KR20080079680A - 메조포어 분자체를 주형으로 사용하여 제조된 금속-함유나노선, 및 흡연 물품에서 그들의 용도 - Google Patents

메조포어 분자체를 주형으로 사용하여 제조된 금속-함유나노선, 및 흡연 물품에서 그들의 용도 Download PDF

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자오화 루안
제이 에이. 푸리니에
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필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
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Abstract

금속-함유 나노선의 사용을 포함하는, 절단 필러 조성물, 궐련(2)과 같은 흡연 물품, 궐련 제조 방법 및 궐련 연기 처리방법이 제공된다. 금속-함유 나노선은 담배연기에서, 바람직하게는 선택적 방식으로, 하나 이상의 성분을 제거할 수 있다. 금속-함유 나노선은 임의의 적절한 금속, 금속 산화물 또는 그의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속-함유 나노선은 하나 이상의 전이 금속 또는 란탄족 금속 또는 그의 금속 산화물을 포함한다. 대표적인 금속과 그의 금속 산화물은 철, 구리, 아연, 티타늄, 바나디움, 팔라디움, 코발트, 몰리브덴 및 망간을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 금속-함유 나노선은 (i) 반복된 초기 함침법과 이어지는 순차적 하소를 통해 메조포어 분자체 기질로 하나 이상의 금속-함유 조성물을 적재하여 나노선을 형성하고; 그리고 (ii) 상기 메조포어 분자체 기질을, 예를 들면 수성 NaOH로 추출하여 나노선을 분리하여 생산할 수 있다.
흡연 물품, 메조포어 분자체, 금속-함유 나노선

Description

메조포어 분자체를 주형으로 사용하여 제조된 금속-함유 나노선, 및 흡연 물품에서 그들의 용도{METAL-CONTAINING NANOWIRES PREPARED USING MESOPOROUS MOLECULAR SIEVES AS TEMPLATES, AND THEIR USE IN SMOKING ARTICLES}
본 발명은 메조포어 분자체를 주형으로 사용하여 제조된 금속-함유 나노선, 및 흡연 물품에서 그들의 용도에 관한 것이다.
코튼, 종이, 셀룰로스 및 특정 합성 섬유를 포함하는, 특정 필터 재료는 궐련 필터에 병합되는 것이 제안되어 왔다. 그러나, 이러한 필터 재료는 일반적으로 담배연기에서 오직 미립자(particulate)와 응축성 성분을 제거한다. 따라서, 이들은 일반적으로 담배연기, 예를 들면 휘발성 유기 화합물로 부터 특정 기체 성분을 제거하는데 적절하지 않다. 이런 측면에서, 많은 첨가제가 필터 재료의 성능을 보충하도록 당해 기술 분야에서 제안되어 왔다.
오늘날까지의 개발에도 불구하고, 담배 주류연에서 특정 성분(constituent)을 제거하기 위한 개선되고 더 효율적인 방법 및 조성물의 개발이 관심으로 남아있다. 바람직하게, 이러한 방법과 조성물은 비싸거나 시간을 소비하는 제조 및/또는 공정 단계가 포함되어서는 안된다. 더욱 바람직하게, 이러한 방법과 조성물은 흡연 동안 궐련의 필터 영역 및/또는 궐련의 길이를 따라 하나 이상의 담배 주류연의 성 분을 선택적으로 제거할 수 있어야 한다.
요약
담배연기에서 하나 이상의 성분을 제거할 수 있는 금속-함유 나노선의 사용을 포함하는 절단 필러, 필터와 종이 조성물, 궐련과 같은 흡연 물품 및 궐련과 필터의 제조 방법이 제공된다.
하나의 구현예에서, 담배 및 담배 연기에서 하나 이상의 성분을 제거할 수 있는 금속-함유 나노선이 포함된 절단 필러 조성물이 제공된다.
또 다른 구현예에서, 담배 연기에서 하나 이상의 성분을 제거할 수 있는 금속-함유 나노선이 포함된 흡연 물품이 제공된다. 흡연 물품의 예는, 예를 들면, 궐련, 파이프, 시가 및 비-전통적 궐련 흡연 물품을 포함한다. 금속-함유 나노선은 종이 포장지에 위치하거나/또는 흡연 물품의 필터부에 위치할 수 있는, 절단 필러 내에 분산될 수 있다. 이러한 흡연 물품은 바람직하게 금속-함유 나노선 약 200 mg 이하, 바람직하게 금속-함유 나노선 약 5 mg을 넘는 양을 포함할 수 있다.
흡연 물품을 위한 필터는 단일 필터, 이중 필터, 삼중 필터, 캐비티(cavity) 필터, 오목한 필터 또는 자유-흐름 필터일 수 있다. 금속-함유 나노선은 성형 페이퍼 인서트(shaped paper insert), 플러그(plug), 스페이스(space), 궐련 필터 종이, 셀룰로스 아세테이트 슬리브, 폴리프로필렌 슬리브, 및 자유-흐름 슬리브(free-flow sleeve)로 구성된 그룹에서 선택된 하나 또는 그 이상의 필터 부분으로 병합될 수 있다.
