KR102243605B1 - 연기 성분의 선택적 제거를 위한 관능화된 물질 - Google Patents

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Abstract

흡연 물품은 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질을 함유하고 있는 필터를 포함하고 있다. 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질은 주류연 내의 알데히드의 양을 선택적으로 감소시킨다. MgO- 및 CaO-관능화된 활성탄 물질은 아세트알데히드를 선택적으로 포획하는 데에 특히 효과적이다.

Description

연기 성분의 선택적 제거를 위한 관능화된 물질{FUNCTIONALIZED MATERIAL FOR SELECTIVE REMOVAL OF SMOKE CONSTITUENTS}
본 발명은 연기 성분의 선택적 제거를 위한 관능화된 물질을 함유하는 필터를 구비하는 흡연 물품에 관한 것이다.
궐련과 같은 가연성 흡연 물품은 통상적으로 담배 로드를 형성하는 종이 래퍼에 의해 둘러싸인 썰은 담배(shredded tobacco)를 갖는다. 궐련은 궐련의 일 말단에 불을 붙이고 담배 로드를 태워서 흡연자가 사용한다. 그런 다음, 흡연자는 통상적으로 필터를 함유하는 궐련의 대향 말단 또는 마우스 말단을 흡인하여 그들의 입 안으로 주류연을 받아들인다. 필터는, 통상적으로, 초산 셀룰로오스 토우나 기타 여과 물질을 포함하거나 본질적으로 초산 셀룰로오스 토우나 기타 여과 물질로 제조된다. 초산 셀룰로오스 토우는 비선택적 방식으로 미립자 상의 필터 담배 성분에 대하여 기능한다. 활성탄을 함유하는 필터가 공지되어 있으며, 특히 기상 연기 성분에 대한 여과 효능을 증가시키기 위해 채택된다. 그러나, 활성탄은 또한 비교적 비선택적 방식으로 기상 연기 성분을 여과하는 경향이 있다.
공지된 다른 흡연 물품도 여과 요소를 포함하고 있을 수도 있다. 예를 들어, 전기 가열에 의해 또는 가연성 연료 요소나 열원으로부터 에어로졸 발생 기재로의 열 전달에 의해 에어로졸을 발생시키는 흡연 물품은 여과 요소를 포함하고 있을 수도 있다. 추가적인 예로서, 연소 없이, 일부 경우에는 가열 없이, 예를 들어 화학 반응을 통해 담배 물질, 담배 추출물, 또는 기타 니코틴 공급원으로부터 니코틴 함유 에어로졸이 발생하는 흡연 물품도 여과 요소를 포함하고 있을 수도 있다.
미국 특허출원공개공보 US2010/0122708호(2010.05.20.)
연기 성분들을 비선택적으로 여과하게 되면, 향미나 흡연에 연관된 기타 감각적 효과를 제공하는 성분들을 여과할 수도 있게 되고, 이에 따라 흡연 경험을 사라지게 할 수도 있다. 이에 따라, 사용자에게 전달되는 주류연 내의 소정의 연기 성분들의 농도를 선택적으로 감소시키는 필터를 포함하고 있는 흡연 물품을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 담배 기재, 및 상기 담배 기재가 태워질 때 하나 이상의 성분을 포획하기 위한 필터를 포함하고 있는 흡연 물품을 제공하고 있다. 상기 필터는, 금속 산화물로 관능화된 활성탄 물질을 포함하고 있다. 바람직하게는, 상기 금속 산화물은 II족 금속 산화물이다. 더욱 상세히 후술하는 바와 같이, 활성탄 물질에 대한 II족 금속 산화물 관능화는 주류연 내의 소정의 성분들, 예컨대 알데히드(예를 들어, 아세트알데히드)의 수준을 선택적으로 감소시키는 상기 물질을 함유하는 필터의 능력을 향상시킨다. 주류연의 다른 성분들을 선택적으로 제거하는 다른 필터 또는 필터 물질과 함께 사용되는 경우, 본원에서 설명하는 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질은 연기 성분들의 비선택적 제거보다는 맞춤형 제거를 가능하게 할 수도 있다.
다른 일 측면에 따르면, 흡연 물품의 필터에 사용하기 위한 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질을 제조하는 공정을 제공하고 있다. 상기 방법은, 활성탄 물질을 금속 산화물 또는 그 전구체와 접촉시키는 단계, 및 상기 활성탄 물질을 상기 금속 산화물로 관능화하는 데 충분한 정도와 방식으로 상기 활성탄을 상기 접촉된 금속 산화물 또는 그 전구체와 함께 가열하는 단계를 포함하고 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "관능화된(functionalized)" 활성탄 물질은, 활성탄을 관능화하는 화합물, 조성물, 입자 등이 활성탄 물질과 통합되는 것을 의미한다. 이론에 의해 구속되고자 하지 않고, 금속 산화물 입자들은 활성탄 물질 내에 함침되어서 금속-산화물 관능화된 활성탄 물질을 생성하는 것으로 여겨진다. 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질은 흡연 물품의 필터 내의 여과 물질에 분산될 수도 있고, 또는 그 물질은 필터의 일부, 예를 들어, 필터의 부위를 형성할 수도 있다.
도 1은 부분적으로 풀린 흡연 물품의 한 구현예의 개략적인 사시도이다.
도 2 내지 7은 연기 성분을 포획하는 관능화된 금속 산화물의 능력을 테스트하도록 수행된 다양한 실험으로부터 얻은 데이터를 도시하고 있다.
본원에서 설명하는 흡연 물품은 담배 기재의 하류에 필터를 포함하고 있다. 본원에서 사용하는 바와 같이, "하류"는, 흡연 물품의 사용 동안 기류에 대하여 정의된 것이며, 흡연 물품의 마우스 말단은, 공기와 연기가 사용자에 의해 흡인되는 하류 말단이다. 마우스 말단의 대향 말단이 상류 말단이다. 필터는, 단일 부위를 포함할 수도 있고, 또는, 크기, 형상, 물질 등에 있어서 동일하거나 다를 수 있는 두 개 이상의 부위를 포함하고 있을 수도 있다.
본원에서 사용하는 바와 같이, "담배 기재"는, 담배 또는 담배의 성분을 포함하고 있는 물질이다. "담배"의 비제한적인 예는, 담배 잎, 담배 줄기, 담배 꽃, 담배 리브(rib)의 프래그먼트, 균질화된 담배, 재구성된 담배, 가공된 담배, 압출된 담배, 및 팽화된 담배를 포함한다. 담배 기재는, 궐련 또는 기타 가연성 흡연 물품의 담배 로드일 수도 있고, 또는 연소 없이 일부 경우에는 가열 없이 에어로졸 발생을 위한 기재일 수도 있다.
