KR20080059566A - 담배 필터 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20080059566A
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올드리치 지르삭
필립 사네트르닉
온드레이 노바크
파벨 포코르니
라디슬라브 마레스
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엘마르코 에스.알.오.
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Abstract

본 발명은 마이크로파이버(21)의 사이에 0.5 내지 10중량%의 폴리머 나노파이버를 함유하는 담배 필터에 관한 것이다. 마이크로파이버(21)를 함유하는 담배 필터의 제조시, 나노파이버(22) 또는 평면 나노파이버 직물의 절단편(23)은 최소 90중량%의 마이크로파이버(21)에 의해 형성된 담배 필터 제조용으로 지정된 구조체의 표면으로 이동되어 그 구조체의 표면 및/또는 체적 내에 0.5 내지 10중량%의 양만큼 침착된다.
담배, 필터, 마이크로파이버, 나노파이버

Description

담배 필터 및 그 제조방법{CIGARETTE FILTER AND METHOD OF ITS MANUFACTURING}
본 발명은 마이크로파이버(microfibre)를 함유하는 담배 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
담배 필터의 기능은 담배 연기 중의 건강에 해로운 성분, 특히 담배 종이의 불완전 연소 시에 발생되는 유기성분을 포획하는 것이다. 필터는 대부분 여과지 또는 더 정확하게는 크랩지(crepe papers) 또는 파이버 케이블 또는 평행사(parallel yarns or threads)가 주성분인 계(systems)로 제조되고, 모든 재료는 담배의 맛에 최소의 영향을 주는 재료로 된 마이크로파이버(예, 셀룰로오스 아세테이트)로 제조된다. 동시에, 케이블의 재료 및 구조뿐 아니라 필터의 나머지 부분은 필터의 양단부 사이에 뚜렷한 압력 구배를 야기시키지 않아야 한다. 필터의 양단부 사이에 뚜렷한 압력 구배는 소비자의 관점에서 결정적으로 부정적인 영향을 준다.
일반적인 경향은 담배 연기 중의 건강에 해로운 성분의 분리 효율을 증대시킴으로써 흡연에 관련된 건강상의 위험을 감소시키는 것이다. 분리 효율을 증대시키는 한 가지 방법은 담배 필터의 흡착특성을 변화시키는 것으로서, 이것은 담배 필터의 구조상의 상당한 변화 및 분할된 담배 필터의 생산으로 이어진다. 이들은 셀룰로오스 아세테이트 케이블의 절단편 또는 여과지의 절단편으로 제조된 필터로서, 이들 절단편 사이에는 예를 들면 활성탄소입자와 같은 흡착특성이 우수한 물질을 함유하는 흡착부재가 배치된다. 그러나, 담배필터의 구조 변화에 기인되어 압력손실이 비교적 커지고, 담배 필터의 제조 비용이 증대된다.
국제특허출원 제WO 2005/009150호 및 유사한 미국특허출원 제US2005/139223호로부터 필터 전체가 나노파이버로 형성된 담배 필터가 공지되어 있다. 상기 필터는 비표면적이 매우 넓으므로 흡착특성 및 여과특성이 매우 양호하다. 그러나, 비용이 고가이므로 실제의 사용이 곤란하다는 문제가 있다. 상기 특허출원에는 나노파이버의 특성에 대한 지식에 기초하여 담배 필터의 압력손실이 낮은 것으로 기재되어 있으나, 이와 같은 주장에 동의할 수 없고, 반대로 나노파이버로 형성된 담배 필터의 압력손실이 높을 것으로 추측된다. 상기 국제특허출원 제WO 2005/009150호에는 또 필터의 길이의 일부 또는 직경의 일부가 나노파이버로 형성된 담배 필터가 기재되어 있다. 그러나, 이와 같은 조치는 전술한 결점의 일부만을 제거할 뿐이다.
