KR20120135425A - 환경적으로 분해할 수 있는 담배 필터 - Google Patents
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Abstract
환경적으로 분해할 수 있는 담배 필터는 코팅된 셀룰로오스 아세테이트 토우 필터 요소 및 상기 필터 요소를 둘러싸는 플러그 랩을 포함한다. 약한 유기 산 및 pH 조절된 무기 에스테르 염은 매트릭스 물질로 캡슐화되고 상기 토우와 접촉한다. 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염은 8 이하의 pH를 가진다. 상기 담배 필터가 환경으로 폐기되었을 때, 물은 상기 매트릭스 물질로부터 상기 약한 산 및 상기 에스테르 염을 해방 (liberate) 시킨다. 상기 약한 산은 강한 산을 해방시켜 상기 에스테르를 가수분해한다. 상기 강한 산은 상기 셀룰로오스 아세테이트 토우의 분해를 촉진시킨다. (상기 약한 산은 또한 상기 셀룰로오스 아세테이트 토우를 가수분해 하지만, 상기 강한 산이 생성된 후, 상기 강한 산은 상기 셀룰로오스 아세테이트 토우 분해에 대해 지배적 산성 촉매 (dominant acid catalyst)가 된다.)
Description
본 발명은 환경적으로 분해할 수 있는 담배 필터에 관한 것이다.
본원에 참조문헌으로써 포함된 US 공개 제2009/0151738호는 분해할 수 있는 담배 필터가, 일 구현예에서, 수용성 매트릭스 물질 및 약한 유기 산과 강한 산으로 가수분해될 수 있는 화합물의 조합의 혼합물과 셀룰로오스 아세테이트 담배 토우를 접촉시킴으로써 획득되는 것을 기술한다.
강한 산으로 가수분해될 수 있는 상기 화합물들이 다음과 같이 식별된다: 셀룰로오스 설페이트, 도데실 설페이트, 아스코르빌-2-설페이트 (ascobryl-2-sulfate), 아스코르빌-2-포스페이트, 포스포러스 펜톡사이드, 포스포러스 펜톡사이드 기반 에스테르들, 셀룰로오스 나이트레이트, 2-에틸 헥실 포스페이트 및 그들의 조합. 이러한 화합물들은 강한 산들의 에스테르들이고 다수는 불안정하다 (그들이 상대적으로 단기간에 분해될 것이고 따라서 많은 응용들에서 그것들을 이용할 수 없게 만드는 것을 의미함). 그러므로, 이러한 에스테르들은 일반적으로 상기 에스테르의 염으로서 상업적으로 제공된다. 이러한 에스테르 염들은 안정적이고 그들의 비-염 버전들 (non-salt versions)과 같이 시간이 지남에 따라 분해되지 않는다. 그러나, 그들의 안정성은 즉각적인 응용 (instant application)에서 그들의 사용을 저지한다.
따라서, 강한 산으로 가수분해될 수 있는 앞서 말한 화합물들은, 즉각적인 응용에서 더 적극적으로 그들을 작동하게 하기 위해 개질 (즉, 상기 셀룰로오스 아세테이트의 분해를 차례로 촉진시키는 강한 산으로 가수분해함) 되어야 한다.
본 발명은 환경적으로 분해할 수 있는 담배 필터를 제공한다.
환경적으로 분해할 수 있는 담배 필터는 코팅된 셀룰로오스 아세테이트 토우 필터 요소 및 상기 필터 요소를 둘러싸는 플러그 랩을 포함한다. 약한 유기 산 및 pH 조절된 무기 에스테르 염은 매트릭스 물질로 캡슐화되고 상기 토우와 접촉한다. 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염은 8 이하의 pH를 가진다. 상기 담배 필터가 환경으로 폐기되었을 때, 물은 상기 매트릭스 물질로부터 상기 약한 산 및 상기 에스테르 염을 해방 (liberate) 시킨다. 상기 약한 산은 강한 산을 해방시켜 상기 에스테르를 가수분해한다. 상기 강한 산은 상기 셀룰로오스 아세테이트 토우의 분해를 촉진시킨다. (상기 약한 산은 또한 상기 셀룰로오스 아세테이트 토우를 가수분해 하지만, 상기 강한 산이 생성된 후, 상기 강한 산은 상기 셀룰로오스 아세테이트 토우 분해에 대해 지배적 산성 촉매 (dominant acid catalyst)가 된다.)
소듐 하이드로겐 설페이트는 가소성 셀루로오스 아세테이트 필터들의 분해 또는 가수분해를 증가시키는 지배 촉매가 된다.