필터 내에 포함하기 위한 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질은 임의의 적절한 형태일 수도 있다. 활성탄은, 과립형 활성탄, 비드형 활성탄, 활성탄 섬유, 또는 다른 임의의 적절한 형태, 또는 임의의 형태들의 조합일 수도 있다. 바람직하게는, 금속 산화물-관능화된 활성탄은 활성탄 섬유의 형태이다. 활성탄 섬유는, 직물 섬유 또는 부직포 섬유일 수도 있으며, 예를 들어, 시트 또는 펠트 물질의 형태일 수도 있고, 그 섬유들은 필터의 일부 형상, 예를 들어, 더 후술하는 바와 같이, 필터 부위로 형성될 수도 있다. 섬유들은, 필터의 길이방향으로 실질적으로 정렬될 수 있고, 일부 경우에, 섬유들이 위치하는 섬유상 여과 물질의 플러그의 실질적으로 전체 길이를 따라 연장되어 있을 수도 있다. 대안적으로, 섬유상 여과 물질의 섬유들은 무작위로 배향될 수도 있고, 섬유상 여과 물질의 플러그의 전체 길이보다 작게 연장되어 있을 수도 있다.
관능화된 활성탄 물질은 임의의 적절한 방식으로 필터 내에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 관능화된 활성탄 물질은, 흡연 물품의 필터의 부위의 여과 물질 내에 분산될 수 있고, 또는, 필터의 일부, 예를 들어, 필터의 부위를 형성할 수도 있다. 구현예들에 있어서, 필터는 초산 셀룰로오스 토우를 여과 물질로서 포함하고, 관능화된 활성탄 물질은 토우의 섬유들 중에 분산되어 있다. 관능화된 활성탄 섬유, 과립, 또는 섬유와 과립 모두는, 토우의 섬유들 중에 분산될 수도 있다. 구현예들에 있어서, 관능화된 활성화 섬유, 과립, 또는 섬유와 과립 모두와 같은 관능화된 활성탄 물질들은 필터의 일부의 공동 내에 제공되어 있다. 관능화된 활성탄 물질이 필터의 공동 내에 제공되어 있는 경우, 특히 관능화된 활성탄 물질이 과립을 포함하고 있는 경우, 필터는 공동의 상류에 필터 부위 및 공동의 하류에 필터 부위를 포함해서 관능화된 활성탄 물질을 공동 내에 함유하는 것에 일조한다. 구현예들에 있어서, 관능화된 활성탄 물질(예를 들어, 섬유, 과립, 또는 섬유와 과립 모두)은 흡연 물품의 래퍼(wrapper) 또는 래퍼의 일부 내에 포함된다. 관능화된 활성탄 물질이 내부에 또는 표면 상에 포함될 수 있는 래퍼의 예는, 궐련 페이퍼, 티핑 페이퍼(tipping paper), 플러그 랩(plug wrap)이 있다. 바람직하게는, 관능화된 활성탄 물질은, 티핑 페이퍼, 플러그 랩, 또는 티핑 페이퍼와 플러그 랩 모두 상에 또는 내부에 포함되어 있다.
관능화된 활성탄 물질은, 흡연 물품의 래퍼 또는 페이퍼 성분 내에 또는 상에 포함되는 경우, 페이퍼 제조 공정 동안, 흡연 물품의 제조 공정 동안, 또는 흡연 물품 생산 공정의 다른 임의의 적절한 단계에서 적용될 수도 있다. 관능화된 활성탄 공정은, 페이퍼 내에 포함될 수도 있고, 페이퍼 상에 코팅되거나 그 외에는 페이퍼에 적용될 수도 있다. 바람직하게는, 관능화된 활성탄 물질은, 페이퍼 성분이 흡연 물품에 조립되는 경우 내면으로서 기능하는 페이퍼 성분의 표면 상에 또는 내부에 포함되어 있다.
추가적으로, 또는 대안적으로, 관능화된 활성탄 섬유는 다른 임의의 적절한 형태로 흡연 물품 내에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 관능화된 활성탄 섬유는, 섬유, 스레드, 디스크, 시트 등으로 형성될 수도 있고, 또는 관능화된 활성탄 과립은 섬유, 스레드, 디스크, 시트 등에 포함될 수도 있다. 활성탄 물질을 포함하고 있는 스레드는, 필터의 부위 내에, 예를 들어, 부위의 중심 내에 포함되는 스레드로서 초산 셀룰로오스 토우 또는 기타 필터 물질 내에 포함될 수도 있다. 활성탄 물질을 포함하고 있는 시트는, 초산 셀룰로오스 토우 또는 기타 필터 물질 주위로 포장될 수도 있고, 필터를 위한 플러그 랩으로서 기능할 수도 있다. 활성탄 물질을 포함하고 있는 시트 물질의 디스크는, 하나 이상의 필터 부위에 인접하는 필터 내에, 예를 들어, 두 개의 필터 부위 사이에 포함될 수도 있다.
흡연 물품의 필터에 사용하기 위한 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질은, 임의의 적절한 기공 크기, 기공 크기 분포, 또는 브루나우어 엠메트-텔러(Brunauer -Emmett-Teller; BET) 표면적을 가질 수도 있다. 이론에 의해 구속되고자 하지 않고, 활성탄 물질의 기공 크기, 기공 크기 분포, 및 BET 표면적은 여과 효능에 영향을 끼칠 수도 있다고 여겨진다. 구현예들에 있어서, 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질의 BET 표면적은 약 1000m2/g 이상이다. 바람직하게는, BET 표면적은 약 1100m2/g 이상이다. 더욱 바람직하게는, BET 표면적은 약 1200m2/g 이다. 더욱 바람직하게는, BET 표면적은 약 1400m2/g 이상이다. 추가적으로, 또는 대안적으로, BET 표면적은 약 2100m2/g 이하이다. 예를 들어, BET 표면적은 약 2000m2/g 미만일 수도 있고, 예를 들어, 약 1800m2/g 미만 또는 약 1500m2/g 미만일 수도 있다. 구현예들에 있어서, 금속 산화물 관능화된 활성탄 물질의 BET 표면적은, 바람직하게는, 약 1000m2/g 내지 약 2000m2/g, 더욱 바람직하게는 약 1000m2/g 내지 약 1800m2/g, 가장 바람직하게는 약 1000m2/g 내지 약 1500m2/g이다. 구현예들에 있어서, 금속 산화물 관능화된 활성탄 물질의 BET 표면적은, 바람직하게는, 약 1000m2/g 내지 약 2100m2/g, 더욱 바람직하게는 약 1200m2/g 내지 약 2100m2/g, 가장 바람직하게는 약 1400m2/g 내지 약 2000m2/g이다.
구현예들에 있어서, 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질의 평균 기공 크기는 약 20nm 이하이다. 바람직하게는, 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질의 평균 기공 크기는 약 10nm 이하이다. 더욱 바람직하게는, 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질의 평균 기공 크기는 약 5nm이다. 일반적으로, 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질의 평균 기공 크기는, 약 0.3nm 이상, 바람직하게는 약 0.5nm 이상, 더욱 바람직하게는 약 1nm 이상이다. 구현예들에 있어서, 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질의 평균 기공 크기는, 바람직하게 약 0.3nm 내지 약 20nm, 더욱 바람직하게는 약 0.5nm 내지 약 10nm이다.