본 발명의 목적은 종래기술의 결점이 제거되고, 흡착특성 및 여과특성이 향상되고, 동시에 가격의 상승이 낮은 담배 필터를 제공하는 것이다.
발명의 원리
상기 본 발명의 목적은 본 발명에 따른 마이크로파이버를 함유하는 담배 필터에 의해 달성된다. 본 발명의 원리는 마이크로파이버의 사이에 배치된 0.5 내지 10중량%의 폴리머 나노파이버를 함유하는 것으로 구성되고, 청구항 2에 따르면 상기 나노파이버는 담배 필터의 전체 체적 내에서 마이크로파이버의 사이에 균일하게 배치되는 것이 유리하다. 상기 마이크로파이버의 사이에 배치된 나노파이버는 필터의 비표면을 실질적으로 증대시키고, 동시에 필터의 총중량에 대한 나노파이버의 비율이 낮고 마이크로파이버의 사이에 나노파이버가 배치되어 있으므로 필터의 압력손실의 증가를 최소화한다.
담배 필터 내의 나노파이버의 최적 함량은 0.5 내지 3.0중량%의 범위이다.
마이크로파이버는 직선형 또는 평면형 구조체 내에 배치되고, 상기 구조체 사이에 형성된 공간, 또는 더 정확하게는 주성분으로서 최소 90%의 마이크로파이버를 함유하는 구조체의 사이에 형성된 공간, 또는 더 정확하게는 마이크로파이버의 사이에 형성된 공간은 청구항 4에 따라 나노파이버에 의해 형성된 직선형 또는 평면형 직물 구조체로 채워진다. 나노파이버로 형성된 상기 직물 구조체는 마이크로파이버에 의해 생성된 직물 구조체의 표면 상에 직접 배치되고, 나노파이버에 의해 형성된 직물 구조체의 특징적인 치수는 5 mm를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
마이크로파이버 및 나노파이버에 의해 생성된 직선형 및 평면형 구조체를 결합하면 일반적으로 중량% 단위로 변화하는 비교적 낮은 함량의 나노파이버를 함유하는 필터 물질의 비표면적이 상대적으로 커지고, 동시에 마이크로파이버의 함량이 높으므로 전체를 마이크로파이버만으로 형성한 담배 필터와 거의 동일한 압력구배를 유지할 수 있다는 이점이 있다.
청구항 7에 따라, 특히 제조상의 이유 즉 나노파이버 직물의 제조와 필터 자체의 제조의 분리로 인해, 나노파이버에 의해 생성된 직물 구조체는 최대 치수가 5 × 5 mm인 평면형 나노파이버 직물의 절단편인 것이 유리하다.
본 발명에 따라 담배 필터의 유리한 실시예 중의 하나에서, 나노파이버, 즉 평면형 나노파이버 직물의 절단편은 최소 90중량%의 마이크로파이버를 함유하는 크랩지의 표면상에 가해지고, 다음에 크랩지는 원통형으로 감겨져서 담배 필터를 형성한다.
청구항 9 및 청구항 10에 따른 담배 필터의 실시예에서, 나노파이버 또는 나노파이버에 의해 형성된 평면형 직물 구조체의 절단편은 담배 필터의 본체를 형성하는 마이크로파이버에 의해 형성된 직선형 직물 구조체의 표면 및/또는 내부에 가해지고, 나노파이버에 의해 형성된 직선형 직물 구조체는 마이크로파이버 케이블 또는 마이크로파이버 사에 의해 표현되는 장점을 가진다.
본 발명에 따른 담배 필터의 제조방법에 따르면, 나노파이버 또는 나노파이버에 의해 형성된 평면형 직물 구조체의 절단편이 최소 90%의 마이크로파이버에 의해 생성된 담배 필터의 제조를 위해 지정된 구조체의 표면까지 이동되어 그 구조체의 표면상 또는 그 구조체의 내면에 0.5 내지 10중량%의 양만큼 침착되고, 그 후 나노파이버를 구비하는 상기 구조체는 감기거나 기타 방법에 의해 원통형으로 가공되어 담배 필터를 형성한다.