바람직하게, 금속-함유 나노선은 주류연에서 하나 이상의 성분을 선택적으로 제거할 수 있다. 제거될 수 있는 성분의 예는 알데하이드, 카본 모노옥사이드, 1,3-부타디엔, 이소프렌, 아크롤레인, 아크릴로니트릴, 하이드로겐 시아니드, o-토루이딘, 2-나프틸아민, 니트로겐 옥사이드, 벤젠, N-니트로소놀니코틴, 페놀, 카테콜, 벤즈(아)안트라센, 벤조(아)피렌, 및 이의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
바람직하게, 금속-함유 나노선은 담배 주류연에서 하나 이상의 성분을 제거하는데 효과적인 양으로 존재한다; 예를 들면, 바람직하게 하나 이상의 성분의 적어도 약 30% 이상 또는 더 바람직하게 적어도 50% 이상이, 담배 주류연에서 제거될 수 있다. 나노선은 직경 500 nm 미만, 직경 100 nm 미만, 직경 5 nm 미만일 수 있고/있거나 약 100 내지 1000 사이의 종횡비(aspect ratio)를 가질 수 있다.
금속-함유 나노선은 적절한 금속, 금속 산화물 또는 그의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속-함유 나노선은 하나 이상의 전이 금속 또는 란탄족 금속이나 준금속 원자 및 그의 혼합물, 예를 들면 B, Al, Si, Ti, V, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Ce, Hf, Ta, W, Re, Ir, Pt 및 Au로 부터 선택되는 하나 이상의 전이 금속 또는 그의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 특히 바람직한 금속은 철, 구리, 아연, 티타늄, 바나디움, 팔라디움, 코발트, 몰리브덴 및/또는 망간이다.
금속-함유 나노선은 (i) 하나 이상의 금속-함유 조성물을 하나 이상의 초기 함침법(incipient-wetness impregnation)단계와 이어지는 순차적 하소(calcination)를 통해 메조포어 분자체 기질(substrate)에 적재하여 상기 나노선을 형성하고; 그리고 (ii) 메조포어 분자체 기질 제거에 의하여, 예를 들면 적절한 에칭 용액으로 추출에 의해 나노선을 분리하여 생산될 수 있다. 메조포어 분자체 기질은 바람직하게 약 2 nm 내지 약 30 nm(약 20 Å 내지 약 300 Å)의 평균 직경을 갖는 기공을 포함한다. 금속-함유 나노선을 합성하는데 사용될 수 있는 메조포어 분자체 기질의 예는 예를 들면 MCM-41, MCM-48 및 SBA-15를 포함한다.
또 다른 구현예에서, 궐련 제조 방법은 (i) 절단 필러에 담배연기로 부터 하나 이상의 성분을 제거할 수 있는 하나 이상의 금속-함유 나노선의 유효량을 첨가하고; (ii) 궐련 제조기에 금속-함유 나노선이 포함된 절단 필러를 제공하여 담배 칼럼을 형성하고; 그리고 (iii) 담배 칼럼의 둘레에 종이 포장지를 두어 궐련의 담배 로드를 형성하는 단계를 포함한다.
한 구현예에서, 궐련 제조 방법은 (i) 궐련 제조기에 절단 필러를 제공하여 담배 칼럼을 형성하고; (ii) 담배 칼럼의 둘레에 종이 포장지를 두어 궐련의 담배 로드를 형성하고; 그리고 (iii) 티핑지(tipping paper)를 사용하여 담배 로드에 궐련 필터를 부착하여 궐련을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 궐련 필터는 담배 주류연으로 부터 하나 이상의 성분을 제거할 수 있는 하나 이상의 금속-함유 나노선의 유효량을 포함한다.
다른 구현예는 (i) 궐련 제조기에 절단 필러를 제공하여 담배 칼럼을 형성하고; 그리고 (ii) 담배 칼럼의 둘레에 종이 포장지를 두어 궐련의 담배 로드를 형성하는 단계를 포함하는 궐련 제조 방법에 관한 것으로, 상기 종이 포장지는 담배 부류연으로 부터 하나 이상의 성분을 제거할 수 있는 하나 이상의 금속-함유 나노선의 유효량을 포함한다.
다른 구현예는, 담배 주류연에서 하나 이상의 성분을 제거할 수 있는 하나 이상의 금속-함유 나노선의 유효량을 궐련 필터로 병합하는 것을 포함하는 궐련 필터 제조 방법에 관한 것이다.
다른 구현예에서, 담배 주류연에서 하나 이상의 성분을 제거하기 위해 흡연 물품의 주류연을 처리하는 방법이 제공된다.
