨브는 제지 기계의 성형부를 통해 운송될 수 있고 수성 슬러리가 퇴적되는 기초이다. 수성 슬러리는 중간체 위브에 대한 성형부의 포드리니어 와이어에서 건조되고, 이것은 수성 성분을 여전히 보유하고, 그 안에 임베드된 담지 웨브를 갖는 종이 시트(예를 들면 마감된 웨브)를 형성한다. 담지 웨브는 아마 담지 웨브와 같은 통상의 웨브일 수 있고, 또는 나노입자 일산화탄소 촉매와 같은, 병합된 촉매성분을 갖는 웨브를 포함할 수 있다. 담지 웨브가 촉매성분을 포함한다면, 병합된 촉매성분은 웨브-충전재 재료 상에 담지될 수 있거나 또는 웨브-충전재 재료 없이 담지 웨브에 직접 담지될 수 있다.
수성 슬러리를 성형부에 침지한 후, 습식 기재 웨브로부터 물을 제거하여 중간체 웨브를 형성하고, 필요에 따라 추가의 건조 및 처리와 같은 추가 처리에 의해 궐련 종이의 시트(예를 들면 마감처리된 웨브)를 형성한다. 궐련 종이는 이후 저장 또는 사용을 위해 취해지고, 예를 들면, 궐련종이는 시트 또는 롤에서 감긴다.
도 4를 참조로, 궐련 제조기계(200)는 포드리니어 와이어의 한 말단에 영향력 있게 위치한 헤드박스(202), 및 헤드박스(202)와 연결된 작동탱크(206)와 같은 공급재료 슬러리의 소스를 포함한다
헤드 박스(202)는 포드리니어 와이어(204) 위에 셀룰로스성 펄프를 놓기 위 한 통상적으로 제지 공업에서 사용되는 것일 수 있다. 통상적인 상황에서, 헤드박스(202)는 다수의 도관을 통해 작동 탱크(206)에 연결된다. 작동탱크(206)는 퍼니시 공급물(218)로부터 퍼니시를 받는다. 바람직하기는, 작동 탱크(206)로부터 공급재료는 궐련 제지 공업에서 일반적 실시에 사용되는 바와 같이 정제된 아마 또는 나무펄프와 같은 정제된 셀룰로스성 펄프이다. 바람직하기는 (상기 촉매 변형된 웨브-충전재를 함유하는) 초크 탱크(228)가 작동탱크(206)에 연결되어 헤드박스(202)에 공급된 슬러리 중에 원하는 "초크" 수준이 도달되도록 한다.
포드리니어 와이어(204)는 눕혀진 슬러리 펄프(예를 들면 기재 웨브)를 헤드박스(202)로부터 도 4의 화살표 A의 전체 방향의 경로를 따라 전달하고, 그 결과로 물은 중력의 영향에 의해 와이어(204)를 통해 펄프로부터 및 궐련 제지 분야에서 확립된 실행과 같이 (임의로) 진공박스(210, 210', 210")의 도움으로 포드리니어 와이어(204)를 따라 몇몇 위치에서 배수되어진다. 포드리니어 와이어(204)를 따라 몇몇 지점에서, 충분한 물이 기재로부터 제거되어 건조라인이라 불리는 것을 확립하고 여기서 슬러리의 조직은 광택이 나는 수분을 함유한 외관의 것에서 마감처리된 기재 웨브(그러나 습식 조건에서는, 예를 들면 중간체 위브)의 것에 더욱 접근한 표면 외관으로 변형된다. 건조라인에서 및 근처에서, 펄프 재료의 수분 함량은 약 85~90%이고, 이것은 작동 조건등에 따라 변할 수 있다.
건조라인의 하부흐름에서, 중간 웨브(212)는 카우치 롤(214)에서 포드리니어 와이어(204)로부터 분리된다. 여기서부터, 포드리니어 와이어(204)는 그것의 환형 경로의 반송 루프를 계속한다. 카우치 롤(214) 이후, 중간체 웨브(212)는 중간체 웨브(212)를 더욱 건조시키고 압착하여 중간체 웨브의 표면상태가 종이(220)를 형성하기 위해 원하는 최종 수분함량과 조직으로 제지 시스템의 나머지를 통해 계속된다. 이와 같은 건조 장치는 제지공정 분야에 잘 알려져 있고, 건조 펠트, 진공장비, 롤 그리고/또는 압착기, 공급된 열에너지 등을 포함하는 건조 부위(216)를 포함한다.
궐련 제작기계(200)는 임의로 하나 이상의 헤드박스 그리고/또는 하나 이상의 별개의 또는 공통의 마감재 공급기를 포함한다. 도 4를 참조로 하여, 작동탱크와 마감재 공급기와 적절히 통합된 임의의 제2 헤드박스(202')는 제1 헤드박스(202)로 부터 놓이고 포드리니어 와이어(204)를 따라 전달된 슬러리 펄프 상에 슬러리 펄프를 놓을 수 있다. 제2 그리고/또는 추가의 헤드박스는, 퇴적되어질 슬러리 펄프의 층의 수 그리고/또는 제지공정으로부터 형성된 래퍼의 사용에 따라, 원하는 "초크 수준" 까지 촉매 변형된 웨브 충전재가 공급될 수 있거나 또는 촉매 변형된 웨브-충전재가 없을 수 있다. 임의로 그리고/또는 선택적으로, 촉매 변환된 웨브-충전재의 몇몇 또는 전부가 제1의, 상부흐름 헤드박스(202)로부터 도입될 수 있다.
도 4를 참조로 하여, 포드리니어 와이어(204') 상에 슬러리 펄프를 놓고 장비를 배수하고 건조시키는 헤드박스(202')와 적절히 통합된 임의의 제2 포드리니어 와이어(204')는 제2 중간체 웨브(212')를 형성할 수 있다. 제2 중간체 웨브(212')는 제2 카우치 롤(214')에서 제2 포드리니어 와이어(204')로부터 구별되고 이중층 종이로 가공되어지도록 포드리니어 와이어(204)로부터 제1 중간체 웨브(212)상에 놓일 수 있다. 다중 임의 포드리니어 와이어들은 원하는 수의 층, 예를 들면 3, 4, 등이고, 최대 10~12층을 갖는 다중층 종이를 형성하기 위해 적용될 수 있다.
다른 제제공정이 나노입자 일산화탄소 촉매를 갖는 포장제를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 적층된, 이중층 또는 다중층 래퍼가 제조될 수 있다. 이중층 또는 다중층 래퍼의 예는 미국특허 제 5,143,098(Rogers)에 기재되어 있고, 그것의 전체 내용은 참조로서 본 명세서에 병합되어 있다. 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함하는 이중층 또는 다중층 래퍼의 구현예에서, 방사상 내부층 그리고/또는 방사상 외부층의 적어도 하나는 본 명세서의 구현예의 기재와 같이 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함할 수 있다. 바람직하기는, 나노입자로서 산화철을 갖는 촉매 변형된 웨브-충전재를 함유하는 종이의 어두워짐으로 인한 장식적 외관을 위해, 흡연 물품 중의 절단 충전재 주변의 다층 종이의 방사상 최내부층은 나노입자 일산화탄소 촉매를 담지하는 웨브-충전재 재료를 포함하는 다중층 래퍼의 일부이다.