구현예들에 있어서, 산화물-관능화된 활성탄 물질 내의 마이크로기공들 대 금속 메소기공들(mesopores)의 비는 약 2:1 이하이다. 본 발명에서, "마이크로기공(micropore)"은 기공 크기가 2nm 이하임을 의미한다. "메소기공(mesopore)"은 기공 크기가 2nm 내지 50nm임을 의미하고, "매크로기공(macropore)"은 기공 크기가 50nm 초과함을 의미한다. 바람직하게는, 산화물-관능화된 활성탄 물질 내의 마이크로기공들 대 금속 메소기공들의 비는 약 1.5:1 이하이다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 마이크로기공들 대 메소기공들의 비는 바람직하게 약 0.1:1 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.25:1 이상, 가장 바람직하게는 약 0.5:1 이상이다. 마이크로기공들 대 메소기공들 비는 약 0.25:1 내지 약 2:1, 바람직하게는 약 0.5:1 내지 약 1.5:1이다.
활성탄 물질의 금속산화물 관능화 공정에 의해, 활성탄 출발물질에 대한, 기공크기 또는 BET 표면적의 감소, 다른 기공크기 분포, 또는 이들의 조합이 발생할 수도 있다. 이에 따라, 활성탄 출발물질이, 형성되는 금속 산화물 관능화된 활성탄 물질에 비해, 다른 BET 표면적, 평균 기공 크기, 다른 기공 크기 분포, 또는 이들의 조합을 갖는 것이 바람직할 수도 있다. 구현예들에 있어서, 출발물질의 BET 표면적은, 약 1000m2/g 이상; 바람직하게 약 1500m2/g 이상; 더욱 바람직하게는 약 1700m2/g 이상; 더욱 더욱 바람직하게는 약 2100m2/g 이상이다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 출발물질의 BET 표면적은, 바람직하게 약 2500m2/g 미만; 더욱 바람직하게는 약 2400m2/g 미만; 가장 바람직하게는 약 2200m2/g 미만이다. 구현예들에 있어서, 출발물질의 BET 표면적은 약 1900m2/g 미만이다. 구현예들에 있어서, 출발물질의 BET 표면적은 약 1000m2/g 내지 약 2500m2/g이다. 바람직하게는, 출발물질의 BET 표면적은 약 1500m2/g 내지 약 2200m2/g이다. 더욱 바람직하게는, 출발물질의 BET 표면적은 약 1700m2/g 내지 약 1900m2/g, 또는 약 1700m2/g 내지 약 2200m2/g이다.
구현예들에 있어서, 활성탄 출발물질은 약 1700m2/g 내지 약 1900m2/g의 BET 표면적을 갖고, 형성되는 금속 산화물 관능화된 활성탄 물질은 약 1100m2/g 내지 약 1600m2/g의 BET 표면적을 갖는다. 구현예들에 있어서, 형성되는 금속 산화물 관능화된 활성탄 물질은 약 1200m2/g 내지 약 1400m2/g의 BET 표면적을 갖는다. 바람직하게는, 형성되는 금속 산화물 관능화된 활성탄 물질은 약 1400m2/g 내지 2000m2/g의 BET 표면적을 갖는다. 형성되는 금속 산화물 관능화된 활성탄 출발물질은, 활성탄 출발물질의 BET 표면적보다 작은 적어도 200m2/g인 BET 표면적을 가질 수도 있다.
구현예들에 있어서, 활성탄 출발물질의 평균 기공 크기는 약 10nm 이하이다. 바람직하게는, 활성탄 출발물질의 평균 기공 크기는 약 5nm 이하이다. 더욱 바람직하게는, 활성탄 출발물질의 평균 기공 크기는 약 2nm 이하, 예를 들어 약 1.5nm 이하이다. 일반적으로, 활성탄 출발물질의 평균 기공 크기는, 약 0.3nm 이상이고, 예를 들어, 약 0.5nm 이상, 또는 약 1nm 이상이다. 구현예들에 있어서, 활성탄 출발물질의 평균 기공 크기는 약 0.3nm 내지 약 10nm이고; 예를 들어, 약 0.5nm 내지 약 5nm이다.
구현예들에 있어서, 활성탄 출발물질 마이크로기공 대 메소기공 활성탄 출발물질의 비는 약 0.5:1 이상이다. 바람직하게는, 활성탄 출발물질 마이크로기공 대 메소기공 활성탄 출발물질의 비는 약 1:1 이상, 약 1.5:1 이상, 또는 약 2:1 이상이다. 일반적으로, 활성탄 출발물질 마이크로기공 대 메소기공 활성탄 출발물질의 비는 10:1 미만이다.
활성탄 물질은 임의의 적절한 금속 산화물 물질로 관능화될 수도 있다. 구현예들에 있어서, 금속 산화물은 II족 금속 산화물이다. 예를 들어, 금속 산화물은 MgO, CaO, SrO, 및 BaO로 이루어지는 그룹에서 선택된 것일 수도 있다. 바람직하게는, 금속 산화물은 MgO 또는 CaO이다. 활성탄 물질은, 또한, 철 산화물, La2O3, ZnO, Al2O3, TiO2 같은 기타 금속 산화물로 관능화될 수도 있다. 금속 산화물은, 임의의 적절한 중량%로 관능화된 물질 내에 존재할 수도 있다. 예를 들어, 관능화된 물질은, 바람직하게는, 약 1중량% 내지 약 20중량%의 금속 산화물을 포함하고 있다. 더욱 바람직하게는, 관능화된 물질은 약 2중량% 내지 약 10중량%의 금속 산화물을 함유하고 있다. 가장 바람직하게는, 관능화된 물질은 약 3중량% 내지 약 8중량%의 금속 산화물을 함유하고 있다. 구현예들에 있어서, 관능화된 물질은 약 5중량%의 금속 산화물을 함유하고 있다. 뒤에 제시하는 예에서 제시된 바와 같이, 일부 상황에 있어서, 본 발명자들은, 금속 산화물이 양이 많아지더라도 선택된 연기 성분들의 제거량이 반드시 많아지지 않는다는 점을 발견하였다. 관능화된 물질 상의 금속 산화물의 양은, 관능화된 물질의 생산 공정의 중량 균형을 달성하는 것을 특징으로 할 수도 있다. 금속 산화물의 양은, 또한, 관능화된 물질에 대한 원소 분석, 예를 들어, 물질이 완전히 연소되고 금속 산화물의 양이 재로 정량화되는 열중량 분석을 수행하여 결정될 수도 있다.