이것은 폐기된 담배 필터들/버트들을 분해하기를 원하는 방법에 대해서 설계 유연성 (design flexibility)을 제공한다.
환경적으로 분해할 수 있는 담배 필터는 일반적으로 코팅된 셀룰로오스 아세테이트 토우 (bloomed cellulose acetate tow)로 구성된 필터 요소 (또는 필터 플러그), 상기 필터 요소를 둘러싸는 플러그 랩 (plug wrap), 및 매트릭스 물질로 캡슐화된 약한 유기 산 및 pH 조절된 무기 에스테르 염을 포함한다. 상기 캡슐화된 물질들은 상기 토우와 접촉한다. 이러한 성분들의 각각은 아래 더 상세하게 논의될 것이다.
환경적으로 분해할 수 있는 담배 필터는 본원에 사용된 것처럼, 외부 환경 (즉, 비, 이슬 또는 물의 다른 종들에 노출)에 노출될 때 분해될 담배 필터를 언급한다. 상기 분해도 (degree of degradation)는, 최소에서, (담배 필터들에서, 셀룰로오스는 일반적으로 2.0-2.6의 치환도 (Degree of Substitiution; D.S.를 가짐) 상기 셀룰로오스 아세테이트의 전부 또는 일부를 셀룰로오스 (D.S. < 1.0)로 변환시키기에 충분하고, 최대에서, 상기 셀룰로오스 아세테이트를 글루코오스로 변환시키기에 충분하다. 그와 같은 분해에 대한 시간 주기는 분해를 위해 처리되지 않은 셀룰로오스 아세테이트의 동등 양에 대한 시간 미만이고, 일반적으로 여러 수개월 (예를 들어, 2-6 개월 이하)일 수 있다.
상기 코팅된 셀룰로오스 아세테이트 토우 및 상기 플러그 랩으로 만들어진 필터 요소는 종래이다. 상기 셀룰로오스 아세테이트 토우는 2.0 내지 2.6 범위의 D.S.를 가지는 셀룰로오스 디아세테이트이다. 그 후에 이들은 알려진 방법으로 상기 담배의 토바코 컬럼 (tobacco column)에 부착된다.
약한 유기 산들은 다음을 포함한다: 아스코르브 산, 시트르 산, 락틴 산, 니코틴 산, 하이드록시 숙시산 (애플 산 (apple acid)) 및 그들의 조합들. 아스코르브 산 및 시트르 산이 바람직하다.
pH 조절된 무기 에스테르 염들은 유기 설페이트 염 및 유기 포스페이트들 염을 포함한다. 상기 강한 산들의 무기 에스테르들은 즉각적인 응용에서 그들의 응용성이 제대로 발휘되지 못하기 때문에, 불안정하고 쉽게 분해된다. 그러므로, 이러한 에스테르들은 그들의 염 형태들에서 안정화된다. 그러나, 이러한 무기 에스테르 염들은, 매우 안정적이어서 가수분해하고 그들의 강한 산을 방출 (release)하기 어려울 수 있다. 상기 무기 에스테르 염의 pH가 조절되면, 거의 안정적이지 않고, 가수분해하기 더 쉽다. 조절된 pH에 의해, 상기 무기 에스테르 염의 금속 부분 (일반적으로, 소듐 또는 포타슘, 그러나 이에 제한되지 않는다)의 전부는 아니지만 일부가 해리 (dissociated)되는 것 (그리고 그것에 의해 용액 중 상기 무기 에스테르 염의 pH가 낮아짐, 즉 더 산성화 됨)을 의미한다. 상기 pH 조절은 8 이하의 pH, 또는 2.5-8 pH 범위여야 한다. 또 다른 구현예에서, 상기 pH 범위는 3-7.5 일 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 pH 범위는 4-7 일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 pH 범위는 5.3-7 일 수 있다. 더 낮은 pH는, 더 빠른 분해가 발생한다; 그러나, 상기 pH가 또한 낮으면, 상기 화합물의 불안정성이 부정적 효과를 가질 수 있다. 추가적으로, 다중 강한 산 모이어티들 (multiple strong acid moieties)을 수용하는 유기 화합물들은 그들이 가수분해되기 때문에 바람직하고, 그들은 더 강한 산을 방출할 것이다.