이중층 또는 다중층 단일 시트 래퍼는 펄프된 나무, 아마 섬유, 또는 다른 표준 셀룰로스성 섬유와 같은 일반적인 종이 퍼니시를 사용하여 제조될 수 있다. 바람직하기는 아마 섬유가 사용된다. 본 명세서에 기재된 촉매 변형된 웨브-충전재와 같은 다양한 충전재 또는 다양한 섬유들이 각 층에 사용될 수 있고, 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 병합되어 있는, Rogers의 미국특허 제5,143,098호에 기재된 바와 같이 다른 헤드박스에 함유될 수 있다. 예를 들면, 제1 헤드박스는 나노입자 일산화탄소 촉매를 함유하는 래퍼용 재료를 보유하고 제2 헤드박스는 통상의 래퍼용 재료를 보유한다.
이중층 또는 다중층 단일 시트 래퍼를 제조하는 다른 예에서, 제1 헤드박스는 제1 농도 또는 부하 수준에서 나노입자 일산화탄소를 포함하는 래퍼용 재료를 보유할 수 있고 제2 헤드박스는 제2 농도 또는 부하 수준에서 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함하는 래퍼용 재료를 보유할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 제1 농도 또는 제1 부하 수준은 제2 농도 또는 제2 부하 수준과 다르다. 예를 들면, 래퍼는 방사상 내부층과 방사상 외부층을 가질 수 있고, 방사상 내부층은 나노입자 일산화탄소 촉매의 제1 부하를 가질 수 있고 방사상 외부층은 나노입자 일산화탄소 촉매의 제2 부하를 가질 수 있다. 나노입자 일산화탄소 촉매의 제1 부하는 나노입자 일산화탄소의 제2 부하보다 클 수 있다. 바람직한 구현예에서, 나노입자 일산화탄소 촉매의 제1 부하는 최대 100mg이고 나노입자 일산화탄소 촉매의 제2 부하는 1mg 미만이다. 바람직하기는, 나노입자 일산화탄소의 제2 부하는 0이다. 또 다른 구현예에서, 방사상 내부층에서 웨브-충전재 재료에 대한 나노입자 일산화탄소 촉매의 중량%는 0.1~3.0, 더욱 바람직하기는 0.1~1.0, 더욱 바람직하기는 0.33~1.0이고, 방사상 외부층에서 나노입자 일산화탄소 촉매의 전체 부하는 1mg 미만이고, 더욱 바람직하기는 방사상 외부층에서 나노입자 일산화탄소의 전제 부하는 0이다. 이중층과 다중층 종이의 제조에 대한 추가의 상세한 점은, 본 명세서에서 참조로서 병합된 미국특허 제 5,143,098호(Rogers)에 기재되어 있다.
제지공정의 추가의 예는 본 명세서에 참조로서 병합되어 있는, 미국특허 제5,342,484호에 기재된 밴드모양의 흡연물품을 제조하는 방법, 및 종이를 제조하기 위한 상기 방법은 본 명세서에 참조로서 병합된, 미국특허 제5,474,095 및 5,997,691에 기재된 사선방향으로 가변적인 기초 중량의 다수의 영역을 갖는 종이를 생산하는 방법을 포함한다. 제지공정에서 래퍼의 웨브에 나노입자 촉매를 병합시키는 것에 추가 및 선택적으로, 종이(래퍼)가 우선 제조되고 나노입자 촉매가 표면 위에 놓이는 것이 고려된다. 예를 들면, 나노입자는 습식 기재 웨브, 중간체 웨브 또는 마감된 웨브 상에 분사 또는 코팅됨으로써 래퍼 위에 직접 분배될 수 있다. 더우기, 나노입자는 제지공정 내에서 또는 궐련의 제조 중 나노입자 촉매의 온-라인의 개별적인 적용에서 코팅 그리고/또는 인쇄(직물 또는 이미지)될 수 있다. 인쇄물의 양 그리고/또는 촉매의 양은 CO 감소의 수준을 조절하기 위해 변할 수 있다. 보유조제의 사용도 고려된다.
촉매-함유 종이는 통상의 궐련 또는 미국특허 제 6,026,820; 5,988,176; 5,915,387; 5,692,526; 5,692,525; 5,666,976; 5,499,636 및 5,388,594에 기재된 전지흡연 시스템용 궐련과 같은 비-통상적인 궐련 또는 미국특허 제 5,345,951에 기재된 것과 같은 연료 로드를 갖는 비-통상적인 궐련 형태에 사용될 수 있다.
도 5는 궐련(300)의 구성물의 한 형태를 나타내고, 이것은 전지흡연장비와 함께 사용될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 궐련(300)은 담배로드(360)와 첨단종이(364)에 연결된 필터부분(362)을 포함한다. 필터 부분(362)은 바람직하기는 관형 자유-흐름 필터부재(302) 및 마우스피스 필터 플러그(304)를 함유한다. 자유흐름 필터 부재(302)와 마우스피스 필터 플러그(304)는 플러그 랩(312)에 의해 결합 플러그(310)로 함께 연결될 수 있다. 담배로드(360)는 하나 이상의 다음 품목들과 병합된 여러 형태를 가질 수 있다: 오버랩(371), 또 다른 관형 자유-흐름 필터 부재 (374), 바람직하기는 플러그 랩(384)에 싸인 원통형 담배 플러그(380), 기재 웨브(368)를 포함하는 담배 웨브, 및 빈공간(391). 촉매 변형된 웨브-충전재는 바람직하기는 오버랩(371)과 병합되지만, 추가로 또는 선택적으로, 하나 이상의 플러그 랩(384) 또는 담배 웨브(366)의 성분(들), 바람직하기는 그것의 기재 웨브(368)에 병합될 수 있다.
도 6은 그 내용이 본 명세서에 참조로서 병합된 미국특허 제5,345,951에 기재된 바와 같이 연료부재(411)를 갖는 궐련(410)구조물을 나타낸다. 궐련(410)은 연료부재(411)와 궐련 포장종이(414)로 싸인 연장튜브(412) 및 팁핑 종이(405)에 의해 접착된 필터부재(413)를 포함한다. 도 7을 참조로, 연료 부재(411)은 열원(420) 및 열원에서 하나 이상의 수직 통로를 통해 흐르는 고온 기체에 의해 접촉되면 풍미 증기와 기체를 방출하는 풍미 베드(421)를 포함한다. 증기는 팽창 챔버(412)로, 그리고나서 마우스피스 부재(413)로 흐른다. 열원은 사실상 순수한 탄소와 임의로 촉매 또는 연소 첨가제를 함유할 수 있다. 열원 주변의 촉매 변형된 종이(418)의 하나 이상의 층은 열원(420)에 의해 생산되는 CO를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 선택적으로, 또는 대체적으로, 촉매 변형된 종이는 열원(420)의 하부흐름을 제공할 수 있다. 예를 들면, 촉매 변형된 종이는 열원과 풍미베드(421) 또는 풍미베드(420)의 사이에 분산될 수 있다. 풍미베드(421)는 원하는 풍미를 방출하는 어느 물질일 수 있고, 예를 들면 담배 충전재 또는 풍미를 형성하는 물질이 퇴적되어있는 비활성 기질을 포함할 수 있다.