활성탄 물질은, 임의의 적절한 공정에 의해 금속 산화물로 관능화될 수도 있다. 구현예들에 있어서, 활성탄 물질을 금속 산화물 또는 금속 산화물의 전구체와 접촉시키고, 활성탄 물질을 금속 산화물로 관능화하는 데 충분한 정도와 방식으로 활성탄과 금속 산화물 또는 금속 산화물의 전구체를 가열하여, 활성탄 물질은 관능화된다. 본원에서 사용하는 바와 같이, "금속 산화물의 전구체"는, 적절한 방식과 정도로 가열되는 경우 금속 산화물로 변환되는 화합물을 함유하고 있는 임의의 금속이다. 적절한 금속 산화물 전구체의 예는, Mx(NO3)y, Mx(OAc)y 및 Mx(C2O4)y, 일부 경우에는, 그들의 수화 형태(Mx(NO3)y·z(H2O), Mx(OAc)y·z(H2O) 및 Mx(C2O4)y·z(H2O))를 포함하고, 여기서, M은 금속이고, x와 y는 동일하거나 다르며 금속의 원자가에 의존하며, OAc는 초산염이고, z는 수화도로, 적절한 전구체 물질을 생성하는 임의의 적절한 수일 수 있다. 본 기술분야의 숙련자는, 화합물을 함유하는 다른 금속을 금속 산화물 전구체로서 사용할 수도 있음을 이해할 것이다. 바람직하게는, 금속 산화물 전구체는, Mx(OAc)y 또는 Mx(NO3)y, 또는 이들의 수화 형태, 또는 이들의 혼합물이다. 더욱 바람직하게는, 금속 산화물 전구체는 Mx(NO3)y, 또는 이들의 수화 형태이다.
활성탄을 관능화하는데 사용되는 금속 산화물 또는 금속 산화물의 전구체의 양은, 본 기술분야의 숙련자가 일반적으로 이해하듯이, 금속 산화물 관능화된 활성탄 물질 내의 금속 산화물의 원하는 중량 또는 몰 백분율을 달성하도록 가변될 수도 있다.
구현예들에 있어서, 활성탄 물질을 금속 산화물로 관능화하는 공정은, 활성탄 물질을, 활성탄 물질의 중량에 비해 약 1중량% 내지 약 20중량% 범위의 금속 산화물 또는 금속 산화물의 전구체와 접촉시키는 단계를 포함하고 있다. 다수의 라운드 또는 사이클의 관능화를 채택하여 관능화된 물질의 금속 산화물의 더욱 높은 중량%를 달성할 수도 있다.
구현예들에 있어서, 활성탄 물질과 금속 산화물 또는 금속 산화물의 전구체는 약 250℃ 내지 750℃의 온도로 가열된다. 더욱 바람직하게는, 활성탄 물질과 금속 산화물 또는 금속 산화물의 전구체는, 약 300℃ 내지 600℃, 가장 바람직하게는 약 350℃ 내지 500℃의 온도로 가열될 수도 있다. 활성탄 물질과 금속 산화물 또는 금속 산화물의 전구체의 온도는 사용되는 금속과 사용되는 전구체에 의존하여 가변될 수도 있다. 활성탄 물질과 금속 산화물 또는 금속 산화물의 전구체는 가열시 용제 내에 존재할 수도 있다. 임의의 적절한 용제를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 용제는, 물, 에탄올, 또는 물과 에탄올의 혼합물을 포함할 수도 있고, 본질적으로 이들로 이루어지거나, 이들로 이루어질 수도 있다.
용제 내에 존재할 수도 있는 활성탄 물질과 금속 산화물 또는 금속 산화물의 전구체는, 금속 산화물 관능화된 활성탄 물질을 생성하는 데 충분한 시간 양만큼 적절한 온도로 가열된다. 구현예들에 있어서, 활성탄 물질과 금속 산화물 또는 금속 산화물의 전구체는, 약 15분 이상, 더욱 바람직하게는 약 30분 이상, 가장 바람직하게는 약 1시간 이상 적절한 온도로 가열된다. 일반적으로, 활성탄 물질과 접촉된 금속 산화물 또는 금속 산화물의 전구체는, 약 12시간 미만, 바람직하게 약 6시간 미만, 더욱 바람직하게는 약 3시간 미만 동안 적절한 온도로 가열된다.
구현예들에 있어서, 활성탄 물질과 금속 산화물 또는 금속 산화물의 전구체가 가열되는 온도는, 원하는 최대 온도에 도달할 때까지 램프로 처리된다. 임의의 적절한 온도 램프 프로파일을 채택할 수도 있다. 예를 들어, 온도는, 분당 약 5℃ 내지 분당 약 10℃의 속도로, 예를 들어, 분당 약 6℃ 내지 분당 약 8℃의 속도로, 주위 온도로부터 원하는 최대 온도로 램프 가열될 수도 있다.
활성탄 물질과 금속 산화물 또는 금속 산화물의 전구체는 불활성 대기 하에서 가열될 수도 있다. 예를 들어, 활성탄 물질과 금속 산화물 또는 금속 산화물의 전구체는, 아르곤 흐름 등의 불활성 가스 분위기 하에서 가열될 수도 있다.
금속 산화물-관능화된 활성탄 물질은 하나 이상의 연기 성분을 선택적으로 제거하거나 포획하는 데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질은 아세트알데히드 같은 알데히드를 선택적으로 포획할 수도 있다. 구현예들에 있어서, 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질은 적어도 약 1중량%의 아세트알데히드, 바람직하게는 적어도 약 2.5중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 4중량%를 포획한다. 통상적으로, 관능화된 활성탄 물질은 20중량% 미만의 아세트알데히드를 포획한다. 본원에서 사용하는 바와 같이, 특정한 연기 성분에 대한 관능화된 활성탄 물질의 "흡수 용량"은, 중량% 단위(금속 산화물-관능화된 활성탄 물질의 중량당 포획되는 성분의 중량)의, 관능화된 물질이 포획하는 연기 성분의 양이다. 흡수 용량을 결정하는 데 사용될 수 있는 시스템과 분석 방법의 일례를 이하의 예에서 더욱 상세히 설명한다.
금속 산화물-관능화된 활성탄 물질의 선택성은, 대응하는 비관능화된 물질에 비해, 하나 이상의 다른 성분들에 대한 제1 성분의 증가량 또는 백분율을 포획하는 관능화된 물질의 능력에 의해 평가될 수도 있다. 예를 들어, 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질은, 관능화에 의한 제1 성분의 포획 증가가 관능화에 의한 다른 하나 이상의 연기 성분들의 포획 증가보다 큰 경우 제1 연기 성분을 그 다른 하나 이상의 연기 성분들에 대하여 "선택적으로" 포획한다고 고려할 수도 있다.
예를 들어, 관능화된 물질이 비관능화된 물질보다 제1 성분을 1.2배 더 많이 포획하고 관능화된 물질이 비관능화된 물질보다 다른 성분을 1.05배 더 많이 포획하면, 관능화된 물질이 제1 성분을 다른 성분에 비해 선택적으로 포획한다고 고려할 수도 있다. 증가된 포획 대 관능화의 비는 선택성의 척도로서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 위에서 제시한 예에서, 증가 대 관능화의 비는 1.2 대 1.05, 또는 약 1.15 대 1이다. 바람직하게는, 관능화에 의한 하나 이상의 알데히드의 포획 증가 대 관능화에 의한 하나 이상의 다른 연기 성분의 포획 증가의 비는, 약 1.1 대 1 이상이며, 예를 들어, 1.2 대 1 이상, 또는 약 1.3 대 1 이상이다. 일반적으로, 관능화에 의한 하나 이상의 알데히드의 포획 증가 대 관능화에 의한 하나 이상의 다른 연기 성분의 포획 증가의 비는 약 20 대 1 이하, 예를 들어 약 10 대 1 이하, 약 5 대 1 이하, 또는 약 2 대 1 이하이다.