유기 설페이트 염들은 다음을 포함하지만, 제한되지 않는다: 이노시톨 헥사설페이트 헥사포타슘 염; 수크로오스 옥타설페이트 옥타소듐 염; 셀룰로오스 설페이트 염; 도데실 설페이트 염; 글루코오스 설페이트 소듐 염; 아스코르빌 설페이트 소듐 염; 라우릴 설페이트 소윰 염; 스타치 설페이트 소듐 염; 옥틸 설페이트 소듐 염 ; 및 그들의 조합들.
유기 포스페이트 염들은 다음을 포함하지만, 제한되지 않는다: 이노시톨 헥사포스페이트 헥사포타슘 염; 수크로오스 포스페이트 디-소듐 염; 글루코스 포스페이트 디-소듐 염; 아스코르빌 포스페이트 디-소듐 염; 라우릴 포스페이트 디-소듐 염; 스타치 포스페이트 소듐 염; 2-에틸 헥실 포스페이트 염; 옥틸 포스페이트 디-소듐 염; 및 그들의 조합들.
상기 pH 조절된 무기 에스테르 염의 양은 처리되지 않은 필터 요소보다 더 빠른 속도에서 상기 셀룰로오스 아세테이트 토우의 전체 또는 부분의 분해를 초래하기에 충분해야 한다. 예를 들어, 본 발명의 일 구현예에서, 상기 분해를 위한 시간은 2-6 개월일 수 있다. 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염의 양은, 예를 들어, (몇 가지 예로) 상기 필터 요소 중 상기 셀룰로오스 아세테이트의 중량, 상기 필터 요소의 분해에 요구되는 시간, 및 선택된 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염에 의존할 것이다.
예를 들어, 상기 분해를 위한 타겟 시간 (target time)이 2-6 개월이면, 그리고 나서, 일 구현예에서, 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염으로부터 방출된 산의 양은 상기 필터 요소 중 2-200 중량% 범위의 셀룰로오스 아세테이트일 수 있다. 다른 구현예에서, 상기와 같이 동일한 바람직한 결과를 이용하여, 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염으로부터 방출된 산의 양은 5-100중량% 범위의 셀룰로오스 아세테이트일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염으로부터 방출된 산의 양은 10-50 중량% 범위의 셀룰로오스 아세테이트일 수 있다.
상기 매트릭스 물질은 캡슐화 (즉, 상기 약한 유기 산 및 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염을 포함함)할 수 있는 임의의 수용성 및/또는 수투과성 물질일 수 있다; 그러나, 물과 접촉할 때, 용해되거나 및/또는 물이 상기 약한 산 및 상기 pH 조절된 무기 에스테르와 혼합되도록 할 것이다. 일단 혼합되면, pH 조절된 에스테르의 산 촉매화된 가수 분해를 시작한다. 규정 시간 외에, 상기 촉매(들)은 상기 셀룰로오스 아세테이트 필터/버트 (butt) 안으로 이동하고, 상기 셀룰로오스 아세테이트 필터/버트의 가수분해를 촉진한다. 캡슐화가 적어도 2 가지 이유 때문에 중요하다: 첫째, 캡슐화는 너무 이른 가수분해를 방지하고, 둘째, 생성물 (필터)의 품질 수명 (shelf-life)을 유지한다. 상기 수용성 매트릭스 물질은 셀룰로오스 아세테이트 (D.S. = 0.8 ±0.2), 카르복시메틸 셀룰로오스 (carboxymethyl cellulose; CMC), 에틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스 (hydroxypropyl cellulose; HPC), 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스 (hydroxypropyl methyl cellulose; HPMC), 메틸 셀룰로오스, 폴리에틸렌 글리콜 (polyethylene glycol; PEG), 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올, 스타치, 당질 및 그들의 조합들일 수 있다. 상기 당질들은 글루코오스, 수크로오스, 락토오스 및 그들의 조합들일 수 있다. 대부분의 구현예에 있어서, 상기 수용성 매트릭스 물질은 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스, 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 글리콜 및 그들의 조합들일 수 있다. 상기 수투과성 물질들은 에틸 셀룰로오스, 셀락, 제인 (콘 (corn)에서 발견된 프롤라민 프로테인), 셀룰로오스 아세테이트 (D.S. = 2.0-2.6), 셀룰로오스 프탈레이트, 다공성 실리콘 탄성중합체들 (즉, 실리콘 탄성중합체를 기공들을 형성하기 위해 용해되는 첨가된 PEG와 함께), 아크릴 에스테르들 (예를 들어, Evonik Degussa Corp., Piscataway, NJ 로부터의 상품명 EUDRAGIT로 상업적으로 이용가능함) 및 그들의 조합들을 포함할 수 있다.