상기 담배 필터의 제조시, 나노파이버의 양은 0.5 내지 3.0중량%의 범위인 것이 유리하다.
다른 유리한 방법은 나노파이버 또는 나노파이버의 평면형 직물의 절단편을 크랩지의 표면상에 적층한 다음 상기 크랩지를 감아서 담배 필터를 형성하는 것이다.
본 발명에 따른 담배 필터의 제조방법의 다른 유리한 실시예는 나노파이버 또는 평면형 나노파이버 직물의 절단편을 평면형 직물 구조체의 표면 및/또는 체적 내에 침착한 다음 상기 평면형 직물 구조체를 원통형으로 형성하여 담배 필터를 형성하는 것이다.
본 발명에 따른 담배 필터의 제조방법의 다른 유리한 실시예는 나노파이버 또는 평면형 나노파이버 직물의 절단편을 직선형 직물 구조체의 표면 및/또는 체적 내에 침착하는 것이다.
본 발명에 따른 담배 필터의 실시예는 첨부된 도면에 개략적으로 도시되어 있다.
도 1은 필터를 구비한 담배를 도시한 도면,
도 2는 마이크로파이버 중에서 나노파이버를 구비한 마이크로파이버 케이블로 구성된 담배 필터의 종단면도,
도 3은 마이크로파이버 중에서 나노파이버 직물의 절단편(shreds)을 구비한 마이크로파이버 케이블로 구성된 담배 필터의 종단면도,
도 4는 나노파이버가 개재된 마이크로파이버 사로 제조된 담배 필터의 종단면도,
도 5는 나노파이버 직물의 단편이 개재된 마이크로파이버 사로 제조된 담배 필터의 종단면도,
도 6은 크랩지로 제조된 담배 필터를 도시한 도면,
도 7은 표면상에 나노파이버를 구비하는 마이크로파이버를 함유하는 크랩지로 제조된 담배 필터의 종단면도, 및
도 8은 나노파이버 섬유의 단편이 층간에 개재된 크랩지로 제조된 담배 필터의 종단면도이다.
도 1에 도시된 담배에서, 담배 필터(2)는 관형상 본체를 구비하고, 이 관형상 본체의 제1면은 담배의 관형상 부분(3)에 부착되고, 제2면은 자유단부이다. 전술한 배경 기술란으로부터, 담배 필터의 관형상 본체는 파이버 케이블 또는 파이버 케이블이 주요 평행 배열 파이버, 즉 주요 평행 배열 사(parallel threads or yarns)인 계(system)로 형성되고, 파이버 또는 평행 배열 사는 필터의 연기 유동방향에 평행하게 위치되는 것이 공지되어 있다. 상기 파이버는 직경이 1 내지 40마이크로미터인 파이버로 형성되므로 이하 마이크로파이버(21)라 칭한다. 본 발명에 따르면, 이들 마이크로파이버(21) 중에 나노파이버(22)가 최대 10중량% 만큼 개재되어 있다. 동시에 마이크로파이버(21) 중의 나노파이버(22)는 담배 필터(2)의 전체 체적 내에 균일하게 배치되는 것이 유리하다.
전술한 실시예에 따른 담배 필터(2)는 공지의 담배 필터에 비해 비표면(specific surface)이 더 크므로, 마이크로파이버에 의해서만 발휘되는 여과특성 및 흡착특성도 공지의 담배 필터에 비해 더 크다. 이것은 예를 들면 직경이 20 마이크로미터인 마이크로파이버(21) 99 중량%와 직경이 0.2 마이크로미터(200 nm)인 나노파이버(22) 1 중량%의 혼합체는 마이크로파이버(21)만을 사용했을 때에 비해 2배의 비표면을 가짐과 동시에 필터(2)의 제조시 기공의 치수를 조절함으로써 총 압력구배의 5% 미만의 값까지 사용시의 압력손실(pressure loss)을 비교적 작은 값으로 줄일 수 있기 때문이다.