구현예들에 있어서, 활성탄 물질의 금속 산화물 관능화에 의한 아세트알데히드의 포획 증가 대 활성탄 물질의 금속 산화물 관능화에 의한 벤젠의 포획 증가의 비는 적어도 약 1.1 대 1, 바람직하게는 적어도 약 1.2 대 1, 더욱 바람직하게는 적어도 약 1.3 대 1이다.
바람직하게는, 활성탄 물질 등의 대응하는 비관능화된 활성탄 물질보다 금속 산화물 관능화된 활성탄 물질 아세트알데히드 등의 하나 이상의 알데히드를 더 포획한 것을 관능화된 활성탄 물질을 형성하기 위한 출발물질로서 사용하였다. 예를 들어, 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질은, 대응하는 비관능화된 활성탄 물질보다 하나 이상의 알데히드의 적어도 약 1.1배를 포획할 수도 있다. 바람직하게는, 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질은 대응하는 비관능화된 활성탄 물질보다 하나 이상의 알데히드의 적어도 약 1.2배를 포획한다. 더욱 바람직하게는, 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질은 대응하는 비관능화된 활성탄 물질보다 하나 이상의 알데히드의 적어도 약 1.3배를 포획한다. 바람직하게는, 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질은 대응하는 비관능화된 활성탄 물질보다 하나 이상의 아세트알데히드의 적어도 약 1.1배, 1.2배 이상, 또는 1.3배 이상을 포획한다.
연기 성분을 포획하기 위한 관능화된 활성탄 물질 또는 비관능화된 활성탄 물질의 능력은 임의의 적절한 방식으로 평가될 수도 있다. 채택될 수도 있는 실험적 시스템의 일례는, 연기 성분이 첨가될 수도 있는 불활성 가스의 흐름을 포함하고 있다. 관능화된 또는 비관능화된 활성탄 물질은 질량 분석기와 연통하는 그 가스의 흐름 경로에 놓이게 된다. 가스 흐름은, 또한, 활성탄 물질을 우회해서 질량 분석기에 인입될 수도 있다. 활성탄 물질에 의해 포획되는 연기 성분의 양은, 활성탄 물질을 통한 흐름에 존재하는 성분의 양에 관한 질량 분석기 결과를 활성탄 물질을 우회하는 흐름에 존재하는 성분의 양과 비교하여 결정될 수도 있다. 이러한 결정을 실행하기 위한 시스템과 분석 방법의 일례를 이하의 예에서 더욱 상세히 설명한다.
하나 이상의 연기 성분을 포획하는 관능화된 활성탄 물질이 흡연 물품 내에 포함된 후 그 물질의 능력을 결정하는 한 가지 방식은, 그 물질을 흡연 물품으로부터 제거하고 이하의 예에서 설명하는 바와 같이 또는 전술한 바와 같이 그 제거된 관능화된 활성탄 물질을 평가하는 것이다.
바람직하게는, 금속 산화물 관능화된 활성탄 물질은, 흡연 물품에 필터로서 포함되는 경우 특정한 연기 성분들을 선택적으로 제거하거나 흡연 물품이 태워지는 경우 특정한 연기 성분들의 일부를 선택적으로 제거한다. 관능화된 활성탄 물질은, 전술한 바와 같이, 임의의 적절한 흡연 물품의 필터로서 또는 필터의 일부로서 포함될 수도 있다. 예를 들어, 흡연 물품은 궐련 같은 가연성 흡연 물품일 수도 있다. 금속 산화물 관능화된 활성탄 물질을 갖는 필터를 포함할 수 있는 공지된 다른 흡연 물품들은, 예를 들어, 전기 가열에 의해 또는 가연성 연료 요소 또는 열원으로부터 에어로졸 발생 기재로의 열 전달에 의해 에어로졸이 발생하는 흡연 물품을 포함하고 있다. 흡연 동안에, 휘발성 화합물이 열원으로부터의 열 전달에 의해서 에어로졸 발생 기재로부터 방출되고 흡연 물품을 통해서 흡인된 공기에 연행된다. 방출된 화합물이 냉각되면서 응축되어 소비자에게 흡입되는 에어로졸을 형성한다. 관능화된 활성탄 물질을 갖는 필터를 포함할 수도 있는 다른 흡연 물품들은, 연소 없이, 그리고 일부 경우엔 가열 없이, 예를 들어, 화학 반응을 통해, 담배 물질, 담배 추출물, 또는 기타 니코틴 공급원으로부터 니코틴 함유 에어로졸이 발생하는 것이 있다. 바람직하게는, 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질은 가연성 흡연 물품 내에 포함된다.
구현예들에 있어서, 하나 이상의 연기 성분을 포획하는 방법은, (i) 금속 산화물로 관능화된 활성탄 물질을 포함하고 있는 필터 요소를 제공하는 단계; 및 (ii) 알데히드를 포함하고 있는 가스 스트림을 필터 요소를 통과하게 하여 알데히드의 적어도 일부를 포획하는 단계를 포함하고 있다. 금속 산화물로 관능화된 활성탄 물질을 포함하고 있는 필터는, 전술한 바와 같은 또는 이하의 예에서 설명하는 바와 같은 필터 또는 필터 요소이다. 예를 들어, 필터는, 전술한 바와 같이 활성탄 물질에 대한 금속 산화물의 중량%를 포함할 수도 있고, 필터는 아세트알데히드 같은 알데히드를 선택적으로 포획할 수도 있고, 관능화된 활성탄 물질은, 본원에서 설명하는 바와 같은 BET 표면적, 또는 본원에서 설명하는 다른 임의의 특징부나 기능성을 가질 수도 있다.
본원에서 사용되는 모든 과학 및 기술 용어는 달리 특정되지 않는 한 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 의미를 갖는다. 본원에서 제공되는 정의들은 본원에서 빈번하게 사용되는 소정의 용어들의 이해를 용이하게 하기 위한 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들("a", "an", 및 "the" )은 달리 그 내용을 명확하게 기술하지 않는 한, 복수의 지시 대상을 갖는 구현예들을 포함하고 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "또는"은 일반적으로 달리 그 내용을 명확하게 기술하지 않는 한 "및/또는"을 포함하고 있는 의미로 사용된다. 용어 "및/또는"은 열거된 요소들 중 하나 또는 전부, 또는 열거된 요소들의 임의의 2개 이상의 조합을 의미한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "갖다", "갖는", "포함하다", "포함하는", "이루어지다", "이루어지는" 등은 개방형의 의미로 사용되며, 일반적으로 "포함하지만, 이에 한정되지 않는" 것을 의미한다. "~로 필수적으로 이루어지는", "~로 이루어지는" 등은 "이루어지는" 등에 포함되는 것임이 이해될 것이다.
단어 "바람직한" 및 "바람직하게"는 소정의 환경 하에서 소정의 이익을 제공할 수도 있는 본 발명의 구현예들을 지칭한다. 그러나, 예를 들어, 다른 상황 하에서는 다른 구현예들도 바람직할 수도 있다. 또한, 하나 이상의 바람직한 구현예의 설명은 다른 구현예들이 유용하지 않음을 암시하는 것이 아니며, 청구항들을 포함하는 본 발명의 범주로부터 다른 구현예들을 배제하고자 하는 것이 아니다.