발명의 상세한 설명
담배 주류연 및 부류연에서 하나 이상의 성분을 제거하기 위한 금속-함유 나노선의 사용을 포함하는, 절단 필러, 필터 및 종이 조성물, 궐련과 같은 흡연 물품, 궐련 제조 방법 및 궐련을 흡연하는 방법이 제공된다. "주류" 연이라는 용어는 궐련, 파이프, 시가 또는 비-전통적 궐련과 같은 흡연 물품의 구강 또는 필터 말단을 통해 분출되는 기체의 혼합물, 예를 들면, 궐련의 흡연 동안 궐련의 구강 말단에서 빨아드리거나 분출되는 연기의 양을 말한다.
금속-함유 나노선은 담배 주류연의 특정 선택된 성분의 선택적이고 효과적인 제거를 위하여 사용된다. 바람직하게, 주류연의 다른 성분, 즉, 풍미에 기여하는 것들과 같은 성분들은 제거의 대상이 되지 않을 것이다. "제거된다(removed)"는 것은 주류연에서 하나 이상의 성분 중 적어도 일부의 농도가 낮아진다는 것을 의미한다. 이것은 다양한 기작에 의해 성취될 수 있다. 예를 들면, 상기 성분은 금속-함유 나노선과 화학적으로 반응할 수 있다. 대안으로, 상기 성분은 금속-함유 나노선의 표면에 흡수될 수 있어서, 흡연자에게 도달하기 전 또는 간접흡연으로서 방출되기 전에 담배연기로 부터 제거된다.
"선택적 제거(selective removal)"는 특정 성분이 주류연에서 실질적으로 제거되고, 반면 다른 성분은 실질적으로 제거되지 않는 것을 의미한다. "선택적(selective)"이라는 의미 역시 주류연에서 특정 성분의 "선호적인(preferential)" 제거를 포함한다. 즉, 하나 이상의 성분이 제거될 수 있지만, 하나의 성분이 다른 성분보다 더 많이 제거된다는 것을 말한다.
사용된 나노선은 적절한 기술로 생산될 수 있다. 예를 들면, 나노선은 다양한 금속-함유 용액이 메조포어 분자체 기질에 적재되는 것에 의해 형성될 수 있고, 하나 이상의 초기 함침법에 이어 순차적 하소 처리된다.
초기 함침법에 사용된 금속-함유 용액은 적절한 전구체 및/또는 하나 이상의 금속 이온을 포함할 수 있다. 금속-함유 용액에 대한 용매는 메조포어 분자체의 공극으로의 함침을 촉진할 정도로 선택되어야 한다. 적절한 용매의 예는 예를 들어 에탄올 및/또는 물을 포함한다.
적절한 메조포어 분자체 기질은 금속-함유 나노선의 합성에 직접적으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 대표적인 물질이 MCM-41, MCM-48 및 SBA-15와 관련된 특허; 예를 들어 미국 특허 제 5,108,725; 5,098,684 및 5,102,643에 기재되었고, 이것은 본 명세서에 참조로 병합된다. 나노선의 직경은 적당한 평균 공극 크기 및 공극 분포를 가지는 메조포어 분자체 기질의 선택을 통해 조절될 수 있다. 동일한 직경을 가진 메조포어 분자체 기질의 선택 및 사용에 의해, 매우 균일한 직경의 나노선을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 나노선의 최종 구조는 일련의 나노선을 평행하게 형성하는 일차원 물질 또는 나노선의 서로 연결된 네트워크를 형성하는 서로 연결된 기공을 갖는 삼차원 물질의 선택에 의해 조절될 수 있다.
메조포어 실리카는 시중에서 얻을 수 있거나, 적절하게 알려진 또는 변형된 공정을 사용하여 합성될 수 있다. 예로 D. Zhao, et al., Science, 279:465 (1998) 및 Huang, M. H. et al., Chem. Commun., pp. 1063-1064 (2000)를 참조하라. 예를 들면, 메조포어 실리카 SBA-15는 산화 상태에서 주형으로서 삼중-블럭(tri-block) 코폴리머 폴리(에틸렌 옥사이드)-폴리(프로필렌 옥사이드)-폴리(에틸렌 옥사이드) EO20PO70EO20를 사용하여 합성할 수 있다. 약 2:60:4.25:15의 질량비로 EO20PO70EO20:2M HCl:TEOS:H2O를 포함하는 용액이 제조되어, 약 40℃에서 여러 시간 동안 교반한 후, 100℃에서 밤새 가열한다. 고체 생산물은 여과되어 500℃에서 5시간 동안 하소될 수 있다. 샘플은 즉, 낮은-각 X-레이 회절 및/또는 전파 전자 현미경과 같은 기술을 사용하여 분석하여 직경 등과 관련된 원하는 규격뿐만 아니라 원하는 메조포어 구조를 가진다는 것을 증명할 수 있다.