이하, 마이크로파이버 및 나노파이버의 혼합체로 형성된 담배 필터로서, 양 성분의 비율이 서로 다르고, 양 성분의 배열이 다르고, 제조방법이 다른 담배 필터에 대해 설명한다.
도 2에 따른 담배 필터(2)는 마이크로파이버 케이블로 형성되고, 상기 마이크로파이버(21) 사이에 나노파이버(22)가 개재되어 있다. 도시되지 않은 실시예에서, 상기 마이크로파이버 케이블은 마이크로파이버 케이블 소편(cablets)의 계로 형성될 수 있고, 개개의 케이블 소편으로 구성된 마이크로파이버(21)의 사이 및 케이블 소편의 사이에 나노파이버(22)가 개재된다.
전술한 실시예에 따른 담배 필터의 제조시, 통상 감긴 상태(즉, 리본 형태)의 담배 필터의 제조용으로 사용되는 마이크로파이버 케이블은 나노파이버의 생산용 연속회전장치, 예를 들면 정전기 회전장치에 의해 기본 재료(base material)로서 안내되고, 그 기본 재료의 상면에 제조된 나노파이버가 침착되고, 공지의 추가의 공정을 통해 담배 필터로 가공되는 생성된 여과재료 내의 나노파이버의 함량은 0.5 내지 3.0중량%의 범위이다.
도 3에 따른 담배 필터(2)는 마이크로파이버 케이블로 형성되고, 상기 마이크로파이버(21) 사이에 치수가 최대 5 × 5 mm인 평면 나노파이버 섬유의 절단편이 개재되어 있다. 도시되지 않은 실시예에서, 담배 필터는 최대 치수가 5 mm인 선형 나노파이버 섬유로 제조될 수 있다.
상기 실시예에 따라 감긴 상태의 마이크로파이버 케이블에 의한 담배 필터의 제조시, 공기의 흐름에 의해 평면 나노파이버 직물의 절단편(23)이 케이블의 마이크로파이버(21) 사이에 포획되고, 예를 들면 감겨진 마이크로파이버 케이블의 후방 공간의 저압(underpressure)에 기인되어 상기 절단편(23)은 감긴 케이블의 내측의 마이크로파이버(21) 사이에 개재되고, 공지의 방법에 따라 관형상의 담배 필터로 형성된다. 제조된 담배 필터 내의 나노파이버(22)의 함량은 0.2 - 2.5 중량%의 범위이다.
도 4 및 도 5에 따른 실시예에서, 담배 필터는 나노파이버 사(nanofibrous threads; 24) 또는 마이크로파이버 사(microfibrous yarns)로 형성되고, 도 4에 따른 실시예에서, 나노파이버(22)가 배치되고, 도 5에 따른 실시예에서, 마이크로파이버 사(24)의 사이에 평면 나노파이버 섬유의 절단편(23)이 배치된다.
도 4에 따른 담배 필터의 제조시, 마이크로파이버 사(24)의 계는 직선상으로 신장되어 평면구조가 되고, 마이크로파이버 사(24)는 하나 이상의 층 내에서 치밀하게 병렬 배치된다. 이 평면구조는 전정기 회전장치를 통과함으로써 공지의 방법에 따라 나노파이버(22)가 부착되는 베이스 재료를 형성한다. 다음에, 나노파이버(22)가 적층된 마이크로파이버 사(24)의 계는 공지의 방법에 따라 관형상의 담배 필터로 형성된다.
도 5에 따른 담배 필터의 제조시, 마이크로파이버 사(24)의 계는 직선상으로 신장되어 평면구조가 되고, 마이크로파이버 사(24)는 하나 이상의 층 내에서 치밀하게 병렬 배치되고, 그 후 치수가 최대 5 × 5 mm인 평면 나노파이버 직물의 절단편은 공기의 흐름에 의해 평면구조가 된다. 다음에, 마이크로파이버 사(24) 중에 나노파이버의 절단편(23)이 배치된 마이크로파이버 사(24)의 계는 공지의 방법에 따라 관형상으로 가공됨으로써 담배 필터(2)를 형성한다.
