KR20050057138A - 끽연용 필터 - Google Patents

Abstract

끽연용 필터에 있어서, 여과재와, 상기 여과재 또는 상기 여과재 주변을 가열하는 수단을 구비하는 끽연용 필터.

Description

끽연용 필터{FILTER FOR SMOKING}

본 발명은 끽연용 필터에 관한 것이다.

종래, 담배연기중의 유해물질을 제거하기 위해서, 궐련용 필터에 각종 흡착제나 개질제를 첨가하는 것이 제안되어 있다.

그러나, 예컨대 벤조피렌 등의 고비점 성분은 입자와 동일한 거동을 하기 때문에, 종래의 담배 필터를 사용해서는 고비점 성분을 선택적으로 제거하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.

예컨대, 일본국 특개소60-110333호 공보에는, 남조(藍藻)스피루리나를 담지한 아세테이트 섬유로 만들어진 담배 필터가 개시되어 있다. 이 공보에서는, 남조스피루리나를 담지한 필터가 제공된 파이프에 담배의 연기를 통과시켜, 남조스피루리나를 담지하지 않은 필터에 대하여 상대적인 흡착제거율을 결정하였다. 그 제거율은 니코틴 42.4%, 타르 53.2%, 3,4-벤조피렌 75.1%이다.

또한, 일본국 특개소62-79766호 공보에는, 말굽버섯(Fomes annosus)/영지버섯(Ganoderma lucidum) 혼합물의 면상체 또는 운지버섯(Coriolus versicolor) 분체/면상체를 담지한 시트상 담체를 감는 것에 의해 제조되는 담배 필터가 제안되어 있다. 이 공보에는, 각 필터에 의한 3,4-벤조피렌의 제거율이 각각 62%, 35%인 것으로 기재되어 있다.

그러나, 상기 예시된 종래의 담배 필터들은, 담배연기로부터 고비점 성분들을 충분히 제거할 수 없다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 끽연용 필터에 궐련을 부착한 상태를 나타낸 도면.

도 2는 자동끽연실험의 기기구성을 나타낸 도면.

도 3은 필터온도와, 각 성분의 유출량과의 관계를 나타낸 도면.

도 4는 필터온도와, 니코틴 대 타르의 유출량의 비율(N/T 비)과의 관계를 나타낸 도면.

도 5는 필터온도와, 각 성분의 투과율과의 관계를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 끽연용 필터에 다른 궐련을 부착한 상태를 나타낸 도면.

도 7은 각 연기성분의 증기압과 그 투과율과의 관계를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 끽연용 필터에 인산지르코늄을 첨가한 상태를 나타낸 도면.

도 9는 인산지르코늄을 첨가 및 미첨가한 끽연용 필터를 통과한 니코틴 및 방향족 아민류의 유출량을 나타낸 도면.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 끽연용 필터를 2단계 방식으로 온도제어한 상태를 나타낸 도면.

도 11은 각각 1단계 및 2단계에서 온도제어한 끽연용 필터를 통과한 니코틴 및 방향족 아민류의 유출량을 나타낸 도면.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 끽연용 필터에 궐련을 부착한 상태를 나타낸 도면이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 끽연용 필터(1)의 내부에, 고효율필터(2)로서 HEPA필터(High Efficiency Particulate Air Filter) 및 고효율필터(2) 주위에 설치된 히터(3)가 배치되어 있다. 이 끽연용 필터(1)의 선단에 궐련(10)이 부착된다. 끽연시에는 히터(3)에 의해 고효율필터(2)가 가열된다.

이하, 도 2에 나타난 기기구성으로 자동끽연실험을 행하였다. 도 2에 나타난 바와 같이, 도 1의 끽연용 필터(1)의 후단에, 22℃로 설정된 쿨러(20) 및 캠브리지필터(30)를 설치하고, 자동끽연장치(40)를 시스템에 연결하였다. 궐련(10)으로서 양쪽 절단(untipped) 궐련을 끽연용 필터(1)에 부착하였다. 특정조건 하에서, 고효율필터의 온도를 22℃(비가열)~300℃ 사이의 범위 내에서 여러가지의 온도로 설정하여 자동끽연을 행하였다. 필터온도는, 6분간(6퍼프)의 자동끽연중에 일정하게 유지하였다.