연료 부재(411)는 방사에너지 반사 슬리브(422)(예를 들면, 천공된 금속화 종이) 및 임의의 내부 슬리브(423)(예를 들면, 천공된 금속화 종이)를 갖는 복합물 슬리브에 저장된다. 내부 슬리브(422)는, 그 사이에 환상 공간을 갖는 반사 슬리브(422)의 내벽으로부터 떨어져 현탁된 열원을 보유하기 위해, 그것의 상부흐름 말단에서 립(424)을 형성하기 위해 접혀질 수 있다. 풍미베드(421)는 내부 슬리브(423) 안에 유지된다. 연료 부재와 팽창 챔버(412)를 함께 보유하는 래퍼(414)는 바람직하기는 공기가 종이를 통해 들어가도록 허용하고 열원의 연소를 지지하기에 충분한 다공성을 갖는다. 연료 부재(411)는 또한 연료 부재(411)에 공기를 허용하는 하나 이상의 구멍을 갖는 반사 말단 캡(415)을 포함한다. 흡연 물품을 제조하는 방법은 이중 종이 래퍼, 예를 들면, 내부 래퍼와 외부 래퍼를 포함할 수 있다. 필요에 따라, 촉매 변형된 종이가 다른 위치에서 및 또는 도 6 및 도7에 나타난 궐련의 어느 종이층으로 사용될 수 있다. 더우기, 연료 부재 궐련의 한 구현예가 도 6 및 도7에 나타난 바와 같이, 본 명세서에 기재된 촉매 변형된 종이는 연료 부재를 둘러싸기 위해 그리고/또는 도 6 및 도 7에 나타난 것 이외의 연료 부재 궐련 배열에서 종이 층의 위치에서 사용될 수 있다.
도 8은 웨브-충전재 재료가 내부 튜브 또는 산화철 그리고/또는 본 명세서에 기재된 다른 산화촉매와 같은, 나노입자 일산화탄소 촉매를 담지하는 궐련 래퍼(515)의 외피를 포함하는 동심의 담배로드(510)를 갖는 궐련(500)을 설명한다. 나타낸 바와 같이, 궐련(500)은 통상의 방법에서 팁핑종이(511)와 서로 연결되는 필터(505) 및 담배로드(510)를 포함한다. 담배로드(510)는 독일 함부르크의 Hauni Machinenbau AG사로부터 이용가능한 하우니 베이비 로드 제작기에서 생산될 수 있 는 "동심성 코어" 또는 "동축" 레이아웃이다. 내부 코어 영역(512)은 내부 래퍼(515)에 의해 한정되고, 이것은 담배 절단 충전재 재료(520)에 의해 둘러싸인다. 외부 궐련 래퍼(525)는 담배로드(510)의 외부를 따라 연장된다. 충전재(505)는 셀룰로스성 토우의 플러그 하나 이상을 포함할 수 있고 임의로 탄소와 같은 흡착제를 포함할 수 있다. 본 구현예에서, 내부 래퍼(515)에서의 채색은 감추어졌다.
동심 코어 영역(512)은 공동일 수 있고 그리고/또는 부분적으로 또는 전체적으로 담배 절단 충전재로 채워질 수 있고 바람직하기는 직경이 2~5mm, 더욱 바람직하기는 직경이 2~3mm 이다. 한 선택에서, 내부 래퍼(515)는 촉매 종이의 형성된 층의 적어도 하나를 갖는 층상 배열로 구성될 수 있고, 여기서, 나노입자 산화철과 같은 나노입자 촉매는 CaCO3와 같은 웨브-충전재 재료상에 담지된다. 임의로, 외부 래퍼(525)는 나노촉매를 포함하는 것과 유사하게 구성될 수 있다.
임의로, 동심 튜브는 튜브의 말단에 적용된 열이 튜브의 말단 부분을 붕괴하고 그리고 튜브의 말단(또는 근처)을 밀봉하도록 구성될 수 있다. 붕괴 특성은 동심 튜브의 다양한 구현예의 수에 따라 얻어질 수 있다. 열이 적용될 때 동심 튜브가 붕괴되는 선택에서, 동심튜브(515)는 외부 또는 최상부 층이 내부 또는 저부층보다 더 높은 열팽창계수를 갖는 재료로 만들어지는 층 배열로 구성될 수 있다. 그 결과, 튜브의 말단이 가열되면, 두 층 간의 열팽창계수의 차이는 튜브의 말단에서 그 자체의 붕괴 및 임의로 말단의 밀봉을 가져온다. 동심튜브(515)의 층은 다양한 열팽창계수를 갖는 다양한 타입의 종이로 구성될 수 있다. 층들의 열팽창계수의 차이는 셀룰로스의 다양한 비율 그리고/또는 다양한 결합재를 갖는 종이의 타입의 결과일 수 있다. 다양한 타입의 종이의 하나 이상은 촉매 종이일 수 있고 여기서 나노입자 산화철과 같은 나노입자 촉매는 CaCO3와 같은 웨브-충전재 상에 담지된다. 선택적으로, 다른 중합성, 전분 또는 셀룰로스성 기재필름이 동심 튜브(515)로 사용될 수 있고, 이들 중 어느 것은 촉매 변형된 웨브-충전재를 포함한다.
필요에 따라, 촉매 종이는 다른 위치에서 그리고/또는 도 8에 나타낸 궐련의 종이 층중 어느 것으로 사용될 수 있다. 더우기, 다공성 열전달 튜브를 갖는 궐련의 한 구현예를 도8에 나타낸 바와 같이, 본 명세서에 기재된 촉매 종이는 담배로드 부분을 둘러싸기 위해 사용될 수 있거나 또는 필터 부분의 셀룰로스성 성분으로 병합되는, 그리고/또는 도 8에 나타낸 것 이외의 다공성 열전달 튜브 궐련 배열중 종이 층 대신에 래퍼로서 사용될 수 있다.