나노선을 제조하기 위해, 하나 이상의 초기 함침법 과정에 이은 순차적 하소가 사용될 수 있다. 메조포어 분자체 재료는 금속-함유 용액에 잠기어 현탁액을 형성하고, 상기 용액이 메조포어 분자체 재료의 기공에 흡수되기에 충분한 시간 동안 주위의 온도에서 교반된다. 바람직한 구현예에서, 현탁액은 밤새 여러 시간 동안 교반될 수 있다. 다음 현탁액은 여과되고, 탈이온수로 씻어내고, 함침된 금속-함유 용액을 분해시키기에 적절한 조건 하에서 하소 단계를 거쳐 선을 형성한다. 예를 들면, 하소 단계는 불활성 대기 또는 주변 대기 하에서 약 250℃ 내지 약 400℃사이의 온도에서 수행될 수 있다.
최종적으로, 나노선은 적절한 에칭 용액을 사용하여 주위의 분자체 기질을 추출하여 분리될 수 있다.
위에서 설명한 것과 같이, 금속-함유 나노선은 적절한 방법을 이용하여 절단 필러 담배로 혼합물을 병합하거나 담배에 금속-함유 나노선을 분배하여 담배 로드의 길이를 따라 제공될 수 있다. 금속-함유 나노선은 분말의 형태 또는 분산 형태의 용액으로 제공될 수 있다. 바람직한 방법에서, 건조한 분말 형태의 금속-함유 나노선은 절단 필러 담배에 뿌려진다. 금속-함유 나노선은 또한 용액의 형태로 존재하여, 절단 필러 담배에 분사될 수 있다. 대안으로, 담배는 금속-함유 나노선 함유 용액으로 코팅될 수 있다. 금속-함유 나노선은 또한 궐련 로드 주위를 궐련 종이로 포장하기 전 궐련 칼럼에 첨가되거나 또는 궐련 제조기에 공급되는 절단 필러 담배 저장 원료에 첨가될 수도 있다.
금속-함유 나노선은 바람직하게 궐련의 담배 로드 영역, 궐련 종이 및/또는 궐련 필터 전체에 분포될 것이다. 담배 로드 전체에 금속-함유 나노선을 제공하여, 특히 연소 영역 및 열분해 구역에서 일산화탄소 및/또는 질소 산화물의 양을 감소할 수 있다.
모든 통상적인 또는 변형된 궐련 제조 기술이 금속-함유 나노선을 병합하는데 사용될 수 있다. 얻어진 궐련은 표준 또는 변형 궐련제조기술 및 장비를 사용하여 알려진 설명서에 따라 제조될 수 있다. 전형적으로, 절단 필러 조성물은 임의로 다른 궐련 첨가제와 혼합되고, 담배 칼럼을 생산하기 위해 궐련 제조기로 제공되면, 담배 칼럼은 그 다음 궐련 종이로 포장되고, 임의적으로 필터가 부착된다.
적절한 담배 혼합물은 절단 필러에 사용될 수 있다. 담배 재료의 적합한 형태의 예는, 플루-큐어드(flue-cured), 벌리종(burley), 메릴랜드(maryland) 또는 오리엔탈 담배(oriental tobaccos), 희귀 또는 특제품 담배 그리고 그들의 혼합물을 포함한다. 담배 재료는 담배잎(tobacco lamina)의 형태; 부피 팽창된 또는 퍼프된 담배와 같은 가공된 담배재료, 절단-감긴(cut-rolled)또는 절단-퍼프된 (cut-puffed) 줄기와 같은 가공된 담배줄기, 재구성된 담배 재료; 또는 그들 혼합물의 형태로 제공될 수 있다. 절단 필러는 담배 대용품을 포함할 수도 있다.
궐련 제조시, 담배는 일반적으로 절단 필러의 형태, 즉 약 1/4 cm 내지 약 1/8 cm 범위, (약 1/10 인치 내지 약 1/20 인치) 또는 심지어는 1/16 cm(1/40 인치)의 너비로 절단된 조각 또는 가닥의 형태로 사용된다. 가닥의 길이는 약 0.65 cm 내지 약 7.6 cm (약 0.25 인치 내지 약 3.0 인치)사이의 범위이다. 궐련은 추가로 하나 이상의 향신료 또는 다른 첨가제 예를 들면, 점화 첨가제(burn additives), 연소 개질제(combustion modifying agents), 착색제(coloring agents), 결합제(binders)등을 포함할 수 있다.
생성된 궐련은 표준 또는 변형 궐련제조기술 및 장비를 사용하여 원하는 설명서에 따라 제조될 수 있다. 궐련의 길이는 약 50 mm 내지 약 120 mm의 범위일 수 있다.