상기 매트릭스 물질의 양은 상기 약한 유기 산 및 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염을 완전히 캡슐화하기에 충분하여야 한다. 완전 캡슐화는 상기 약한 유기 산 및 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염을 커버하고 고립 (isolating)시키는 것과 관련되어, 물이 상기 매트릭스 물질의 적어도 일부에 용해될 때까지 가수분해 촉매 작용을 할 수 없다. 일반적으로, 상기 수용성 매트릭스 물질에 대한 상기 약한 유기 산 및 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염의 중량비는 0.75-4.0:1의 범위일 수 있다. 일 구현예에서, 상기 비율은 2:1 일 수 있다.
상기 약한 유기 산 및 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염 및 상기 매트릭스 물질은 상기 토우와 접촉한 코팅 또는 필 (pill)의 형태일 수 있다. 참조문헌으로써 본원에 포함되는 US 공개 제2009/0151738호를 참조한다.
상기 코팅은 상기 토우가 제조된 후에 (즉, 스피닝 용액 (spinning solution)에 첨가되지 않음) 상기 셀룰로오스 아세테이트 토우 및/또는 플러그 랩에 적용될 수 있다. 일 구현예에서, 상기 혼합물은 상기 필터 요소의 형성 이전에 상기 토우 위에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 종래의 로드 메이킹 기계에서, 혼합물 용액은 토우가 가니처 (garniture)를 통과하는 동안 또는 통과하기 이전에 상기 코팅된 토우 위에 분사될 수 있다. 선택적으로, 상기 필터 요소가 형성된 후에, 혼합물 용액이 상기 토우 안으로 주입 (즉, 시린지 (syringe)를 통하여)될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 혼합물은 상기 플러그 랩의 내부 표면 상에 라인으로 코팅 (또는 적용)될 수 있다.
상기 필은 담배 필터 제조 동안 상기 필터 요소에 추가될 수 있다. 본원에 사용된 것처럼, 필은, 예를 들어, 혼합물 (보호 배리어 코팅으로 코팅되거나 또는 젤라틴 캡슐로 둘러싸이거나 둘러싸이지 않을 수 있는), 또는 상기 혼합물의 과립들, 또는 상기 혼합물의 파우더, 또는 상기 혼합물의 타블렛 (예를 들어, 상기 혼합물은 단독 또는 종래 타블렛 바인더와 함께) 을 포함한다. 상기 필은 상기 필터 요소가 형성되기 이전에 (또는 형성되면서 ) 상기 필터 요소의 상기 셀룰로오스 아세테이트로 추가될 수 있다. 예를 들어, 종래의 로드 메이킹 머신 (rod making machine)에서, 상기 혼합물의 필은 토우가 상기 가니처를 통과하기 이전에 또는 통과하는 동안 상기 코팅된 토우로 삽입될 수 있다.
선택적 필 구성은 상기 약한 산 및 수용성 또는 수투과성 물질의 내부층 (inner layer)에 의해 둘러싸인 상기 pH 조절된 유기 에스테르 염 및 상기 내부층을 둘러싸는 2.0-2.6 범위의 D.S.를 가지는 셀룰로오스 아세테이트의 외부층을 가진다. 이 필 구성은 2010년 1월 15일 출원된 미국 시리얼 제12/687,912호에서 설명되고 참조문헌으로써 본원에 포함된다. 이 구현예의 성분들은 이하에 기술된다.
상기 약한 산 및 상기 pH 조절된 에스테르 염은 이전에 기술된 것과 같다.
상기 약한 산 및 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염을 둘러싸고 캡슐화하는 상기 내부층 및 상기 외부층은: 1) 과잉수 (excess water)가 단지 상기 약한 산 및 상기 pH조절된 유기 에스테르 염을 씻어내지 않고 약한 산 및 pH 조절된 유기 에스테르염이 시간이 지남에 따라 가수분해를 촉진하기에 충분하고, 2) 상기 스모크를 상기 스모크 (smoke)의 맛 특성 (taste attributes)들에 불리하게 영향을 줄 수 있는 셀룰로오스 아세테이트보다는 상기 약산 및 pH 조절된 유기 에스테르 염의 편을 취함으로부터 막아내고, 3) 예를 들어, 트리아세틴 또는 글리세릴 트리아세테이트와 같은 종래의 토우 바인딩 물질들에 의해 상기 토우의 상기 필라멘트들에의 상기 필의 본딩을 용이하게 한다 (The inner layer and the outer layer that surround and encapsulate the weak acid and the pH adjusted inorganic ester salt so that 1) excess water does not merely wash away the weak acid and the pH adjusted inorganic ester salt and there is sufficient weak acid and pH adjusted inorganic ester salt over time to catalzye the hydrolysis, 2) to prevent the smoke from taking on the favor of the weak acid and the pH adjusted inorganic ester salt other than cellulose acetate that may adversely impact the taste attributes of the smoke, and 3) to facilitate bonding of the pill to the filaments of the tow by conventional tow binding materials, such as, for example, triacetin or glyceryl triacetate.)