본원에서 흡연 물품 내에 포함되지 않은 필터 또는 필터 요소에 관하여 제공되는 임의의 설명은 흡연 물품 내의 필터 또는 필터 요소에 적용될 수도 있다. 마찬가지로, 흡연 물품 내의 필터 또는 필터 요소에 관한 임의의 설명이 흡연 물품 내에 포함되지 않은 필터 또는 필터 요소에 적용될 수도 있다. 예를 들어, 흡연 물품 내에 포함된 필터의 흡수 용량에 관한 설명은 흡연 물품 내에 포함되지 않은 필터에 적용된다.
도 1은, 부분적으로 풀린 흡연 물품의 한 구현예의 개략적인 사시도이다. 도 1에 도시한 흡연 물품은, 전술한 흡연 물품의 구성요소 또는 흡연 물품의 하나 이상의 구현예를 도시한다. 개략도는, 반드시 일정한 비율로 된 것은 아니며 한정이 아니라 예시를 위해 제시된 것이다. 개략도는 본 발명에서 설명하는 하나 이상의 측면을 예시하고 있다. 그러나, 도면들에 도시되지 않은 다른 측면들이 본 발명의 범주 및 사상 이내에 들어 있음이 이해될 것이다.
이제, 도 1을 참조해 보면, 흡연 물품(10), 이 경우에서는, 궐련이 도시되어 있다. 흡연 물품(10)은, 담배 로드 등의 로드(20), 및 마우스 말단 필터 부위(30)을 포함하고 있다. 금속 산화물-관능화된 활성탄 필터 부위(70)는, 로드(20)의 하류이면서 마우스 말단 필터 부위(30)의 상류에 배치되어 있다. 도시된 흡연 물품(10)은, 필터 부위들(30, 70) 중 적어도 일부를 둘러싸고 있는 플러그 랩(60), 및 로드(20)의 적어도 일부를 둘러싸고 있는 궐련 페이퍼(40)를 포함하고 있다. 티핑 페이퍼(50) 또는 기타 적절한 래퍼는, 당업계에 일반적으로 공지된 바와 같이, 궐련 페이퍼(40)의 일부 및 플러그 랩(60 )을 둘러싸고 있다.
도 2 내지 도 7은, 연기 성분을 포획하는 관능화된 금속 산화물의 능력을 테스트하도록 수행된 다양한 실험으로부터 얻은 데이터를 도시하고 있다.
실시예
활성탄 섬유들을, 금속 산화물 또는 금속 산화물의 전구체가 존재하는 가운데 그 섬유들을 가열하여 다수의 금속 산화물로 관능화하였다. 가스 발생에 의해 연기 성분들이 첨가된 불활성 가스 흐름을 포함한 테스트 시스템에 의해, 다양한 알데히드를 포획하는 금속 산화물 관능화된 활성탄 섬유들의 능력을 결정하였다. 테스트 대상 물질을, 질량 분석기와 연통하는 가스 흐름 경로에 두었다. 가스가 질량 분석기에 직접 인입될 수 있도록 우회 경로를 채택하여 테스트 물질을 우회하였다. 활성탄 물질을 통한 흐름에 존재하는 성분의 양에 관한 질량 분석기 결과를 활성탄 물질을 우회하는 흐름에 존재하는 성분의 양과 비교하여, 활성탄 물질에 의해 포획된 연기 성분의 양을 결정하였다.
아세트알데히드 같은 휘발성 유기 화합물(VOC) 흡착물을 우회 경로를 통해 불활성 가스 내에서 질량 분석기에 약 10분 동안 전달하여 VOC 베이스라인을 얻었다. 이어서, 밸브를 전환하여 (기체 담체를 갖는) VOC가 활성탄 섬유들을 가로질러 흐르게 하였다. 질량 분석기의 디스플레이에서 거의 순간적인 감소를 관찰하였다. 흡착이 완결되면, 검출 수준이 제로에 도달하였다. 흡착이 포화에 도달한 경우, 검출 수준이 증가하여 우회 경로를 통해 확립된 베이스라인으로 복귀하였다. 포화에 이어서 추가 15분 내지 20분 동안 VOC를 활성탄 섬유들에 걸쳐 흐르게 하였다.
선택된 각 분자 질량마다, 질량 분석기에 의해 기초 데이터를 초 대 시간당 카운트로 얻었다. 응답 수준은 분석된 서로 다른 질량들의 농도에 비례한다. 따라서, VOC의 유입 농도, 예를 들어, 80ppmv를 알게 되어서, 이를 질량 분석기로부터 얻은 베이스라인에 연결할 수 있다. 따라서, 주입되는 VOC의 총량은 주입의 시작과 종료에 의해 한정되는 베이스라인 아래의 면적에 대응한다. 흡착제에 의해 보유된 흡착물의 양은, 흡착 곡선 위의 면적을 적분함으로써 산출된다. 비교적 잡음 있는 거친 곡선을 얻게 되었으며, 적절한 적분을 수행하도록 데이터에 여러 처리를 적용하였다. 흡착제의 용량을 얻는 데 사용되는 프로세스의 개요는 아래와 같다:
1. 매끄러운 곡선을 얻도록 기초 데이터를 평균한다.
2. 트래피조이드법(trapezoid method)을 사용함으로써 매끄러운 곡선을 수치 적분한다. 흡착 곡선 아래의 총 면적은 흡착 동안 흡착되지 않은 주입된 VOC의 양에 대응한다.
3. 주입된 VOC의 총량은, (일단 곡선이 상승된 후 첫번째 지점에서의) 흡착 시간을 최종 흡착 값(따라서, 베이스라인 상한값)의 응답으로 승산하여 산출된다.
4. 주입된 VOC의 총량과 흡착되지 않은 VOC의 총량 간의 차가 흡착된 VOC의 양을 제공하고 있다.
5. 주입된 VOC의 몰 수는, 흡착의 유속, 농도, 및 시간을 앎으로써, 이상 기체 법칙에 의해 산출된다.
6. 흡착된 화합물의 몰 질량을 알면, 흡착된 질량이 결정된다.
마지막으로, 흡착물 질량을 흡착제 질량으로 나누어서, 흡착 용량을 산출하였다.
활성탄 섬유들을, La2O3, ZnO, Al2O3, TiO2, MgO, 및 CaO로 관능화하였다. 이러한 금속 산화물들을 전술한 시스템에서 테스트하였다. MgO와 CaO는, 이 테스트에서 상당히 많은 양의 알데히드를 포획하였으며, 추가 분석을 위해 선택되었다.