궐련의 "흡연"은 궐련의 가열 또는 연소를 포함하여 연기를 형성하고, 흡연 물품을 통해 연기를 빨아들이는 것을 포함한다. 일반적으로, 궐련의 흡연은 궐련의 한쪽 말단을 점화하고, 내부에 함유된 담배가 연소 반응을 겪는 동안 궐련의 구강 말단을 통해 궐련 연기를 빨아들이는 것을 포함한다. 그러나, 궐련은 또한 다른 방법으로 연기를 낼 수 있다. 예를 들면, 통상적으로 양도된 미국 특허 제 6,053,176; 5,934,289, 5,591,368 또는 5,322,075에 기재된 것처럼 전기 가열기를 사용하여 가열하고/가열하거나 궐련을 가열하여 연기를 낼 수 있다.
모든 통상적인 또는 변형된 궐련필터 제조 방법이 금속-함유 나노선을 병합하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 다양한 궐련 필터 배열과 필터 제조 방법은 통상적으로-양도된 미국 특허 제 6,209,547에 기재되어 있고, 이것은 본 명세서에 참조로 병합된다.
도 1은 금속-함유 나노선을 함유하는 접힌 종이가 궐련의 관 모양의 필터 요소의 중공부로 삽입되는 하나의 구현예를 포함하는 궐련의 부분적 확대 투시도를 나타낸다;
도 2는 금속-함유 나노선이 접힌 종이에 병합되고, 제2 자유-흐름 슬리브 옆의 관 모양의 필터 요소의 제1 자유-흐름 슬리브의 중공부로 삽입되는 다른 구현예의 부분적 확대 투시도를 나타낸다;
도 3은 금속-함유 나노선이 플러그-스페이스-플러그 필터 요소에 병합되는 다른 구현예의 부분적 확대 투시도를 나타낸다;
도 4는 금속-함유 나노선이 세 개의 플러그를 가지는 세-조각 필터 요소에 병합되는 다른 구현예의 부분적 확대 투시도를 나타낸다;
도 5는 금속-함유 나노선이 플러그-스페이스-플러그 배열을 가지는 네-조각 필터 요소 및 중공 슬리브에 병합되는 다른 구현예의 부분적 확대 투시도를 나타낸다;
도 6은 금속-함유 나노선이 두 개의 플러그를 가지는 세-부분 필터 요소 및 중공 슬리브에 병합되는 다른 구현예의 부분적 확대 투시도를 나타낸다;
도 7은 금속-함유 나노선이 두 개의 플러그를 가지는 두-부분의 필터 요소에 병합되는 다른 구현예의 부분적 확대 투시도를 나타낸다; 그리고
도 8은 금속-함유 나노선이 흡연 물품에 사용될 수 있는 필터 요소에 병합되는 다른 구현예의 투시도를 부분적 확대 투시도를 나타낸다.
도 1은 담배 로드(4), 필터부(6), 및 마우스피스 필터 플러그(8)를 가지는 궐련(2)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 금속-함유 나노선은 필터부(6)의 일부를 형성하는 자유-흐름 슬리브(12)의 내부와 같은 중공 캐비티로 삽입된 접힌 종이(10)에 적재될 수 있다.
도 2는 담배 로드(4) 및 필터부(6)를 가지는 궐련(2)을 나타내고, 상기 접힌 종이(10)는 마우스피스 필터(8)와 제2 자유-흐름 슬리브(15) 사이에 위치한 제1 자유-흐름 슬리브(13)의 중공 캐비티에 위치한다. 종이(10)은 접힌 시트 이외의 형태로 사용될 수 있다. 예를 들면, 종이(10)는 하나 이상의 개별 조각(individual strips)과 감긴 롤(wound roll) 등으로 쓰일 수 있다. 어떠한 형태에서, 금속-함유 나노선의 바람직한 양은 시약의 코팅량/종이의 면적 및/또는 필터에 쓰인 코팅된 종이(예를 들면, 금속-함유 나노선의 더 많은 양이 단순히 코팅된 종이의 더 많은 조각을 사용하는 것에 의해 제공될 수 있다)의 총 면적의 조합에 의해 궐련 필터 부분에 제공될 수 있다. 도 1 및 2에서 도시된 궐련에서, 담배 로드(4) 및 필터부(6)가 티핑지(14)와 함께 결합된다. 두 궐련에서, 필터부(6)는 필터 겉포장(11)에 의해 함께 수용될 수 있다.
금속-함유 나노선은 많은 방법으로 필터 종이에 병합될 수 있다. 예를 들면, 금속-함유 나노선은 슬러리를 형성하기 위해 물과 함께 혼합할 수 있다. 다음 슬러리는 미리 형성된 필터 종이 상에 코팅되어 건조될 수 있다. 그리하여 필터 종이는 도 1 및 2에서 나타난 방식으로 궐련의 필터 부분에 병합될 수 있다. 대안으로, 건조된 종이는 플러그 형태로 포장될 수 있고 궐련의 필터 부분에 삽입될 수 있다. 예를 들면 종이는 플러그 형태로 포장될 수 있고 폴리프로필렌 또는 셀룰로스 아세테이트 슬리브와 같은 자유-흐름 요소의 내부로 플러그로서 삽입될 수 있다. 다른 배열에서, 종이는 이러한 자유-흐름 필터 요소의 내부 라이너(liner)를 포함할 수 있다.