상기 내부층 및 외부층은, 상기 약한 산 및 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염의 방출을 제어하기 위해 함께 작용할 수 있고, 상기 외부층은 상기 약한 산 및 상기 pH 조절된 유기 에스테르 염 및 내부층의 맛을 감추기 위해 작용할 수 있고, 본딩을 용이하게 한다 (The inner and outer layers may act together to control the release of the weak acid and the pH adjusted inorganic ester salt and the outer layer acts to mask the taste of the weak acid and the pH adjusted inorganic ester salt and inner layer, and facilitate bonding.) 상기 내부층은 수용성 물질 또는 수투과성 물질이다. 이러한 물질들은 캡슐화 (즉, 상기 약한 산 및 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염을 포함)할 수 있는 임의의 물질일 수 있다; 그러나, 물과 접촉할 때, 용해되고 이어서 가수분해를 촉매화하거나 물이 통과하고 이어서 촉매가 탈리하도록 할 것이다. 상기 수용성 물질과 함께, 물은 그 물질을 겔화하고, 이어서 겔화 된 물질은 상기 코어 내로의 물의 이동 또는 상기 코어 밖으로의 촉매의 이동을 제어할 수 있다. 또한, 상기 겔화된 물질은 팽윤될 수 있고 상기 외부층을 파열시킬 수 있다. 캡슐화는 적어도 2 가지의 이유에 있어서 중요하다: 첫째, 캡슐화는 너무 이른 가수분해를 방지하고, 둘째, 생성물 (필터)의 저장 수명을 유지한다. 상기 수용성 매트릭스 물질 및 상기 수투과성 물질들은 상술한 바와 같다.
상기 외부층은 2.0-2.6의 D.S.를 가지는 셀룰로오스 아세테이트이다. 2.0-2.6의 D.S.를 가지는 셀룰로오스 아세테이트는 수투과성이다. 이 셀룰로오스 아세테이트는 바람직하게는 상기 필라멘트 토우와 동일하거나 거의 동일 (예를 들어, “거의 동일”은 상기 필라멘트 토우 ± 25% 이내의 D.S.를 가짐)할 수 있다. 상기 내부층 및 상기 외부층의 양은 상기 약한 산 및 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염을 완전히 캡슐화 (또는 둘러싸기)하기에 충분하여야 한다. 완전히 캡슐화 (또는 둘러싸기)는, 그들은 물이 상기 외부층을 침투했을 때까지 촉매 가수분해에 촉매화 할 수 없고 상기 내부층의 상기 수용성 물질의 적어도 일 부분을 용해 (또는 상기 수투과성 물질을 침투)하도록, 상기 약한 산 및 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염을 커버하고 고립시키는 것과 관련이 있다. 예를 들어, 상기 내부층은 상기 약한 산 및 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염 5-100 중량%의 범위일 수 있고, 또는 다른 구현예에서 5-30 중량%일 수 있다. 상기 외부층은 5-100 중량%의 범위 또는 다른 구현예에서 5-30 중량%일 수 있다. 선택적으로, 상기 내부층 및 상기 외부층의 양은 감퇴의 비율, 즉 ‘반감기 (half-life)’로 유추될 수 있다. 반감기는 초기 pH의 ½에 의해 상기 용액의 pH를 감소시키도록 상기 촉매 물질에 대해 요구된 시간이다. 1 mL 이하의 물에서 나타난 데이터에서 표준 담배 필터의 부피와 거의 동등하다. 본 발명에서, 상기 물질의 반감기는 적어도 25 분, 또는 25-1000 분, 또는 50-500 분, 또는 75-300 분의 범위에 있어야 한다.
실시예
다음 실시예에서, 셀룰로오스 아세테이트 담배 필터들의 분해율 (degradation rate)에서의 온도 및 무기 에스테르 염의 pH 조절의 영향이 조사된다.
pH 조절된 셀룰로오스 설페이트 소듐 염은 다음과 같이 획득되었다:
1. 셀룰로오스 설페이트 2 g, Fisher Scientific (Acros)로부터 구입된 소듐은 탈이온수 200 mL 중에 교반하면서 용해되었다. 이것은 1% 용액을 만든다.