도 2(a) 및 도 2(b)를 참조로 하여, 내부 래퍼와 외부 래퍼는 개별적인 제지공정에서 형성되고 이후 궐련 담배로드를 형성하기 위해 담배 절단 충전재 주변을 포장하는 개개의 래퍼이다. 내부 래퍼, 외부 래퍼 또는 두 래퍼 모두는 촉매 변형된 웨브-충전재, 예를 들면, 웨브-충전재 재료에 의해 담지되는 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함할 수 있다. 두 래퍼 모두가 촉매 변형된 웨브-충전재를 포함하는 실시예에서, 특정 나노입자 일산화탄소 촉매 및 각 래퍼에 부하된 촉매는 같거나 또는 다르다. 몇몇 구현예에서, 촉매 변형된 웨브-충전재의 첨가는 래퍼를 변색시킬 수 있고, 예를 들면 래퍼는 비-흰색 또는 갈색이 될 수 있다. 미적 이유에서, 종래의 색, 예를 들면 흰색인 외부 래퍼가 내부 래퍼 주변에 놓일 수 있다. 내부 래퍼와 외부 래퍼 모두는 퍼프 수, 타르 연소율, 및 재 외관과 같은 흡연 물품 특성에 관하여 원하는 흡연 물품 외관을 갖도록 선택될 수 있다. 따라서 그리고 나타내고 설명된 바와 같이, 예를 들면 도 2(a) 및 도2(b)를 참조로, 흡연 물품의 바람직한 구현예 및 흡연물품의 제조방법은, 촉매 변형된 웨브-충전재를 함유하지 않는 제2 최외부 래퍼를 갖는 제1 래퍼의 웨브-충전재 재료 상에 감지된 나노입자 일산화탄소 촉매를 갖는 궐련의 담배로드 부분을 포함할 수 있다. 또한, 도 8을 참조로, 촉매 종이로 형성된 동심 튜브는 흡연 물품의 내부에 촉매 종이를 놓음으로써 미적가치관을 만족시킬 수 있다.
흡연물품용 예시적인 래퍼는 셀룰로스성 섬유를 포함하는 종이 웨브와 종이 웨브에 병합된 촉매 변형된 웨브-충전재를 포함한다. 촉매 변형된 웨브-충전재는 나노입자 일산화탄소 촉매를 담지하는 웨브-충전재 재료를 포함한다.
래퍼는 어느 알맞는 종래의 래퍼일 수 있다. 예를 들면, 바람직한 래퍼는 약 18g/m2 ~ 약 60g/m2의 기재 중량 및 약 5 CORESTA 단위 ~ 약 80 CORESTA 단위의 투과성을 갖는다. 더욱 바람직하기는, 래퍼는 약 30g/m2 ~ 약 45g/m2의 기재 중량 및 약 30 CORESTA 단위 ~ 35 CORESTA 단위의 투과성을 갖는다. 그러나, 래퍼의 어느 적절한 기재 중량도 선택될 수 있다. 예를 들면, 기재중량이 높을 수록, 예를 들면 35g/m2 ~ 45g/m2, 더 많은 촉매 부하를 담지할 수 있다. 더 낮은 촉매 부하가 선택되면, 더 낮은 기재 중량 래퍼를 사용할 수 있다.
(CORESTA 단위로 측정된)래퍼의 다른 투과도가 래퍼의 적용 및 위치에 따라 선택될 수 있다. 예를 들면, 다층 래퍼에서, 제1층의 투과성은, 비록 더 높거나 낮은 투과성이 사용될 수 있지만, 최대 30,000 CORESTA 단위일 수 있다. 단일층 래퍼의 두께는 바람직하기는 15~100 미크론, 더욱 바람직하기는 20 ~50 미크론일 수 있다. 다층 래퍼에서 추가의 층은 제1층의 투과도의 0.1~10배일 수 있고 제1층의 두께의 0.1~2배일 수 있다. 제1층과 제2층의 투과도와 두께는 흡연 물품의 원하는 전체 공기 투과도와 전체 두께를 얻도록 선택될 수 있다.
래퍼에 부하된 나노입자 일산화탄소 촉매가 생산되었고 나노입자 일산화탄소 촉매가 없는 래퍼와 비교되었다. 표1은 대조 종이(X로 표시)와 촉매 변형된 웨브-충전재, 예를 들면 충전재 재료로서 나노입자 일산화탄소 촉매/담지물질을 갖는 래퍼 종이(Y로 표시)의 선택된 특성을 요약한다. 나노입자 일산화탄소 촉매는 산화철 형태의 나노입자 산화철 촉매이고 25중량% 촉매 부하에서 CaCO3 웨브-충전재 재료에 담지되었다.
촉매 변형된 웨브-충전재 없는 종이 래퍼와 비교한 촉매변형된 웨브-충전재를 갖는 래퍼의 선택된 특성
샘플 웨브-
충전재
재료		 촉매변형된
웨브-충전재중의
촉매 부하
(중량%
촉매 부하)		 래퍼 중의
촉매 변형된
웨브-충전재
부하(%종이
충전재부하)		 샘플 중의 총 촉매 부하
(중량%)		 기저중량
(g/m2)		 투과도
(CORESTA
단위)
X CaCO3
(ALBACAR7 5970)
---
30
---
45∀1
33∀5
Y 나노입자 산화철촉매/CaCO3입자
25
30
7.5
45∀1
33∀5
웨브-충전재 재료에 대한 나노입자 일산화탄소 촉매의 비는 나노입자 일산화탄소 촉매/웨브-충전재 재료의 슬러리, 예를 들면 나노입자 산화철 촉매/CaCO3 또는 다른 촉매 변형된 웨브-충전재의 슬러리를 다른 시간 동안 다른 온도에서 하소시킴에 의해 변화될 수 있다. 또한, 슬러리의 혼합 조건은 나노입자 일산화탄소 촉매를 갖는 웨브-충전재 재료의 원하는 분포를 얻기 위해 선택될 수 있다. 예를 들면, 속도, 시간, 블레이드 형태, 및 온도는 웨브-충전재 재료에 대한 나노입자 일산화탄소 촉매의 원하는 균일성 비율을 얻기 위해 조절될 수 있다. 선택적으로, 나노입자 일산화탄소 촉매/웨브-충전재 재료는 입자 또는 분말을 형성하도록 공-침전될 수 있고, 예를 들면 Na2CO3와 같은 탄산염을 첨가함에 의해 CaCl3로부터 CaCO3를 침전시킴과 같은, 화학침전법이 사용될 수 있다. 나노입자 일산화탄소 촉매를 인 시추 웨브-충전재 재료에 퇴적하기 위한 기체상 침전법이 또한 적용될 수 있다. 예를 들면, 증기침착 또는 분사법이 사용될 수 있다.
이론에 결합됨 없이, NANOCAT7 초미세 산화철과 같은, 나노입자 산화철 촉매 형태의 CO촉매는 150Ec를 넘는 온도, 바람직하기는 400Ec를 넘는 온도에서 CO에서 CO2로 변환을 시작한다. 이에 더하여, 나노입자 산화철 촉매에 의한 CO에서 CO2로의 전환율은 나노입자 일산화탄소 촉매의 영역에 대한 CO의 신속하고 효율적인 이동 및 촉매의 영역, 예를 들면 흡연 물품 내의 공기 흐름으로부터 CO2 방출에 의해 강화된다. 함께, 작동온도와 흡연 물품 내의 공기흐름은 나노입자 일산화탄소 단일촉매의 작동에 영향을 미칠 수 있다.