대안으로, 금속-함유 나노선은 종이-제조 과정 동안 필터 또는 궐련 종이에 첨가될 수 있다. 예를 들면, 금속-함유 나노선은 셀룰로스 펄프 혼합물을 형성하기 위해 벌크 셀룰로스와 혼합될 수 있다. 그 다음 혼합물은 통상적인 또는 변형된 방법에 따라 필터 또는 궐련 종이로 형성될 수 있다.
다른 바람직한 구현예에서, 금속-함유 나노선은 궐련 필터 부분 그 자체의 섬유재료에 병합된다. 그러한 필터 재료는 제한적이지는 않지만 티핑지와 같은 종이 또는 셀룰로스 아세테이트 섬유 및 폴리프로필렌 섬유와 같은 섬유의 플러그를 포함하는 섬유 재료를 포함한다. 이 구현예는 도 3에 설명되어 있고, 이는 담배로드(4) 및 마우스피스 필터(8), 플러그(16), 및 스페이스(18)를 갖는 플러그-스페이스-플러그 필터 형태의 필터부(6)를 포함하는 궐련(2)을 나타낸다. 플러그(16)는 튜브 또는 폴리프로필렌 또는 셀룰로스 아세테이트 섬유와 같은 단단한 재료의 조각을 포함할 수 있다. 담배 로드(4) 및 필터부(6)는 티핑지(14)와 함께 결합된다. 필터부(6)는 필터 겉포장(11)을 포함할 수 있다. 전통적인 섬유 필터 재료 및 금속-함유 나노선을 포함하는 필터 겉포장(11)은 그 위에 코팅에 의한 것처럼 필터 겉포장(11) 안 또는 위에 병합될 수 있다. 대안으로, 금속-함유 나노선은 마우스피스 필터(8)에, 플러그(16)에, 및/또는 스페이스(18)에 병합될 수 있다. 더욱이, 금속-함유 나노선은 궐련의 필터 영역의 임의의 요소와 병합될 수 있다. 예를 들면, 필터 영역은 오직 마우스피스 필터(8)로 구성될 수 있고, 금속-함유 나노선은 마우스피스 필터(8) 및/또는 티핑지(14)에 병합될 수 있다.
도 4는 담배 로드(4) 및 필터부(6)를 포함하는 궐련(2)을 나타낸다. 이 배열은 스페이스(18)가 금속-함유 나노선 미립자 또는 금속-함유 나노선이 함유된 섬유 폴리프로필렌이나 셀룰로스 아세테이트와 같은 재료로 구성된 플러그(16)로 채워진 것을 제외하고는 도 3의 배열과 비슷하다. 이전의 구현예처럼, 플러그(16)는 중공 또는 고체일 수 있고, 담배 로드(4)와, 필터부(6)는 티핑지(14)와 함께 결합된다. 또한 필터 겉포장(11)도 있다.
도 5는 담배 로드(4)와 필터부(6)로 구성된 궐련(2)을 나타내고, 상기 필터부(6)는 마우스피스 필터(8), 필터 겉포장(11), 담배 로드(4)와 필터부(6)에 결합되는 티핑지(14), 스페이스(18), 플러그(16), 및 중공 슬리브(20)를 포함한다. 금속-함유 나노선은 필터부(6)의 하나 이상의 요소에 병합될 수 있다. 예를 들면, 금속-함유 나노선은 슬리브(20)에 병합될 수 있고 금속-함유 나노선의 미립자는 슬리브(20) 내 스페이스에 채워질 수 있다. 만약 바람직하다면, 플러그(16)와 슬리브(20)는 금속-함유 나노선이 포함된 섬유 폴리프로필렌 또는 셀룰로스 아세테이트와 같은 재료로 제조될 수 있다. 이전의 구현예에서처럼, 플러그(16)는 중공 또는 고체일 수 있다.
도 6 및 도 7은 필터부(6)의 변형을 추가로 나타낸 것이다. 도 6에서, 궐련(2)는 담배 로드(4) 및 필터부(6)을 포함한다. 필터부(6)은 마우스피스 필터(8), 필터 겉 포장지(11), 플러그(22), 및 슬리브(20)을 포함하고, 금속-함유 나노선은 /하나 이상의 이러한 필터 요소에 병합될 수 있다. 도 7에서, 필터부(6)은 마우스피스 필터(8) 및 플러그(24)를 포함하고, 금속-함유 나노선은 하나 이상의 이러한 필터 요소에 병합될 수 있다. 플러그(16)과 같이 플러그(22) 및 (24)는 고체 또는 중공일 수 있다. 도 6 및 7에 나타낸 궐련에서, 담배 로드(4) 및 필터부(6)은 티핑지(14)에 의해 함께 결합된다.