2. 일단 용해되면, 상기 용액 pH는 상기 용액이 연속적으로 교반되는 동안에 pH 계량기로 측정되었다. 상기 용액 pH는 9와 동일하였다.
3. 하이드로클로라이드 산 1 몰은 pH=7이 획득될 때까지 1000 마이크로 리터 시린지를 이용하여 한 방울씩 첨가하였다.
4. 단계 1-3은 pH의 5와 3의 1% 셀룰로오스 설페이트 용액을 획득하기 위해 반복되었다.
5. 제어 솔루션 (control solution)은 셀룰로오스 설페이트 2g, 탈이온수 200 mL 중에 교반하면서 용해되었다.
6. 시트르 산의 2g은 pH = 9, pH = 7, pH =5, pH =3으로 라벨링된 4가지 용액들 각각에 첨가되었다.
필터 로드들은 상기의 용액들로 다음과 같이 처리되었다:
1. 페이퍼는 80 개 가소성 필터 로드들 (plasticized filter rods) (24.45 mm×102 mm )로부터 제거되었다.
2. 이러한 로드들은 20 개씩 4 개의 그룹으로 나눠졌다.
3. 20 개 로드들은 pH=9 용액 중에 침지되고 포화되도록 허용되었다.
4. 상기 로드들은 핀셋들 (tweezers)로 제거되고, 드레인 (drain)되도록 허용되고, 대기 건조를 위해 플라스틱 시트 상에 위치된다 (3-4 일).
5. 단계3-4 는 pH=7, pH=5, pH=3을 위해 반복되었다.
6. 그리고 나서 상기 건조 로드들은 10 로드들의 그룹 안으로 분리하고 용기들 (jars)에 위치되었다.
7. 상기 용기들은 다음과 같이 라벨링되었다:
21 ℃ pH = 9 30 ℃ pH = 9
21 ℃ pH = 7 30 ℃ pH = 7
21 ℃ pH = 5 30 ℃ pH = 5
21 ℃ pH = 3 3 0 ℃ pH = 3
상기 로드들은 시간에 지남에 따라 치환도 (degree of substitution; DS)를 위해 테스트되었다. 상기 D.S.는 알려진 셀룰로오스 아세테이트 표준들에 기초하여 저장 시간 (retention time)으로부터 계산되었다. 고성능 액체성 크로마토 그래픽 (high performance liquid chromatographic; HPLC) 방법은 T. R. Floyd, Floyd, T.R. "Chemical Characterization of Cellulose Acetate by Non-exclusion Liquid Chromatography" J. Chromatogr . 1993, 629, 243-254에 의한 논문에 기초한다. 장점은 D.S.가 작은 샘플들 사이즈로부터 계산될 수 있다는 것이다 (< 0.3 g). 이것은 종래의 2.0 g 습식 적정 방법 (wet titration method) (ASTM D871-91)과 비교하여 주요한 장점을 제공한다. 상기 HPLC 방법은 ASTM 절차만큼 정확하지 않다; 그러나 상기 HPLC 방법은 D.S. 손실들을 쉽게 추적(track)한다. 상기 HPLC 분석은 더 낮은 1.5의 D.S.로 제한된다. 이것은 1.5보다 더 낮은 D.S.를 가지는 셀룰로오스 아세테이트가 아세톤에 녹지 않기 때문이다. 표 1 내지 표 3은 상기 HPLC 테스트로부터의 결과들을 요약한다. 표 3은 회귀 방정식 (regression equations)의 기울기들을 비교한다. 데이터는 셀룰로오스 설페이트, 소듐 염의 시작하는 pH가 그 낮다는 것을 보여주고, 가소성 셀루로오스 아세테이트 필터 로드를 더 빠르게 가수분해 (분해) 한다. 또한, 분해율은 온도에 따라 증가한다.