도 6, 도 7 및 도 8의 실시예에서, 담배 필터는 최소 90중량%의 마이크로파이버로 구성되는 크랩지(crepe paper)로 형성된다. 도 7에 따른 실시예에서, 크랩지(25)의 표면 상에 나노파이버(22)가 적층되어 두께가 불규칙한 층이 형성된다. 도 8에 따른 실시예에서, 크랩지의 표면상에 평면 나노파이버 직물의 절단편(23)이 적층된다. 양 실시예 모두 나노파이버의 함량은 0.8 - 3.5 중량%의 범위이다.
도 7에 따른 담배 필터의 제조시, 크랩지(25)는 공지의 방법에 따라 베이스 재료를 정전기 회전장치에 도입하여 그 상면에 나노파이버(22)를 적층한 다음 원통형으로 감긴다. 다음에, 나노파이버(22)의 층이 적층된 크랩지(25)는 원통형으로 감겨져서 담배 필터(2)가 된다.
도 8에 따른 담배 필터의 제조시, 치수가 5 × 5 mm인 평면 나노파이버 직물의 절단편(23)을 공기류에 의해 감긴 상태의 크랩지(25) 상으로 이동시킨다. 다음에, 절단편(23)을 구비하는 크랩지(25)는 공지의 방법에 따라 원통형으로 감겨져서 담배 필터(2)를 형성한다.
본 발명에 따른 담배 필터(2)에 함유된 나노파이버(22)의 함량은 상기 실시예에 기재된 것보다 더 다량일 수 있다. 담배 필터 및 담배 전체의 생산의 경제에도 불구하고 담배 필터(2) 내의 폴리머 나노파이버(22)의 최대량은 0.5 내지 10 중량%의 범위이다. 나노파이버(22)의 함량이 0.5 중량% 미만이면 담배 필터의 여과특성 및 흡착특성의 개선이 작아지고, 나노파이버(22)의 함량이 10 중량%를 초과하면 필터의 가격이 상당이 비싸진다. 담배 필터(2)의 여과특성 및 흡착특성 및 가격을 고려하면, 담배 필터(2) 내의 나노파이버(22)의 최적의 함량은 0.5 내지 3.0 중량%이다.
본 발명은 전술한 담배 필터 및 그 제조방법의 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 마이크로파이버 및 0.5 내지 10 중량%의 나노파이버의 혼합체를 함유한 담배 필터의 조합 및 추가의 실시예를 포함한다.

Claims (17)

  1. 마이크로파이버를 함유한 담배 필터에 있어서, 상기 마이크로파이버(21) 사이에 0.5 내지 10 중량%의 폴리머 나노파이버(22)를 함유한 것을 특징으로 하는 마이크로파이버를 함유한 담배 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파이버(21) 중에 나노파이버(22)가 담배 필터의 전체 체적 내에서 균일하게 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파이버를 함유한 담배 필터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 담배 필터(2) 내의 나노파이버(22)의 함량은 0.5 내지 3.0 중량%의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파이버를 함유한 담배 필터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서, 상기 나노파이버(22)는 마이크로파이버(21)의 사이, 또는 마이크로파이버에 의해 생성된 형체의 사이, 또는 마이크로파이버(21)를 주성분으로서 적어도 90중량%만큼 함유하는 형체의 사이에 평면형 직물 구조체 및/또는 선형 직물 구조체로 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파이버를 함유한 담배 필터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 나노파이버(22) 및/또는 나노파이버에 의해 형성된 직물 구조체는 마이크로파이버(21)에 의해 생성된 구조체 또는 마이크로파이버(21)를 함유하는 구조체의 표면 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파이버를 함유한 담배 필터.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 나노파이버(22)에 의해 생성된 직물 구조체는 통상 최대 치수가 5 mm인 평면 직물 구조체 및/또는 선형 직물 구조체인 것을 특징으로 하는 마이크로파이버를 함유한 담배 필터.