퍼핑 과정 동안, 주류연 중의 CO는 흡연 물품의 필터 말단을 향해 흐른다. 일산화탄소가 흡연 물품 내에서 이동함에 따라, 산소는 종이 래퍼를 통해 흡연물품으로 확산되고, 일산화탄소는 확산되어 나간다. 통상 궐련의 2초 퍼프 후, CO는 연소 영역 앞의 궐련의 원주, 즉 궐련종이 근처에 농축된다. 산소농도는 궐련의 외부로부터 O2의 확산으로 인해 동일한 영역에서 CO의 농도만큼 높다. 담배로드로의 공기흐름은 흡연 물품의 원주상의 연소 영역 근처에서 최대이고 온도의 기울기에 비례하며, 예를 들면 공기흐름이 클수록 온도기울기가 커진다. 그러므로, 최대의 공기흐름은 또한 최대 온도 기울기 영역이다. 예를 들면, 통상의 흡연 장치에서, 최대 온도 기울기는 연소 영역에서 흡연 물품의 주변에서 850~900 Ec 초과로부터 흡연물품의 중심을 향하여 약 300Ec까지이다. 온도는 필터 말단 근처의 주변 근처까지 더욱 떨어진다. 더우기, 불 말단에서 온도의 강하는 매우 빠르고 축방향에서 연소 영역 이후의 수mm 내에서 온도는 900Ec에서 200Ec로 강하된다. 공기흐름 패턴에 대한 정보에 더하여, 흡연 및 연기 형성 동안 궐련 중의 구성성분의 형성 및 전달은 Richard R. Baker의 "Mechanism of Smoke Formation and Delivery"(Recent Advances in Tabacco Science, vol. 6, pp.184-224,(1980)) 및 Richard R. Baker의 "Variation of the Gas Formation regions within a Cigarette Combustion Coal during the Smoking Cycle" (Beitrage zur Tabakfurschung International, vol. 11, no. 1, pp.1-17, (1981))에서 발견되었고 두 내용 모두 본 명세서에 참조로서 병합되었다.
래퍼에서 나노입자 일산화탄소 촉매의 위치 및 양은, 제지공정 동안 수성 슬러리의 퇴적에 의해 CO에서 CO2로의 전환률을 조절, 예를 들면 증가, 감소, 최소화 또는 최대화하기 위해 연소 궐련에 나타나는 온도와 공기흐름 특성의 함수로서 선택될 수 있다. 예를 들면, 흡연 물품에서 고형 석탄은 연소영역 근처, 예를 들면 연소영역의 약 2mm 안에서, 850~900Ec를 초과하는 피크 온도에 도달하고, 연소 영역의 2~3mm 안에서 300 Ec~400Ec이다. 그러므로, 나노입자 일산화탄소 촉매는 주어진 온도범위에서 작동하도록 선택될 수 있고, 래퍼는 촉매 변형된 웨브-충전재, 예를 들면 나노입자 산화철 촉매/CaCO3가 촉매의 작동을 위한 적절한 온도와 일치하도록 예상되는 래퍼의 위치에 병합되도록 제조된다. 촉매 변형된 웨브-충전재의 선택적 병합은 예를 들면, 촉매 변형된 웨브-충전재의 선택된 농도를 함유하는 다양한 헤드박스를 사용하고 그리고/또는 생산되어질 촉매 종이의 선택된 위치에 대응하는 제지공정에서의 선택된 위치의 촉매 변형된 웨브-충전재의 다양한 농도를 갖는 헤드박스를 위치시킴에 의해 인식될 수 있다.
예를 들면, 흡연물품용 래퍼에 사용하기 위한 바람직한 나노입자 이산화탄소 촉매는 주변온도 만큼 낮은 온도에서 촉매적으로 활성일 수 있고 바람직하기는 900Ec만큼 높은 온도에서도 불활성화되지 않는다. 바람직한 나노입자 일산화탄소 촉매는, 예를 들면 흡연 물품의 필터 말단에서 뿐만 아니라, 예상된 연소 영역의 전체 축방향 길이를 따라 위치될 수 있고 사용 도중 불 말단에서부터 필터 말단까지 촉매적으로 활성일 수 있다. 나노입자 일산화탄소 촉매의 축 분포는 CO가 CO2로 전환되기 위한 주류연과 나노입자 일산화탄소 촉매간의 충분한 접촉시간을 제공한다. 바람직한 나노입자 일산화탄소 촉매의 예는 NANOCAT7 초미세 산화철을 포함하고, 이것은 150Ec 보다 높은 온도에서 CO를 CO2로 전환하기 시작한다.
바람직한 예에서, 혼합된 촉매, 예를 들면 다른 온도범위 또는 겹쳐진 온도 범위에서 각각 작용하는 개개의 촉매 조성물의 결합물인 촉매가, CO에서 CO2로의 전환이 일어날 수 있는 온도 범위를 확장하고 흡연 물품이 연소됨에 따라 촉매의 작동기간을 늘리기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 혼합 촉매는 약 500 Ec 초과 및 300Ec ~ 400Ec에서 모두 작동하고 따라서 연소 영역 및 연소 영역 이후 모두에서, 전환 시간 및 전환이 일어나는 래퍼의 면적을 효율적으로 증가시키면서 CO를 CO2로 전환한다.
비록 촉매가 작동 온도를 갖는 것으로 기재되었지만, 작동 온도라는 용어는 CO를 CO2로 전환하기에 바람직한 온도를 말한다. 촉매는 상기 온도 범위 외에서도 여전히 CO를 CO2로 전환하도록 작동하지만, 전환률은 영향을 받을 수 있다.
CaCO3 웨브-충전재를 갖는 래퍼와 촉매변형된 웨브 충전재, 예를 들면 나노입자 산화철 촉매/CaCO3 웨브-충전재 재료를 갖는 래퍼의 샘플을 생산하고 표준 FTC 시험 조건에 따라 흡연 물품 구성을 시험하였다. 나노입자 산화철 촉매는 NANOCAT7 초미세 산화철이었다.
CaCO3는 나노입자 산화철 촉매를 담지하였고 하소없이 슬러리법에 의해 생산되었다. 15~50 중량%의 촉매 변형된 웨브-충전재 중에 부하된 나노입자 산화철 촉매를 시험하였고 나노입자 산화철 촉매가 없는 대조 샘플과 비교하였다. 2개의 다른 종이의 기본 중량(35 g/m2 및 45g/m2)에 부하된 30% 웨브-충전재(CaCO3 웨브-충전재 재료 또는 촉매 변형된 웨브-충전재)를 함유하는 시트의 특성을 조사하였다. 흡연물품구성은 직경이 약 8mm인 길이 63mm의 로드 및 길이 21mm를 갖는 완전 풍미필터를 포함하였다. 각 샘플은 동일한 종래의 담배 혼합물을 가졌다. 각 카테고리에서 20개의 궐련이 흡연되었다. 주류연에 대한 평균 결과를 표 2에 요약하였다.