셀룰로오스 설페이트의 초기 pH | 치환도에 대한 21℃ 회귀 방정식 | 상관 계수 | |
샘플 1 | 9 | y = -0.0024x + 2.4757 | 0.985 |
샘플 2 | 7 | y = -0.003x + 2.4625 | 0.982 |
샘플 3 | 5 | y = -0.0031x + 2.4639 | 0.989 |
샘플 4 | 3 | y = -0.0031x + 2.4659 | 0.995 |
셀룰로오스 설페이트의 초기 pH | 치환도에 대한 30℃ 회귀 방정식 | 상관 계수 | |
샘플 1 | 9 | y = -0.0037x + 2.4517 | 0.931 |
샘플 2 | 7 | y = -0.0052x + 2.4669 | 0.999 |
샘플 3 | 5 | y = -0.0053x + 2.4667 | 0.984 |
샘플 4 | 3 | y = -0.008x + 2.5004 | 0.959 |
셀룰로오스 설페이트의 초기 pH | 21℃, pHA에 기초한 증가율 |
30℃, pHA에 기초한 증가율 |
온도B에 기초한 증가율 | |
샘플 1 | 9 | 1 | 1 | 1.5 |
샘플 2 | 7 | 1.3 | 1.4 | 1.7 |
샘플 3 | 5 | 1.3 | 1.4 | 1.7 |
샘플 4 | 3 | 1.3 | 2.2 | 2.5 |
A. 이것은 샘플 1 회기 기울기에 의해 각각 나눠진 각각의 샘플의 회기 기울기의 비율이다.
B. 이것은 회기 기울기들의 비율이 상기 두 온도들에서 동일한 샘플이라는 것이다: (30 ℃에서 샘플 1/ 21 ℃에서 샘플 1).
퍼센트 아세톤 불용성 물질은 56 일 동안 샘플이 결정되었다. 상기 샘플들은 표 4에서 목록화된 상기 아세톤 불용성을 획득하기 위해 다음 절차에 의해 처리되었다.
1. 20 밀리미터 샘플은 처리된 필터 로드로부터 절단되었고 중량을 측정했다.
2. 상기 샘플은 시트르 산, 셀룰로오스 설페이트, 소듐 염, 아세트산 및 임의의 잔류염들을 제거하기 위한 물로 세정되었다.
3. 상기 샘플들은 상기 중량이 기록되기 전에 3일동안 대기 건조되도록 허용되었다
4. 상기 샘플은 아세톤 10 mL 중에 용해되었고, 그리고 나서 초과 아세톤 (excess acetone)으로 여과되고 세정되었다.
5. 상기 여과된 물질은 상기 중량이 기록되기 전에 대기 건조되도록 허용되었다.
셀룰로오스 설페이트의 초기 pH | 추출된 샘플 물의 중량- grams |
불용성 아세톤의 중량- grams |
% 아세톤 불용성 | |
샘플 1, 21 ℃ | 9 | 0.1203 | 0 | 0 |
샘플 2, 21 ℃ | 7 | 0.1174 | 0.0065 | 5.54 |
샘플 3, 21 ℃ | 5 | 0.1328 | 0.0102 | 7.68 |
샘플 4, 21 ℃ | 3 | 0.1234 | 0.0135 | 10.94 |
샘플 1, 30 ℃ | 9 | 0.1293 | 0.0106 | 8.20 |
샘플 2, 30 ℃ | 7 | 0.1284 | 0.0165 | 12.85 |
샘플 3, 30 ℃ | 5 | 0.1173 | 0.0169 | 14.41 |
샘플 4, 30 ℃ | 3 | 0.1158 | 0.02 | 17.27 |
표 4에서 데이터는 셀룰로오스 설페이트의 초기 pH, 소듐 염 및 아세톤 불용성 퍼센트의 사이의 역전관계 (inverse relationship)를 보여준다. 셀룰로오스 설페이트의 pH가 낮을수록, 소듐염의 아세톤 불용성 퍼센티지는 더 높아진다. 증가된 온도는 퍼센트 아세톤 불용성 물질에 직접적인 효과를 가진다. 이 데이터는 가소성 셀룰로오스 아세테이트 필터 로드들이 pH 조절된 셀룰로오스 설페이트 pH, 소듐 염으로 처리될 때 더 빠르게 분해시키거나 가수분해한다는 것을 증명한다.
더 낮은 pH 셀룰로오스 설페이트 물질은 유기 산 촉매화된 가수분해에 더 민감하다. 가수분해는 pKa=1.9를 가지는 강한 미네랄 산 염, 소듐 하이드로겐 설페이트를 해방 (liberate)시킨다. 상기 소듐 하이드로겐 설페이트는 가소성 셀루로오스 아세테이트 필터들의 분해 또는 가수분해를 증가시키는 지배 촉매가 된다.
이것은 폐기된 담배 필터들/버트들을 분해하기를 원하는 방법에 대해서 설계 유연성 (design flexibility)을 제공한다.