도 3은, 필터온도와, 타르(Tar), 니코틴(Nic), 벤조[a]피렌(BaP) 및 방향족 아민류(Aas)의 유출량과의 관계를 나타낸다. 또, 도면중의 "블랭크(blank)"는 HEPA필터를 제거하고 22℃에서 자동끽연을 행했을 때의 결과이다. 또한, H22 등의 표시는, 고효율필터(HEPA필터)의 설정온도를 나타내고 있다.

도 3으로부터, 고효율필터의 온도가 22℃인 경우, 각 성분의 유출량은 적지만, 고효율필터의 온도상승에 따라 각 성분의 유출량이 증가하고 있다는 것을 알 수 있다. 이 실험 데이터는 고효율필터의 특성, 즉 입자는 실질적으로 100% 제거하지만, 일부의 증기성분을 제외하고는 거의 모든 증기성분의 투과를 허용한다는 특성을 반영한다. 타르, 니코틴, 벤조[a]피렌 및 방향족 아민류 각각은 온도상승에 따라서 증발량이 증가하므로, 이들 성분 각각의 유출량이 증가한다. 담배연기중의 성분마다 증발온도가 다르기 때문에, 필요한 성분은 증발될 수 있지만 고비점 성분은 증발되지 않을 정도로 적절하게 고효율필터를 가열하면, 고비점 성분을 선택적으로 제거할 수 있다는 것을 알 수 있다.

도 4는, 필터온도와, 니코틴 대 타르의 유출량의 비율(N/T 비)과의 관계를 나타낸다. 타르에는 수천 종의 성분이 포함되어 있고, 이들 각 성분들은 증발온도에 있어 서로 다르다. 이 때문에, 타르와 니코틴은, 온도에 의한 유출량이 서로 다르다. 도 4로부터 명백한 바와 같이, N/T 비는 필터온도를 125℃로 설정한 경우에 가장 높고, 블랭크 경우의 N/T 비와 비교하여 약 8배 높았다.

달리 말하자면, 여과재를 가열하여 타르중의 비휘발성 성분을 여과하는 것에 의해, 니코틴 비점 이하의 비점을 갖고, 담배 향/또는 맛에 기여하는 필요 성분을 선택적으로 투과시키는 것이 가능하다.

도 5는, 필터온도와, 담배 연기의 각 성분의 투과율과의 관계를 나타낸다. 도 5에서, 타르(Tar), 니코틴(Nic), 벤조[a]피렌(BaP) 및 방향족 아민류(Aas)의 투과율은, 블랭크에서의 투과율을 1로 한 것에 대한 상대값으로 나타내어져 있다. 니코틴은 22℃에서는 거의 투과되지 않지만, 100℃에서 약 0.2, 125℃에서 약 0.5, 200℃에서는 약 0.8로 니코틴의 투과율이 증가하는데, 이는 온도에 따른 투과율의 현저한 증가를 보여준다. HEPA 필터의 온도가 200℃ 이상인 경우, HEPA필터에서 니코틴이 검출되지 않는데, 이는, 거의 전량의 니코틴이 HEPA필터를 투과하는 것으로 해석될 수 있다. 그러나, 투과한 니코틴의 일부는 배관 등에 부착되어 손실될 수 있고, 그 결과 200℃ 이상에서는 투과율이 약 0.8로 된다고 여겨진다. 또한, 타르, 벤조[a]피렌 및 방향족 아민류의 투과율 값이 300℃에서도 1에 이르지 못한 것은, 그 불충분한 증발 및 배관에의 부착으로 인한 손실에 의한 것이라 여겨진다. 필터온도를 125~150℃로 설정하면, 끽연상 바람직하지 않은 벤조[a]피렌이나 방향족 아민류를 거의 투과시키지 않으면서도, 니코틴 비점 이하의 비점을 갖고, 담배 향 및/또는 맛에 기여하는 필요 성분을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 또한, 필터온도가 100~200℃의 범위에서 설정된다면, 상기와 같은 선택투과의 효과를 얻을 수 있다.

또, 이상의 실험에서는 1퍼프로부터 6퍼프까지에 걸쳐 필터온도를 일정하게 제어하였지만, 각 퍼프시 단지 짧은 시간 동안만 필터를 소정 온도(예컨대 125℃)로 가열하도록 하여도 유사한 효과가 얻어질 수 있다고 여겨진다.