수행한 많은 연구에 있어서, 5중량% MgO-관능화된 활성탄 섬유들을 다음과 같이 제조하였다. 활성탄 섬유들("ACF" K-20, Kynol Europa GmbH)을 받는대로 사용하였다. 기술용 에탄올을 용제로서 사용하였다. 10g의 ACF(K-20)를 24.5g(29.2ml)의 12.8중량% Mg(NO3)2·6H2O(Merck, 99%) 에탄올 용액에 함침시켰다. 그 물질을 실온에서 (3시간 동안) 공기 중에서 건조시킨 후 전기 가열식 관형 오븐에서 Ar 흐름(분당 200ml)에 있어서 1시간 동안 400℃(분당 6°램프)에서 열 처리하였다. 이론에 의해 구속되고자 하지 않고, Mg(NO3)2는 MgO를 형성하는 불활성 분위기 하에서 이러한 온도에서 분해를 거친다고 여겨진다. 제조된 흡착제는 주변 조건 하에서 플라스틱 지퍼백 내에 보관한다. 출발 활성탄 물질과 생성된 금속 산화물로 관능화된 활성탄 물질 간의 중량 균형에 의해 금속 산화물의 중량%를 결정하였다. 그 결과를, 3시간 동안 750℃에서의 금속 산화물로 관능화된 활성탄 물질의 공기 소성 후에 광물질(MgO)을 계량하여 확인하였다.
수행한 많은 연구에 있어서, 5중량% CaO-관능화된 활성탄 섬유들을 다음과 같이 제조하였다. 10g의 (K-20, Kynol Europa GmbH)를 24.6g(29.7ml)의 8.6중량% Ca(NO3)2·4H2O (Fluka, 98%) 에탄올 용액에 함침시켰다. 그 물질을 실온에서 (3시간 동안) 공기 중에서 건조시킨 후 전기 가열식 관형 오븐에서 Ar 흐름(분당 200ml)에 있어서 1시간 동안 500℃(분당 8°램프)에서 열 처리하였다. 이론에 의해 구속되고자 하지 않고, Ca(NO3)2는 CaO를 형성하는 불활성 분위기 하에서 이러한 온도에서 분해를 거친다고 여겨진다. 제조된 흡착제는 주변 조건 하에서 플라스틱 지퍼백 내에 보관한다.
Mg(NO3)2·6H2O 또는 Ca(NO3)2·4H2O의 출발 양 또는 농도를 변경하여, 다른 중량%의 MgO- 및 CaO-관능화된 섬유들을 제조하였다. ACFK-20이 아닌 섬유들을 사용하였으며, 다른 섬유들과 함께 전술한 절차에 따라 일반적으로 제조하였다.
정의된 질소 분압을 사용하여 BET 표면적 분석을 수행하였다. 목표는, 서로 다른 분압에서의 흡착제의 질소 흡착 용량을 측정하는 것이다. 분석 전에, 흡착제를 진공 하에서 2시간 동안 523K에서 탈기하였다. 상대적 압력 범위 0.05 ≤ P/P 0 ≤ 0.98에 걸쳐 77K에서 N2 흡착/탈착 등온선을 수행하였다.
표 1은 형성되는 섬유들의 일부 특징들을 제시한다.
섬유들의 비 표면적과 특정한 기공 부피
섬유 SSABET [m2 g-1] 기공 부피 [cm3 g-1]
ACF-K-20 2170 1.01
ACF-K-20 (2.5% MgO) 1940 0.87
ACF-K-20 (5% MgO) 1850 0.81
ACF-K-20 (10% MgO) 1590 0.69
표 1에 표시한 바와 같이, 활성탄 섬유들을 가열하는 것은 다공성에 주목할만한 영향을 끼치지 않는다. 그러나, 금속 산화물의 피착은, 섬유들의 비표면적을 대략 감소시켰다.
비관능화된 ACF, 2.5중량%의 MgO-관능화된 ACF, 5중량%의 MgO-관능화된 ACF, 및 10중량%의 MgO-관능화된 ACF의 질소 등온선을 도시하는 그래프인 도 2는 관능화된 및 비관능화된 마이크로기공성(microporous)을 보여주고 있다.
이제, 도 3을 참조해 보면, 금속 산화물로 관능화된 활성탄 섬유들의 아세트알데히드 흡착 용량에 대한 CO2의 효과를 도시하는 막대 그래프가 제시되어 있다. 도 3에 제시된 결과는, 헬륨과 아세트알데히드 또는 헬륨의 혼합물, 아세트알데히드 및 이산화탄소가 5% MgO 또는 5% CaO로 관능화된 활성탄 섬유들에 걸쳐 전달된 전술한 바와 같은 테스트 시스템으로부터 얻었다. 도 3에 도시한 바와 같이, CO2는 아세트알데히드를 흡착하는 관능화된 섬유들의 능력을 투여용량 의존식으로 감소시킨다.
이제, 도 4를 참조해 보면, 아세트알데히드의 흡착 용량에 대한 금속 산화물 하중의 효과를 도시하는 막대 그래프가 제시되어 있다. 도 4에 제시한 결과는, 헬륨과 아세트알데히드의 혼합물이 2.5%, 5%, 또는 10%의 MgO로 관능화된 활성탄 섬유들에 걸쳐 전달된 전술한 바와 같은 테스트 시스템으로부터 얻었다. 도 4에 도시한 바와 같이, 아세트알데히드에 대한 섬유들의 흡착 용량은 MgO 하중 증가에 따라 주목할만한 정도로 증가하지 않는다.
이제, 도 5를 참조해 보면, MgO의 서로 다른 양으로 관능화된 활성탄 섬유들의 아세트알데히드 흡착 용량에 대한 CO2의 효과를 도시하는 막대 그래프가 제시되어 있다. 도 5에 제시한 결과는, 활성탄 섬유들이 2.5%, 5%, 또는 10%의 MgO로 관능화되었다는 점을 제외하고는 도 3에 관하여 대략 전술한 바와 같이 수행된 실험으로부터 얻었다. 도 5에 도시한 바와 같이, 이산화탄소의 비활성화 효과는 작은 MgO 하중시 가장 컸다. 놀랍게도, 이산화탄소의 비활성화 효과는 5% MgO보다 10% MgO에서 컸다. 이는, 상당량의 CO2가 주류연에 존재하는 궐련 등의 흡연 물품들에 해당될 수 있다.
전체적으로 볼 때, 도 3 내지 도 5에 제시한 데이터는, 활성탄 물질을 소정의 정도까지 대량의 금속 산화물로 관능화하는 것이 유익하지만, 이러한 소정의 정도를 초과하는 증가로 인해 성능이 저하되거나 적어도 최소 성능 개선을 야기할 수 있음을 나타낸다.
도 3 내지 도 5에 제시한 결과는, 관심을 갖는 연기 성분을 함유하는 가스가 관능화된 활성탄 물질에 걸쳐 전달된 실험 테스트 시스템으로부터 얻은 것이다. 흡연 물품에 있어서 관능화된 활성탄 물질(5% MgO 및 5% CaO)의 효과도 평가하였다.
간략하게, 수제 궐련을 말았다. 궐련은 27mm 길이의 필터 부분을 포함하였다. 궐련들의 한 세트에 있어서, 전체 27mm 길이의 필터 부분은 초산 셀룰로오스 토우(화이트)로부터 형성하였다. 다른 궐련들에서, 필터는, 초산 셀룰로오스 토우로부터 형성된 18mm 마우스 말단 부분, 활성탄 물질로 채워진 3mm 중심 공동, 및 초산 셀룰로오스 토우로부터 형성된 인접하는 6mm 로드 말단 부분을 포함하였다. 3mm 중심 공동을 (i) 활성탄 과립(GCN), (ii) 활성탄 섬유(ACFK20), (iii) MgO-관능화된 활성탄 섬유(MgO/ACF), 또는 (iv) CaO-관능화된 활성탄 섬유(CaO/ACF)로 채웠다. 궐련들을 흡연 장치 내에 두고 헬스 캐나다(Health Canada) 표준에 따라 테스트하였다.