다양한 기술들이 필터 섬유 또는 다른 기질 지지체에 금속-함유 나노선을 적용하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 금속-함유 나노선은 이들이 필터 카트리지, 예를 들면 궐련에 대한 팁으로 형성되기 전 필터 섬유로 첨가될 수 있다. 금속-함유 나노선은 필터 섬유, 예를 들면 건조 분말 또는 슬러리의 형태로 첨가될 수 있다. 만약 금속-함유 나노선이 슬러리의 형태로 적용된다면, 섬유는 이들이 필터 카트리지로 형성되기 전에 건조된다.
다른 바람직한 구현예에서, 금속-함유 나노선은 궐련 필터의 중공부에 사용된다. 예를 들면, 몇몇 궐련 필터는 플러그/스페이스/플러그 배열을 가지는데, 여기서 플러그는 섬유 필터 재료를 포함하고 스페이스는 단순히 두 개의 필터 플러그 사이의 공간(void)이다. 이 공간은 금속-함유 나노선으로 채워질 수 있다. 이 구현예의 예는 도 3에 나타낸다. 금속-함유 나노선은 과립형태일 수 있고, 또는 섬유 혹은 실과 같은 적절한 지지체 상으로 적재될 수 있다.
다른 구현예에서, 금속-함유 나노선은 통상적으로-양도된 미국 특허 제 5,692,525에 기재된 바와 같이 흡연 장치와 함께 사용되기 위한 궐련의 필터 영역에 사용되는데, 상기 문헌은 본 명세서에 참조로 병합된다. 도 8은 전기적 흡연 장치와 함께 사용될 수 있는 궐련(100) 구조체의 한 유형을 도시한다. 도시된 바와 같이, 궐련(100)은 담배 로드(60)를 포함하고 필터부(62)는 티핑지(64)에 의해 결합된다. 필터부(62)는 바람직하게 관 모양의 자유-흐름 필터 요소(102) 및 마우스피스 필터 플러그(104)를 포함한다. 자유-흐름 필터 요소(102) 및 마우스피스 필터 플러그(104)는 플러그 포장(112)를 갖는 결합된 플러그(110)로서 함께 결합될 수 있다. 담배 로드(60)는 다음의 품목 중 하나 이상을 병합하는 다양한 형태를 가질 수 있다: 겉 포장지(71), 다른 관 모양의 자유-흐름 필터 요소(74), 바람직하게는 플러그 포장(84)으로 포장되어 있는 원통 모양의 담배 플러그(80), 기본 편물(web)(68) 및 담배 풍미재(70)를 포함하는 담배 편물(66), 및 공간 스페이스(void space)(91). 자유-흐름 필터 요소(74)는 구조적 정의와 담배 로드(60)의 티핑된 말단에서 지지를 제공한다. 담배 로드(60)의 자유 말단(78)에서, 겉 포장지(71)과 함께 담배 편물(66)은 원통형 담배 플러그(80) 주위를 감싼다. 다양한 변형이 금속-함유 나노선을 병합하는 이러한 궐련을 위한 필터 배열로 만들어질 수 있다.
이러한 궐련에서, 금속-함유 나노선은 종이 또는 내부의 관모양의 자유-흐름 필터 요소(102)의 경로에 맞춰진 다른 기질 재료상에 적재되는 것에 의한 것과 같은 다양한 방법으로 병합될 수 있다. 금속-함유 나노선은 또한 관 모양의 자유-흐름 필터 요소(102)의 내부에서 라이너 또는 플러그로서 사용될 수 있다. 대안으로, 금속-함유 나노선은 관 모양의 자유-흐름 필터 요소(102) 그 자체의 섬유 벽 부분으로 병합될 수 있다. 예를 들면, 관 모양의 자유-흐름 필터 요소 또는 슬리브 102는 폴리프로필렌 또는 셀룰로스 아세테이트 섬유와 같은 적절한 재료로 만들어질 수 있고 금속-함유 나노선은 슬리브 형성 공정의 부분으로서 또는 그 이전에 그러한 섬유와 함께 혼합될 수 있다.
다른 구현예에서, 금속-함유 나노선은 요소 102 내 대신 마우스피스 필터 플러그 104에 병합될 수 있다. 그러나, 이전에 기술한 구현예에서와 같이, 금속-함유 나노선은 마우스피스 필터 플러그 104와 관 모양의 자유-흐름 필터 요소 102로 병합되는 것에 의한 것처럼 하나 이상의 필터 영역에 병합될 수 있다. 도 8의 필터부 (62)는 또한 금속-함유 나노선이 삽입될 수 있는 공간 스페이스를 형성하기 위해 변형될 수 있다.