  7. 제6항에 있어서, 나노파이버(22)에 의해 형성된 직물 구조체는 최대 치수가 5 × 5 mm인 평면 나노파이버 직물의 절단편(23)인 것을 특징으로 하는 마이크로파이버를 함유한 담배 필터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 한 항에 있어서, 상기 나노파이버(22) 또는 평면 나노파이버 직물의 절단편은 최소 90중량%의 마이크로파이버를 함유하는 크랩지(25)의 표면 상에 가해지는 것을 특징으로 하는 마이크로파이버를 함유한 담배 필터.
  9. 제1항 내지 제7항 중 한 항에 있어서, 상기 나노파이버(22) 또는 평면 나노파이버 직물의 절단편(24)은 담배 필터(2)가 생성되는 마이크로파이버(21)에 의해 형성된 평면 직물 구조체의 표면 및/또는 내부에 가해지는 것을 특징으로 하는 마 이크로파이버를 함유한 담배 필터.
  10. 제1항 내지 제9항 중 한 항에 있어서, 상기 나노파이버(22) 또는 절단편(24)은 담배 필터(2)가 생성되는 마이크로파이버(21)에 의해 형성된 직선형 직물 구조체의 표면 및/또는 내부에 가해지는 것을 특징으로 하는 마이크로파이버를 함유한 담배 필터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 직선형 직물 구조체는 마이크로파이버 케이블인 것을 특징으로 하는 마이크로파이버를 함유한 담배 필터.
  12. 제10항에 있어서, 상기 직선형 직물 구조체는 마이크로파이버 사(24)인 것을 특징으로 하는 마이크로파이버를 함유한 담배 필터.
  13. 마이크로파이버를 함유한 담배 필터의 제조방법에 있어서, 표면 나노파이버 직물의 나노파이버(22) 또는 절단편(23)이 적어도 90중량%의 마이크로파이버(21)에 의해 생성된 담배 필터(2)의 제조를 위해 지정된 형체의 표면까지 이동되고, 상기 지정된 형체의 표면 및/또는 체적 내에 0.5 내지 10 중량%의 양만큼 침착되는 것을 특징으로 하는 마이크로파이버를 함유한 담배 필터의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 나노파이버의 양은 0.5 내지 3중량%의 범위인 것을 특징으 로 하는 마이크로파이버를 함유한 담배 필터의 제조방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 담배 필터(2)의 제조용으로 지정된 구조체는 크랩지(25)이고, 이 크랩지는 표면에 상기 평면 나노파이버 직물의 나노파이버(22) 또는 절단편(23)이 가해지고, 그 후 원통형으로 감겨져서 담배 필터(2)를 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로파이버를 함유한 담배 필터의 제조방법.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 담배 필터 제조용으로 지정된 구조체는 마이크로파이버(21)에 의해 형성된 평면 직물 구조체이고, 상기 평면 직물 구조체의 표면 및/또는 체적 내에 나노파이버(22) 또는 상기 평면 나노파이버 직물의 절단편(23)이 침착되고, 그 후 상기 평면 직물 구조체는 원통형으로 감겨져서 담배 필터(2)를 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로파이버를 함유한 담배 필터의 제조방법.
  17. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 담배 필터의 제조용으로 지정된 구조체는 마이크로파이버(21)에 의해 형성된 직선형 직물 구조체이고, 상기 나노파이버(22) 또는 평면 나노파이버 직물의 절단편(23)은 상기 직선형 직물 구조체의 표면 및/또는 체적 내에 침착되는 것을 특징으로 하는 마이크로파이버를 함유한 담배 필터의 제조방법.
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