아래의 표 2는, 궐련, 흡착제, 및 흡인 저항(RTD)에 관한 정보를 제공하고 있다. 도 6과 도 7은, 벤젠과 아세트알데히드의 흡착에 대한 다양한 필터 물질들의 효과를 보여주고 있다.
흡인 저항과 궐련 필터 성분 실험
궐련명 흡착제 (mg) RTD (mm H 2 O)
화이트(White) - 100
CaO/ACF 30 114
MgO/ACF 30 114
ACFK20 30 111
GCN 60 110
표 2에 도시한 바와 같이, 활성탄 물질 또는 관능화된 활성탄 물질을 갖는 필터들을 구비하는 궐련들은, 흡인 저항에 악영향을 끼치지 않으며 약간의 증가만이 관찰되는 방식으로 형성될 수 있다.
도 6과 도 7은, 전체 필터 길이가 아세트알데히드(도 6)와 벤젠(도 7)에 대한 초산 셀룰로오스 토우로 이루어진 "화이트" 궐련 구조에 대한 % 감소를 도시한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 필터에 있어서 금속-산화물로 관능화된 물질을 함유하는 궐련들은, MgO-관능화된 물질보다 약간 나은 성능을 나타내는 CaO-관능화된 물질로 비관능화된 활성탄보다 주류연의 아세트알데히드를 감소시키는 데 효과적이었다. 활성탄 섬유들이, 비관능화된 과립형 활성탄을 두 배 더 사용함에도 불구하고 비관능화된 과립형 활성탄보다 나은 성능을 나타냈다는 점은 주목할만하다. 유사한 경향을 아크롤레인(acroleine)에서도 볼 수 있었지만, 감소가 더 되었다(예를 들어, 데이터로 도시하지는 않았지만, CaO/ACF인 경우 약 55% 감소). 포름알데히드 수준에 있어서, MgO/ACF는 ACFK20보다 나은 성능을 나타낸 한편, CaO는 ACFK20과 유사한 성능을 나타내었다(데이터는 미도시함). 모든 경우에, 비관능화된 활성탄 섬유들은 비관능화된 활성탄 과립들보다 뛰어난 성능을 나타내었다.
도 7에 도시한 바와 같이, 금속 산화물-관능화된 활성탄 섬유들은 벤젠 수준을 비관능화된 활성탄 섬유들과 대략 동일한 정도까지 감소시켰다. 도 6과 비교해 볼 때, 도 7에 제시한 결과는, 아세트알데히드(및 또한 다른 알데히드)를 포획하는 금속 산화물 관능화된 활성탄 물질의 선택적 능력을 나타낸다.
10: 흡연 물품
20: 로드
30: 마우스 말단 필터 부위
40: 궐련 페이퍼
50: 티핑 페이퍼
50: 플러그 랩
70: 필터 부위들

Claims (15)

  1. 담배 기재; 및
    상기 담배 기재의 하나 이상의 성분을 포획하기 위한 필터를 포함하는 흡연 물품으로,
    여기서 상기 필터는 금속 산화물로 관능화된 활성탄 물질을 포함하고 있고, 여기서 상기 금속 산화물은 MgO 및 CaO로 이루어진 군에서 선택되는 II족 금속 산화물이고, 상기 금속 산화물로 관능화된 활성탄 물질은 활성탄 출발물질의 BET 표면적보다 적어도 200m2/g 작은 BET 표면적을 가지는, 흡연 물품.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속 산화물은 1중량% 내지 20중량%으로 상기 활성탄에 존재하는 것인, 흡연 물품.
  5. 제1항에 있어서, 상기 활성탄 물질은 1000m2/g 내지 2100 m2/g 의 BET 표면적을 갖는 기공 물질인, 흡연 물품.
  6. 제1항에 있어서, 상기 활성탄 물질은 활성탄 섬유를 포함하는, 흡연 물품.
  7. 제1항에 있어서, 상기 관능화된 활성탄 물질은 5w/w% 이상 20w/w% 미만의 아세트알데히드에 대한 흡수 용량을 갖는, 흡연 물품.
  8. 흡연 물품에 사용하기 위한 필터로,
    금속 산화물로 관능화된 활성탄 물질을 포함하고, 여기서 상기 금속 산화물은 MgO 및 CaO로 이루어진 군에서 선택되는 II족 금속 산화물이고, 여기서 상기 금속 산화물로 관능화된 활성탄 물질은, 활성탄 출발물질의 BET 표면적보다 적어도 200m2/g 작은 BET 표면적을 가지는, 필터.
  9. 흡연 물품의 필터에 사용하기 위한 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질을 제조하는 방법으로,
    활성탄 물질을 II족 금속 산화물 또는 그 전구체와 접촉시키는 단계; 및
    상기 활성탄 물질을 상기 금속 산화물 또는 그 전구체와 가열해서 상기 활성탄을 상기 금속 산화물로 관능화시키고, 상기 금속 산화물-관능화된 활성탄 물질로서, 상기 활성탄 출발물질의 BET 표면적보다 적어도 200m2/g 작은 BET 표면적을 가지는 활성탄 물질을 생산하는 단계를 포함하고,
    상기 II족 금속 산화물이 MgO 또는 CaO이거나, 상기 전구체가 MgO 또는 CaO를 생산하도록 구성된 것인, 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서, 상기 금속 산화물 전구체는 Mg(NO3)2, Ca(NO3)2, 또는 그 수화물인 것인, 방법.
  12. 제9항 또는 제11항에 있어서, 상기 가열하는 단계는 300℃ 내지 500℃의 온도로 가열하는 것을 포함하는, 방법.
  13. 제9항 또는 제11항에 있어서, 상기 활성탄 물질은 1000m2/g 내지 2100 m2/g 의 BET 표면적을 갖는 기공 물질인, 방법.
  14. 제9항 또는 제11항에 있어서, 상기 관능화된 활성탄 물질을 흡연 물품용 필터 내에 포함시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 하나 이상의 연기 성분을 포획하는 방법으로,
    MgO 및 CaO로 이루어진 군에서 선택되는 II족 금속 산화물로 관능화된 활성탄 물질을 포함하는 필터 요소를 제공하고, 상기 금속산화물로 관능화된 활성탄 물질은, 활성탄 출발물질의 BET 표면적보다 적어도 200m2/g 작은 BET 표면적을 가지는 단계; 및
    알데히드를 포함하는 가스 스트림을 상기 필터 요소를 통과하게 하여 상기 알데히드의 적어도 일부를 포획하는 단계를 포함하고,
    여기서 상기 관능화된 활성탄 물질은 비관능화된 활성탄에 비해 상기 알데히드를 더 많이 포획하는 것인, 방법.
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