상기한 바와 같이, 금속-함유 나노선은 다양한 지지 재료에 병합될 수 있다. 금속-함유 나노선이 필터 종이에 사용되면, 금속-함유 나노선은 100 μm이하, 바람직하기는 30 μm 미만의 평균 미립자 크기를 가지는 지지 미립자에 병합될 수 있다. 금속-함유 나노선은 과립형태로 쓰이고, 더 큰 지지 미립자가 사용될 수 있다. 그러한 지지 미립자는 바람직하게 18 내지 60 메쉬(1000 내지 250 마이크론, 미국 표준, ASTM Ell)의 메쉬 크기를 가진다. 그러한 미립자를 형성하기 위해, 집적된 재료의 더 큰 미립자가 제분(milling)과 같은 적절한 기술에 의해 바람직한 크기를 가지는 더 작은 미립자로 분쇄될 수 있다. 더 작은 미립자는 체질(sieving)과 같은 적절한 기술에 의해 바람직한 미립자 크기 범위를 생산하기 위해 분리될 수 있다.
본 발명을 바람직한 구현예와 관련하여 기재하였지만, 본 분야의 당업자들에게 명백한 바와 같이 변화와 변형이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 그러한 변화와 변형은 여기 첨부된 청구항에 의해 정의된 발명의 범위와 영역 내인 것으로 고려되어져야 한다.
상기-언급된 참조문헌 모두 마치 각 개별 문헌이 전체가 참조로서 본 명세서에 병합되는 것으로 특이적으로 그리고 개별적으로 지시된 것과 같은 범위 내에서 이들 전체가 참조로서 여기에 병합된다.

Claims (10)

  1. 담배 및 금속-함유 나노선을 포함하는 절단 필러 조성물로서, 상기 금속-함유 나노선은 담배연기에서 하나 이상의 성분을 제거할 수 있고, 그리고 상기 나노선은 금속, 금속 산화물 또는 그의 혼합물을 포함하는 절단 필러 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 성분은 알데하이드, 카본 모노옥사이드, 1,3-부타디엔, 이소프렌, 아크롤레인, 아크릴로니트릴, 하이드로겐 시아니드, o-토루이딘, 2-나프틸아민, 니트로겐 옥사이드, 벤젠, N-니트로소놀니코틴, 페놀, 카테콜, 벤즈(아)안트라센, 벤조(아)피렌, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되고, 그리고 상기 금속-함유 나노선은 주류연에서 부터 하나 이상의 성분 중의 약 30% 이상을 제거하는데 효과적인 양으로 존재하는 절단 필러 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 나노선은 직경이 100 nm 미만이거나, 또는 나노선은 직경 5 nm 미만인 절단 필러 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속-함유 나노선은 하나 이상의 전이 금속 또는 란탄족 금속 또는 그의 금속 산화물을 포함하는 절단 필러 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 금속-함유 나노선은 철, 구리, 아연, 티타늄, 바나디 움, 팔라디움, 코발트, 몰리브덴 및 망간으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 금속 또는 금속 산화물을 포함하는 절단 필러 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 나노선은
    (i) 반복된 초기 함침법과 이어지는 순차적 하소를 통해 메조포어 분자체 기질로 하나 이상의 금속-함유 조성물을 적재하여 나노선을 형성하고; 그리고
    (ii) 상기 메조포어 분자체 기질을 추출하여 나노선을 분리하여 생성되는 것인 절단 필러 조성물.
  7. 금속-함유 나노선을 포함하는 흡연 물품으로서, 상기 금속-함유 나노선은 담배연기로 부터 하나 이상의 성분을 제거할 수 있고, 상기 나노선은 금속, 금속 산화물 또는 그의 혼합물을 포함하는 것인 흡연 물품.
  8. 제7항에 있어서, 상기 금속-함유 나노선은 절단 필러, 종이 포장 및/또는 필터부에 위치하는 흡연 물품.
  9. 제7항에 있어서, 상기 금속-함유 나노선은 성형된 종이 삽입물, 플러그, 스페이스, 궐련 필터 종이, 셀룰로스 아세테이트 슬리브, 폴리프로필렌 슬리브 및 자유-흐름 슬리브로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 필터 부분에 병합되는 흡연 물품.
  10. 제 7항에 따른 흡연 물품의 제조 방법으로서, 상기 방법은
    (i) 담배 칼럼을 형성하기 위해 궐련 제조 기계로 절단 필러를 제공하고;
    (ii) 담배 칼럼 주위에 종이 포장지를 두고; 그리고
    (iii) 티핑지를 사용하여 담배 로드에 궐련 필터를 접합시켜 궐련을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 하나 이상의 궐련 필터 또는 절단 필러 또는 종이 포장지는 담배 주류연에서 하나 이상의 성분을 제거할 수 있는 금속-함유 나노선의 유효량을 포함하는 것인 방법.
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