다음은, 도 1에 나타난 바와 같이 끽연용 필터(1)에 양쪽 절단 궐련(10)을 부착한 구성과, 도 6에 나타난 바와 같이 끽연용 필터(1)에 챠콜필터(11a)를 갖는 궐련(11)을 부착한 구성이다. 각각의 구성에서, 고효율여과재(high efficiency filter medium)를 200℃로 가열하여 1퍼프하고, 투과한 담배연기를 채취하였다. 채취한 담배연기를 GC/MS로 분석하고, 각 증기성분에 대하여 증기압과 투과율과의 관계를 조사하였다. 그 결과를 도 7에 나타낸다.

고효율여과재의 전단에 챠콜필터가 없는 경우에는, 증기압이 높은 성분이 높은 투과율을 보이는 경향이 관찰되었다. 반면, 고효율여과재의 전단에 챠콜필터가 있는 경우에는, 니코틴의 투과율이 전자와 실질적으로 같다는 것에도 불구하고, 증기압이 높은 성분을 선택적으로 여과할 수 있다는 것을 알 수 있다. 요컨대, 본 발명에서 정의된 가열수단을 구비한 끽연물품을 챠콜로 대표되는 흡착제/첨가제와 조합하여 사용하는 경우에는, 입자상 성분과 증기상 성분 양자 모두의 제어가 가능하게 되는 것으로 나타났다.

도 7에서는 투과율이 1 이상인 것은 확인되지 않는다. 이는, 고효율여과재를 200℃로 가열하여도, 가열반응에 의해 생성하는 특이적 성분은 이 측정범위 내에 있어서 존재하지 않는다는 것을 뒷받침한다.

다음으로, 층상 인산염인 인산지르코늄(4)(다이이치 키젠소 가가쿠고교(주)제, CPZ-100)을 2매의 HEPA필터(2) 사이에 끼워 넣도록 장전하였다. 그 다음에, 도 2에 나타난 기기구성을 사용하여, HEPA 필터의 온도를 200℃로 설정하여 자동끽연실험을 행하였다.

도 9는 인산지르코늄을 첨가한 HEPA 필터를 통과한 니코틴과 방향족 아민류의 유출량을, 인산지르코늄을 미첨가한 경우와 비교하여 나타낸다. 도 9는, 인산지르코늄을 HEPA필터에 첨가하므로써, 투과율을 실질적으로 변화시키지 않으면서도 방향족 아민류를 선택적으로 제거할 수 있다는 것을 뒷받침한다. 또한, 고온에서 효과적으로 작용하는 산화촉매를 HEPA필터에 첨가하고, 여기에서 끽연상 바람직하지 않은 일산화탄소가 이산화탄소로 변환되도록 하는 것과 같은 이용법도 고려될 수 있다.

도 10은 고효율필터(2)와 그 주위를 둘러싼 히터(3,5)를 갖는 끽연용 필터를 2개 설치한 경우의 실시예를 나타낸다. 여기에서는 상류의 필터온도를 상대적으로 고온(200℃), 하류의 필터온도를 상대적으로 저온(100℃)으로 설정하였다. 이 경우, 상류의 필터는, 니코틴 비점 이하의 비점을 갖고, 담배 향 및/또는 맛에 기여하는 필요 성분을, 고비점 성분에 대해서 선택적으로 투과시키는 작용을 하고, 하류의 필터는 상류의 필터를 투과한 일부 고비점 성분을 선택적으로 응축시키는 작용을 한다.

도 11은, 2단으로 온도제어한 경우의 끽연용 필터를 통과한 니코틴 및 방향족 아민류의 유출량을, 니코틴의 유출량이 방향족 아민류와 거의 같은 150℃에서의 1단 온도제어에 의한 결과(H150)와 비교하여 나타낸다. 도 11은, 니코틴 유출량의 실질적인 변화없이도, 하류 필터에서의 고비점 성분의 선택적인 응축에 의해, 2단 온도제어가 방향족 아민류의 유출량을 억제할 수 있다는 것을 보여준다. 이상의 결과는, 다단의 온도제어에 의한 연기성분 제어의 유효성을 나타낸다.

본 발명의 일태양에 의하면, 끽연용 필터에 있어서, 여과재와, 상기 여과재 또는 상기 여과재 주변을 가열하는 수단을 구비한 끽연용 필터가 제공된다.

본 발명에 있어서, 여과재 주변을 가열하는 상기 수단으로는, 여과재를 직접 가열하는 것은 아니고, 예컨대 칩페이퍼로 싸여진 여과재를 밖으로부터 간접적으로 가열하는 끽연물품(궐련홀더)을 포함한다.