주류연의 평균 결과
45g/m2
샘플		 웨브충전재 중의 촉매 부하(중량%) 타르
(mg/Cig)		 퍼프수
(퍼프/궐련)		 CO
(mg/궐련)		 CO:타르
비		 대조군과 비교된 CO:타르의 감소%
Ⅰ 0 17.7 8.1 18.3 1.03 대조군
Ⅱ 15 15.6 8.1 12.3 0.79 24
Ⅲ 25 15.9 8.2 11.6 0.73 29
Ⅳ 50 14.4 8.7 9.9 0.69 34
35g/m2
샘플		 웨브충전 재중의 촉매 부하(중량%) 타르
(mg/Cig)		 퍼프수
(퍼프/궐련)		 CO
(mg/궐련)		 CO:타르
비		 대조군과 비교된 CO:타르의 감소%
ⅰ 0 18.1 8.2 16.6 0.92 대조군
ⅱ 25 17.0 8.2 11.6 0.68 26
ⅲ 50 14.5 8.7 9.5 0.66 29
표2의 결과는 대조 궐련과 비교하여 촉매 변형된 웨브-충전재를 갖는 래퍼로 제조된 시험 궐련에서 CO:타르 비율이 크게 감소됨을 나타낸다. CO: 타르 비율에서 감소 퍼센트는 촉매 변형된 웨브-충전재에 부하된 촉매가 15중량%에서 50중량%로 증가됨에 따라 24%에서 34%로 증가한다. CO:타르에 대한 감소와 동시에, 퍼프 수에는 거의 변화가 없다(예를 들면, <1 또는 <10%). 또한, CO:타르의 비는 감소되었고 이것은 CO 촉매와 CO의 감소 사이의 상관관계를 나타낸다. 종이에 사용되었을 때, 나노입자 촉매는 CO에 대해 더욱 민감하고 CO는 타르보다 더 큰 비율로 감소된다. 유리하기는, 타르 수준에 대한 CO 촉매의 영향력이 감소된다. 각 궐련에 대해 래퍼에 사용된 촉매의 양은 부하 수준에 따라, 약 4~8mg/궐련이다.
표 3은 충전재 없이 제조된 통상의 궐련 고안의 비교시험 결과를 나타낸다. 샘플 A는 촉매 변형된 웨브-충전재 없이 수작업 45g/m2 래퍼로 포장되었고 샘플 I는 임베드된 촉매 변형된 웨브-충전재, 예를 들면, CaCO3 담체 재료에 고정된 나노입자 산화철 촉매를 갖는 수작업 45g/m2 래퍼로 포장되었다. 샘플 I에서, 촉매 변형된 웨브-충전재에 부하된 임베드된 나노입자 산화철 촉매는 촉매 변형된 웨브-충전재에 관하여 NANOCAT7 초미세 산화철의 30 중량% 촉매 부하였다(래퍼에 대하여 약 9 중량% 촉매 부하). 흡연 물품 구성은 직경이 약 8mm인 길이 64mm의 로드와 길이 21mm의 완전 풍미 필터를 포함하였다. 각 샘플은 동일한 통상의 담배 혼합물을 가졌다. 그리고 나서 2개의 샘플 궐련을 표준 FTC 조건하에 시험하였다. 표 3은 2개의 궐련의 특성의 변화를 나타낸다.
고안된 궐련의 선택적 특성의 비교시험 결과
샘플 퍼프 총미립자물질
(TPM)(mg)		 TPM/퍼프 CO
(mg)		 CO/퍼프 CO/TPM
샘플 A 7.5 50.5 6.7 21.3 2.8 0.42
샘플 I 8.3 48.7 5.9 13.5 1.6 0.28
변화(%) +10.3 -3.6 -11.9 -36.6 -42.9 -33.3
도 9는 NANOCAT7 초미세 산화철의 샘플 (A) 50mg(트레이스 i) 및 NANOCAT 초미세 산화철과 CaCO3이 부하된 촉매 25 중량%의 혼합물 샘플 (B) 100mg(트레이스 ⅱ)에 대한 CO에서 CO2로의 전환을 나타낸다. 도 9에서, CO에서 CO2로의 전환은 샘플(A)와 (B) 및 O2 3.7% 및 CO 22%를 함유하는 흐름 튜브 반응기의 온도의 함수로서 조사하였다. 흐름속도는 1000㎖/분이었고 가열속도는 12Ec/분이었다. NANOCAT7 초미세 산화철의 샘플과 NANOCAT7 초미세 산화철과 CaCO3의 혼합물 모두에 대하여, 전환의 개시는 약 100~125Ec에서 개시되고, 이것은 NANOCAT 초미세 산화철의 활성온도가 실질적으로 CaCO3에 의해 영향을 받지않는다는 것을 나타낸다.
하소과정은 또한 CaCO3에 대한 NANOCAT® 초미세 산화철의 열처리에 관하여 조사하였다.
하소는 슬러리법으로 촉매를 취하고 연장된 지속기간 동안 공기의 존재하에 그들을 가열함에 의해 얻어진다. 예를 들면, 500Ec 이하의 온도, 바람직하기는 200~400Ec의 온도에서, 1~3 시간동안, 예를 들면 2시간동안 하소한다. 어느 이론에 얽매임 없이, 하소 단계는 촉매와 웨브-충전재 재료 사이의 결합을 강화하고, 하소단계 동안 촉매의 표면은 결합된 물 분자들의 증발에 의해 개선된다고 믿어진다.
도 10은 촉매 변형된 웨브-충전제에 부하된 촉매 30 중량%에서 NANOCAT7 초미세 산화철과 CaCO3의 하소 효과를 나타낸다. CO에서 CO2로의 전환은 촉매 변형된 웨브-충전재를 함유하는 흐름 튜브 반응기의 온도의 함수로 측정되었다. 대기는 O2 20.6% 및 CO 3.4%를 함유하였고 대기흐름 속도는 1000㎖/분이었다. 가열 속도는 12Ec/분이었다. 도 10에 5회 추적하였다. 트레이스 A는 하소없이 촉매 변형된 웨브-충전재의 결과를 나타내고, 트레이스 B는 200Ec에서 2시간 동안 하소된 촉매 변형된 웨브-충전재의 샘플을 나타내고, 트레이스 C는 300Ec에서 2시간 동안 하소된 촉매변형된 웨브-충전재를 나타내고, 트레이스 D는 400Ec에서 2시간 동안 하소된 촉매 변형된 웨브-충전재를 나타내고, 그리고 트레이스 E는 500Ec에서 1시간 동안 하소된 촉매 변형된 웨브-충전재를 나타낸다. CO2로의 전환의 증가에 의해 나타낸 바와 같이, 개시 온도 및 전환 백분률은 실질적으로 4개의 샘플에서 변하지 않았다. 약 400Ec를 넘는 온도에서, 모든 하소된 샘플들은 비하소된 샘플(트레이스 A)보다 더 높은 전환 백분률을 가졌다.
CO에서 CO2로의 전환률을 기준으로, 바람직한 구현예에서, 나노입자 일산화탄소 촉매는 적어도 400Ec ~ 약 900Ec의 온도에서 일산화탄소의 적어도 10%가 이산화탄소로 전환되는데 효과적인 양으로 존재한다. 바람직하기는, 나노입자 일산화탄소촉매는 적어도 500Ec에서 적어도 25%의 일산화탄소를 이산화탄소로 전환한다. 더욱 바람직하기는, 나노입자 일산화탄소촉매는 적어도 500Ec에서 적어도 50%의 일산화탄소를 이산화탄소로 전환한다.