본 발명은 사상과 그것의 필수 속성들을 벗어나지 않는 다른 형태로 구체화될 수 있고, 따라서, 본 발명의 범위에 나타낸 것처럼 참조는 상기한 설명보다는 첨부된 특허 청구 범위들에 따라 이루어져야 한다.
Claims (18)
- 코팅된 셀룰로오스 아세테이트 토우 필터 요소 및 상기 필터 요소를 둘러싸는 플러그 랩을 포함하는 환경적으로 분해할 수 있는 담배 필터로서,
매트릭스 물질로 캡슐화된 약한 유기 산 및 pH 조절된 무기 에스테르 염을 더 포함하고,
상기 pH 조절된 무기 에스테르 염은 8 이하의 pH를 가지고, 상기 약한 산을 캡슐화한 상기 매트릭스 물질 및 상기 pH 조절된 무기 에스테르 염은 상기 토우와 접촉하는 것인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 pH는 1-8의 범위인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 pH는 4-7의 범위인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 pH 조절된 무기 에스테르 염은 유기 설페이트 염들 및/또는 유기 포스페이트 염들을 포함하는 것인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
- 제 4 항에 있어서,
상기 pH 조절된 무기 에스테르 염은 아스코르빌 설페이트 염, 셀룰로오스 설페이트 염, 글루코오스 설페이트 염, 이노시톨 헥사설페이트 염, 라우릴 설페이트 염, 옥틸 설페이트 염, 스타치 설페이트 염, 수크로오스 옥타설페이트 염 및 그들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 약한 유기 산은 아스코르브 산, 시트르 산, 락틴 산, 니코틴 산, 하이드록시 숙시산 (애플 산) 및 그들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 매트릭스 물질은 수용성 물질 및/또는 수투과성 물질인 것인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
- 제 7 항에 있어서,
상기 수용성 매트릭스 물질은 셀룰로오스 아세테이트 (D.S.=0.8±0.2), 카르복시메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올, 스타치, 당질 및 그들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
- 제 7 항에 있어서,
상기 수투과성 물질은 에틸 셀룰로오스, 셀락, 제인, 셀룰로오스 아세테이트 (D.S.=2.0-2.6), 셀룰로오스 프탈레이트, 다공성 실리콘 탄성중합체들, 아크릴 에스테르들 및 그들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
- 코팅된 셀룰로오스 아세테이트 토우 필터 요소 및 상기 필터 요소를 둘러싸는 플러그 랩을 포함하는 환경적으로 분해할 수 있는 담배 필터로서,
약한 산 및 pH 조절된 무기 에스테르 염을 포함하는 필을 더 포함하고,
수용성 또는 수투과성 물질의 내부층에 의해 둘러싸인 상기 pH 조절된 에스테르 염은 8 이하의 pH를 가지고, 상기 내부층을 둘러싸는 셀룰로오스 아세테이트의 외부층은 2.0-2.6 범위의 D.S.를 가지는 것인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배 필터.
- 제 10 항에 있어서,
상기 pH는 1-8의 범위인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
- 제 10 항에 있어서,
상기 pH는 4-7의 범위인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
- 제 10 항에 있어서,
상기 pH 조절된 무기 에스테르 염은 유기 설페이트 염들 및/또는 유기 포스페이트 염들을 포함하는 것인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
- 제 13 항에 있어서,
상기 pH 조절된 무기 에스테르 염은 아스코르빌 설페이트 염, 셀룰로오스 설페이트 염, 글루코오스 설페이트 염, 이노시톨 헥사설페이트 염, 라우릴 설페이트 염, 옥틸 설페이트 염, 스타치 설페이트 염, 수크로오스 옥타설페이트 염 및 그들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
- 제 10 항에 있어서,
상기 약한 유기 산은 아스코르브 산, 시트르 산, 락틴 산, 니코틴 산, 하이드록시 숙시산 (애플 산) 및 그들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
- 제 10 항에 있어서,
상기 매트릭스 물질은 수용성 물질 및/또는 수투과성 물질인 것인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
- 제 16 항에 있어서,
상기 수용성 매트릭스 물질은 셀룰로오스 아세테이트 (D.S.=0.8±0.2), 카르복시메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올, 스타치, 당질 및 그들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
- 제 16 항에 있어서,
상기 수투과성 물질은 에틸 셀룰로오스, 셀락, 제인, 셀룰로오스 아세테이트 (D.S.=2.0-2.6), 셀룰로오스 프탈레이트, 다공성 실리콘 탄성중합체들, 아크릴 에스테르들 및 그들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것인, 환경적으로 분해할 수 있는 담배필터.
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