본 발명의 끽연용 필터에 있어서는, 상기 여과재가 내열성 섬유로 이루어진 것이 바람직하다. 내열성 섬유로 이루어진 필터는, 300℃정도까지 가열해도 변성되지 않는 정도의 열 안정성을 보이는 것이 바람직하다.

본 발명의 끽연용 필터에 있어서는, 상기 여과재가. 입자를 실질적으로 100% 제거할 수 있는 고효율필터(high efficiency filter)인 것이 바람직하다. 용어 "고효율필터"는, 담배연기중의 입자성분을 실질적으로 100% 제거하고, 증기성분을 실질적으로 완전히 통과시킬 수 있는 필터를 말한다. 고효율필터의 섬유지름 및 통기저항은 통상의 여과재와 실질적으로 같을 수 있다. 보다 구체적으로는, 섬유지름이 서브미크론~수십 미크론, 통기저항이 200mmH₂O 이하인 고효율필터가 바람직하다.

또한, 본 발명에서는, 가열에 의해 연기의 기액분배를 변경하도록 여과가 수행되는 것에 특징이 있으므로, 가열된 연기를 가열하지 않은 여과재에 통과시켜도 동일한 효과를 기대할 수 있다는 점에 주목해야 한다. 따라서, 여과재를 통과하기 전에 연기를 가열하여 기액분배를 변경한 후에, 연기를 여과재에 통과시킬 수도 있다. 보다 구체적으로는, 연소콘(cone)의 바로 뒤쪽에 고효율필터를 배치할 수 있다. 예컨대 에어즈(등록상표)와 같은 에어로졸 궐련의 경우, 연기 생성위치가 변화하지 않으므로, 그 연기 생성위치 직후에 고효율필터를 배치하면 충분하다. 또한, 저연소성 권지와 고효율필터를 조합시키면 자연연소속도가 낮아지므로, 단권부를 충분히 짧게 하여 여과재를 배치할 수 있다.

본 발명의 끽연용 필터에 있어서 사용되는 가열수단은, 100~200℃의 범위에서 여과재의 온도제어가 가능한 것이 바람직하다. 또한, 필터온도는 200℃ 및 100℃와 같이, 2단계 방식으로 제어될 수도 있다. 본 발명의 끽연용 필터는, 냉각부를 더 가질 수도 있다. 또한, 본 발명의 끽연용 필터는, 흡착제로서 챠콜, 층상 인산염 및 그 밖의 첨가제들과 더 병용할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 담배 향 및/또는 맛에 기여하는 필요 성분은 증발시키지만 고비점 성분은 증발시키지 않을 정도의 열을 부여하는 것에 의해, 고비점 성분을 선택적으로 여과할 수 있다.

이상의 설명에서는, 담배연기중의 입자성분을 실질적으로 100% 제거하고, 증기성분을 실질적으로 완전히 투과시킬 수 있는 고효율여과재(HEPA필터)를 가열하는 경우를 다루었다. 하지만, 벤조[a]피렌 및 방향족 아민과 같이 바람직하지 않은 성분의 약 50%를 제거할 수 있는 반면, 니코틴 비점 이하의 비점을 갖고, 담배 향 및/또는 맛에 기여하는 거의 모든 성분들은 투과시킨다고 여겨질 수 있다.

Claims (8)

1. 끽연용 필터에 있어서, 여과재와, 상기 여과재 또는 상기 여과재 주변을 가열하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 끽연용 필터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 여과재가 내열성 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 끽연용 필터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 여과재가, 입자를 실질적으로 100% 제거할 수 있는 고효율필터인 것을 특징으로 하는 끽연용 필터.
4. 제 1항에 있어서, 상기 가열수단은, 100~200℃의 범위에서 온도제어가 가능한 것을 특징으로 하는 끽연용 필터.
5. 제 1항에 있어서, 상기 가열수단은 100~200℃의 범위에서 2단계 이상으로 온도제어가 가능한 것을 특징으로 하는 끽연용 필터.
6. 제 1항에 있어서, 냉각부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 끽연용 필터.
7. 제 1항에 있어서, 챠콜필터를 더 병용한 것을 특징으로 하는 끽연용 필터.
8. 제 1항에 있어서, 상기 여과재가, 흡착제로서 층상 인산염을 함유하는 것을 특징으로 하는 끽연용 필터.