하소의 효과를 조사한 이후, 담지된 촉매의 표면적을 BET 표면적 측정법을 사용하여 조사하였다. 3개의 샘플을 조사하였다: 샘플 1은 30 중량% 촉매 부하된 NANOCAT7 초미세 산화철 및 CaCO3로 제조된 것이고, 샘플 2는 30 중량% 촉매 부하된 NANOCAT7 초미세 산화철 및 CaCO3를 400Ec에서 2시간 동안 하소된 것이고, 샘플 3는 화학침전법에 의해 제조된 CaCO3(소위 그라운드 탄산칼슘(GCC)라고 불리는 천연 그라운드 CaCO3와 반대되는 소위 침전된 탄산칼슘(PCC))이고 대조 샘플로 사용된다. 모든 샘플은 BET측정 전에 150Ec에서 1시간동안 기체가 제거되었다.
NANOCAT7 초미세 산화철을 갖는 샘플, 예를 들면 샘플 1 및 2에 대한 BET 표면적은 하소 전후에 거의 동일한, 예를 들면, 10% 이내 BET 표면적을 가졌고, 이들 샘플의 BET 표면적은 거의 나노입자 일산화탄소 촉매를 갖지 않는 샘플, 예를 들면 샘플 3의 BET 표면적보다 거의 10배까지 크다. 그러므로, 샘플 1과 2는 하소가 CO에서 CO2로의 전환을 위한 촉매 표면적에 역효과를 갖지 않는다는 것을 나타낸다.
다른 예시적인 구현예에서, 저온 나노입자 일산화탄소 촉매는 단독으로 또는, 나노입자 일산화탄소 촉매와 같은, 다른 촉매와 결합하여 사용될 수 있다. 발열반응에 기인한 온도상승이 래퍼의 발화온도 이하로 유지되는 한, 저온 및 실온에서 촉매는 CO의 CO2로의 전환을 위한 반응 영역의 유효영역을 전체 궐련으로 확장시킬 수 있다.
알맞는 저온 나노입자 일산화탄소 촉매의 예는 세리아-기재 촉매를 포함한다. 세리아-기재 촉매는 대기온도 근처에서 CO를 산화시킬 수 있다. 적절한 세리아-기재 촉매는 2002년 12월 9일에 출원된 미국특허출원 제 10/314,449호, "CERIA-BASED CATALYSTS FOR CO OXIDATION AT NEAR-AMNINET TEMPERATURES" 에 기재되어 있고 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 병합되어 있다. 저온 촉매의 또 다른 예는 CO의 전환을 위한 산화제로서 작용할 수 있는 나노입자 첨가제를 포함한다. 알맞는 나노입자 첨가제는 Fe2O3, CuO, CeO2, 또는 Ce2O3와 같은 금속 산화물, 지르코늄으로 도프된 Y2O3 또는 팔라듐으로 도프된 Mn2O3 또는 그들의 혼합물을 포함하고 이것은 미국특허출원 제 10/286,968호 "OXIDANT/CATALYST NANOPARTICLES TO REDUCE TABACCO SMOKE CONSTITUENTS SUCH AS CARBON MONOXIDE"에 기재되어 있고 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 병합되어 있다.
이에 더하여, 본 명세서에 기재된 래퍼, 흡연물품 또는 방법의 어느 것은 흡연물품용 래퍼로서 통상적으로 사용되는 추가의 첨가제를 포함할 수 있다. 이들 첨가제는, 예를 들면, 외관, 예를 들면 래퍼의 색을 조절하는 첨가제, 래퍼의 연소 속도를 조절하는 첨가제, 그리고/또는 원하는 재 외관 그리고/또는 궐련 종이에 사용된 웨브-충전재를 가져오기 위한 첨가제를 포함한다.
본 방법은 본 명세서에 설명된 바와 같이 사용 및 경제적인 방법을 용이하게 하도록 할 수 있다. 촉매 변형된 웨브-충전재는: (1)흡연 물품의 궐련 주류연 또는 측류연에서 일산화탄소를 감소시키고; (2) 촉매가 래퍼에 임베드되어 있으므로 입자 탑재를 감소시키거나 또는 제거하고; (3) 래퍼에 있는 촉매가 래퍼 근처에 있는 기체들을 촉매화하고 그것을 위해 촉매가 친화력을 갖기 때문에 일산화탄소와 같은 표적 성분을 높은 선택성으로 제거하고; 그리고/또는 (4) 제지공정을 통해 대규모 생산의 실시를 용이하게하는데 사용될 수 있다.
궐련 칼럼은 바람직하기는 브라이트, 벌리종 및 오리엔탈 담배를 포함하는 산업의 통상적인 담배의 혼합물 및 통상의 궐련 풍미제를 포함하는 다른 혼합물 성분의 절단 충전재를 포함한다. 바람직한 구현예에서, 담배 칼럼의 절단된 담배(절단 충전재)는 재구성된 담배의 함유물과 함께 또는 없이 또는 절단 후 풍미화된 브라이트, 벌리종 및 오리엔탈 담배의 혼합물을 포함한다. 임의로, 확대된 담배 성분들은 로드 밀도를 조절하기 위해 혼합물에 포함될 수 있고, 풍미제가 첨가될 수 있다. 임의로, 상기 담배의 단일 종류가 혼합물 대신 사용될 수 있다.
비록, 본 발명이 예시적인 구현예와 함께 기재되었지만, 본 분야의 당업자들은 특별히 기재되지 않은 추가, 삭제, 변경 및 대체가 첨부된 청구범위에 기재된 바와 같이 본 발명의 의미와 범위에서 벗어나지 않는다는 것을 이해할 것이다.

Claims (286)

  1. 흡연물품용 래퍼의 생산에 사용하기 위한 촉매 변형된 웨브-충전재로, 상기 촉매 변형된 웨브-충전재는
    웨브-충전재 재료; 및
    상기 웨브-충전재 재료에 담지된 나노입자 일산화탄소 촉매를 포함하고,
    여기서 상기 웨브-충전재 재료는 탄산칼슘을 포함하는 것인 촉매 변형된 웨브-충전재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나노입자 일산화탄소 촉매는 나노입자 산화철 촉매를 포함하는 촉매 변형된 웨브-충전재.
  3. 흡연 물품용 래퍼로, 상기 래퍼는
    웨브; 및
    제1항에 따른 촉매 변형된 웨브-충전재를 포함하는 것인 래퍼.
  4. 제3항에 있어서, 상기 나노입자 일산화탄소 촉매는 나노입자 산화철 촉매인 래퍼.
  5. 제4항에 있어서, 상기 나노입자 일산화탄소 촉매는 추가로 산화철 이외의 나노입자 촉매를 포함하는 래퍼.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 나노입자 산화철 촉매는 FeOOH, α-Fe2O3, γ-Fe2O3 또는 그들의 혼합물을 포함하는 래퍼.
  7. 삭제
  8. 제3항에 따른 래퍼를 갖는 담배로드를 포함하는 흡연 물품.
  9. 제8항에 있어서, 웨브-충전재에 대한 나노입자 일산화탄소 촉매의 비는, 중량%로, 0.1~3.0인 흡연 물품.
  10. 제8항에 있어서, 상기 래퍼는 흡연 물품의 플러그 랩, 오버랩 또는 담배 웨브인 흡연 물품.
  11. 제8항에 있어서, 상기 래퍼는 흡연물품의 연료 부재 및/또는 확장 튜브를 오버랩하는 흡연 물품.
  12. 제8항에 있어서, 상기 래퍼는 흡연 물품의 열원을 둘러싸는 흡연 물품.
  13. 제8항에 있어서, 상기 래퍼는 열원과 풍미 베드 사이에 있는 흡연 물품.
  14. 제8항에 있어서, 상기 래퍼는 담배 절단 충전재에 의해 둘러싸인 내부 튜브인 흡연 물품.
  15. 제8항에 있어서, 상기 나노입자 촉매는 나노입자 산화철 촉매를 포함하는 흡연 물품.
  16. 제15항에 있어서, 상기 나노입자 산화철 촉매는 0.1~10nm의 평균입자크기를 갖고 탄산칼슘은 래퍼의 10~60 중량% 포함하는 흡연 물품.
  17. 제8항에 있어서, 상기 래퍼는 방사상 내부 부분과 방사상 외부 부분을 갖고, 상기 방사상 내부부분은 나노입자 일산화탄소 촉매의 제1 부하를 갖고 방사상 외부 부분은 나노입자 일산화탄소 촉매의 제2 부하를 갖는 흡연 물품.
  18. 제1항에 따른 촉매 변형된 웨브-충전재의 제조방법으로, 상기 방법은:
    (ⅰ)나노입자 일산화탄소 촉매와 웨브-충전재 재료의 수성 슬러리를 형성하고;
    (ⅱ)임의로 수성 슬러리를 담체 표면에 스프레드하고; 그리고
    (ⅲ)물을 증발시키고 촉매 변형된 웨브-필터를 형성하기 위해 수성 슬러리를 건조시키는 것을 포함하는 제조방법.
  19. 제1항에 따른 촉매 변형된 웨브-충전재의 제조방법으로, 상기 방법은:
    (ⅰ)액체상으로부터 나노입자 일산화탄소 촉매를 웨브-충전재 재료 상에 침전시키고;
    (ⅱ)액체상의 최소한 일부를 제거하고; 그리고
    (ⅲ)액체상의 잔류물을 증발시키고 및 촉매변형된 웨브-충전재를 형성하기 위해 침전된 나노입자 일산화탄소를 갖는 웨브-충전재 재료를 건조시키는 것을 포함하는 제조방법.
  20. 제1항에 따른 촉매 변형된 웨브-충전재의 제조방법으로, 상기 방법은
    증기상으로부터 나노입자 일산화탄소 촉매를 웨브-충전재 재료 상에 퇴적시키는 것을 포함하고, 여기서 상기 나노입자 일산화탄소 촉매는 FeOOH, α-Fe2O3, γ-Fe2O3, 또는 그들의 혼합물을 포함하는 것인 제조방법.
  21. 제3항에 따른 래퍼의 제조방법으로, 상기 방법은
    (ⅰ) 상기의 촉매 변형된 웨브-충전재 및 셀룰로스성 재료를 제지기계의 성형부에 있는 헤드박스에 공급하고;
    (ⅱ)촉매 변형된 웨브-충전재 및 셀룰로스성 재료를 포함하는 수성 슬러리를 제지 기계의 성형부 상에 퇴적시켜 그 안에 촉매 변형된 웨브-충전재가 분배되어 있는 기재 웨브를 형성하고; 그리고
    (ⅲ)중간 웨브의 시트를 형성하기 위해 기재 웨브에서 물을 제거하는 것을 포함하는 방법.
  22. 제3항에 따른 래퍼의 제조방법으로, 상기 방법은:
    (ⅰ)셀룰로스성 재료를 제지 기계의 성형부의 제1 헤드박스에 공급하고;
    (ⅱ)셀룰로스성 재료의 기재 웨브를 형성하도록 제1 헤드박스로부터의 수성 슬러리를 제지 기계의 성형부에 퇴적시키고;
    (ⅲ)상기 촉매 변형된 웨브-충전재를 기재 웨브 상에 분배하고; 그리고
    (ⅳ)중간 웨브의 시트를 형성하도록 기재 웨브로부터 물을 제거하는 것을 포함하는 방법.
  23. 제3항에 따른 래퍼의 제조방법으로, 상기 방법은:
    (ⅰ)셀룰로스성 재료를 포함하는 퍼니시를 제지 기계의 성형부의 제1 헤드박스에 공급하고;
    (ⅱ)담체 웨브를 제지 기계를 통해 이송하고;
    (ⅲ)상기 촉매 변형된 웨브-충전재를 담체 웨브에 퇴적시키고;
    (ⅳ) 그 안에 담체 웨브가 임베드된 셀룰로스성 재료의 펄프 웨브를 형성하기 위해 제1 헤드박스로부터의 수성 슬러리를 상기 담체 웨브상에 퇴적시키고;
    (ⅴ)시트를 형성하기 위해 펄프 웨브로부터 물을 제거하고; 그리고
    (ⅵ)시트를 취하는 것을 포함하는 방법.
  24. 제3항에 따른 래퍼의 제조방법으로, 여기서 상기 래퍼는 이중층 래퍼이고, 상기 방법은:
    (ⅰ)제1 헤드박스로부터 이중층 래퍼의 제1층을 제지 기계의 와이어에 퇴적시키고, 여기서 상기 제1 헤드박스는 제1 퍼니시(purnish) 조성물을 보유하고;
    (ⅱ)제2 헤드박스로부터 이중층 래퍼의 제2층을 제1층의 일부에 퇴적시키고, 여기서 상기 제2 헤드박스는 제2 퍼니시 조성물을 보유하고, 상기 제2 퍼니시 조성물은 상기 촉매 변형된 웨브-충전재를 포함하고;
    (ⅲ)단일 시트를 형성하도록 제1층과 제2층으로부터 물을 제거하고; 그리고
    (ⅳ)시트를 취하는 것을 포함하는 방법.
  25. 제8항에 따른 흡연물품의 제조방법으로,
    (ⅰ)상기 래퍼의 생산에 사용되는 촉매 변형된 위브-충전재를 형성하기 위해 상기 나노입자 일산화탄소 촉매를 웨브-충전재 재료와 병합시키고 ;
    (ⅱ)래퍼를 제조하고;
    (ⅲ)담배를 포함하는 절단 충전재를 궐련 제조기계에 제공하고; 그리고
    (ⅳ)흡연 물품의 담배로드 부분을 형성하기 위해 래퍼를 절단 충전재 주위에 위치시키는 것을 포함하는 제조방법.
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