KR20150004433A

KR20150004433A - 담배 필터

Info

Publication number: KR20150004433A
Application number: KR1020147034801A
Authority: KR
Inventors: 히로키 다니구치; 히로키 가라카네
Original assignee: 주식회사 다이셀
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2015-01-12
Also published as: KR101516927B1; EP2862456A1; EP2862456B1; PL2862456T3; RU2571020C1; CN104379007A; JP2013255470A; JP5225489B1; EP2862456A4; US9289013B2; CN104379007B; LT2862456T; WO2013186938A1; US20150164134A1; CA2876046A1; CA2876046C

Abstract

(과제) 건조시의 강도와 습윤시의 붕괴성을 양립시킬 수 있는 담배 필터를 제공하는 것에 있다.
(해결 수단) 담배 필터는, 셀룰로오스에스테르 단섬유와 펄프와 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염을 함유하는 필터 플러그를 구비하고 있다. 필터 플러그에 있어서의 알칼리 금속의 함유량은, 필터 플러그 1 g 에 대해, 2 ∼ 100 μ㏖ 이다. 수용성 아니온성 고분자는, 폴리아크릴산, 및 카르복실기를 갖는 다당류에서 선택된 적어도 1 종이어도 된다.

Description

담배 필터{CIGARETTE FILTER}

본 발명은, 건조시의 강도가 높음에도 불구하고 습윤시의 붕괴성이 우수한 담배 필터에 관한 것이다.

담배 필터는 흡연시에는 흡연자의 손가락으로부터의 압축력에 견디기 위해 기계적 강도가 요구된다. 한편, 담배 필터가 자연 환경 중에 방치된 경우에는 수분 등에 의해 신속하게 붕괴되는 것이 바람직하다. 이와 같은 담배 필터는, 만일 불법으로 폐기된 경우에도 신속하게 붕괴되어 생분해시킬 수 있기 때문에 환경 오염을 저감시킬 수 있다. 따라서, 건조시의 강도와 습윤시의 붕괴성을 양립시킨 담배 필터가 요구되고 있다.

예를 들어, 일본 특허공보 제3677309호 (특허문헌 1) 에는, 무권축 (無捲縮) 의 셀룰로오스에스테르 단섬유와 고해 (叩解) 펄프가 함유된 초지 구조를 갖는 시트상의 담배 필터 소재로서, 상기 고해 펄프의 고해도가 쇼퍼리글러식 여수도 (濾水度) 20 ∼ 90°SR 이고, 상기 무권축의 셀룰로오스에스테르 단섬유가, 평균 섬유 길이 1 ∼ 10 ㎜, 섬도 1 ∼ 10 데니어의 단섬유인 담배 필터 소재가 개시되어 있다. 이 문헌에는, 시트상 소재의 조제시에, 인체에 악영향을 미치지 않고, 끽미 및 붕괴성을 저해하지 않는 바인더 (예를 들어, 수용성 접착제) 를 사용해도 되고, 상기 바인더의 사용량은 가능한 한 소량 (예를 들어, 소재 전체에 대해 10 중량％ 이하) 이 바람직하다고 기재되어 있다. 이 문헌의 실시예에서는, 무권축 셀룰로오스아세테이트 단섬유와 고해 펄프를 습식 초조하여 얻어진 시트에 대해, 카르복시메틸셀룰로오스 수용액을 건조 중량 기준으로 3 중량％ 스프레이하여 시트상 소재를 얻은 예가 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 평7-75542호 (특허문헌 2) 에는, 셀룰로오스에스테르 섬유의 토우와, 이 토우에 함유되고 상기 섬유를 접착시키는 수용성 고분자가 함유된 담배 필터로서, 토우 100 중량부에 대한 물의 양이 25 중량부 이하에서 토우를 로드상으로 성형함으로써 얻어지는 필터 로드가 함유되어 있는 담배 필터가 개시되어 있다. 이 문헌의 실시예에서는, 개섬한 아세트산셀룰로오스 권축 섬유 토우에 대해, 수용성 고분자로서의 카르복시메틸셀룰로오스나트륨염을 5 중량％ 첨가하고, 토우를 지권 (紙卷) 장치에 이송하여 필터를 권취지로 감아 담배 필터 팁을 얻은 예가 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 평8-322539호 (특허문헌 3) 에는, 셀룰로오스에스테르 조성물과 물에 대한 분산성이 양호한 바인더로 이루어지는 부직포를 봉상으로 감아 이루어지는 담배 필터가 개시되어 있다. 이 문헌의 실시예에서는, 셀룰로오스아세테이트 단섬유를 기류에 의해 스크린 와이어에 분무하여 적층함과 함께, 와이어 상의 혼합물에 대해, 5 ％ 수용액의 카르복시메틸셀룰로오스를 사용하여 10 중량％ 를 스프레이한 후, 프레스, 건조시키고, 부직포를 크레이프 롤로 처리한 후 감아 필터 플러그를 제작한 예가 기재되어 있다.

이들 소재를 사용한 담배 필터는, 수분에 의해 붕괴되는 성질을 나타낸다. 그러나, 그 붕괴 속도는 만족스러운 것은 아니고, 수분에 의해 즉시 붕괴되는 것과 같은 붕괴성을 갖는 것은 아니었다. 또, 이들 문헌에는, 담배 필터의 강도를 향상시키기 위해 카르복시메틸셀룰로오스 금속염을 첨가하는 것이 기재되어 있는데, 카르복시메틸셀룰로오스 금속염의 첨가량이 증대됨에 따라 필터 강도가 증대되지만, 한편, 붕괴성이 저하되는 거동을 나타낸다. 그 때문에, 필터 강도를 확보하면, 단시간 내에 붕괴되지 못하여, 수붕괴성이 여전히 충분하지 않다. 이와 같이, 건조시의 강도와 습윤시의 붕괴성의 양립은 여전히 곤란하다.

일본 특허공보 제3677309호 (특허 청구의 범위, 단락 [0029], 실시예) 일본 공개특허공보 평7-75542호 (특허 청구의 범위, 실시예) 일본 공개특허공보 평8-322539호 (특허 청구의 범위, 실시예)

따라서, 본 발명의 목적은, 건조시의 강도와 습윤시의 붕괴성을 양립시킬 수 있는 담배 필터를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 습윤시에 매우 단시간에 붕괴될 수 있는 담배 필터를 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, 상기 과제를 달성하기 위해, 수용성 고분자의 첨가량과 필터 특성의 관계에 대해 예의 검토한 결과, 수용성 고분자를 첨가하지 않고 셀룰로오스에스테르 단섬유와 펄프를 초지하면, 건조시의 강도가 저하될 뿐만 아니라, 셀룰로오스에스테르 단섬유 및 펄프의 수소 결합에 의해 표면이 막상으로 각질화 또는 경질화되어 습윤시의 붕괴성이 저하되는 것, 셀룰로오스에스테르 단섬유 및 펄프에 대해 특정량의 소량의 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염을 첨가하면, 건조 상태에서는, 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염을 개재하여 셀룰로오스에스테르 단섬유와 펄프를 일체화하여 강도를 향상시킬 수 있음에도 불구하고, 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염이, 펄프의 셀룰로오스 섬유간의 수소 결합, 및 펄프의 셀룰로오스 섬유와 셀룰로오스에스테르 단섬유의 수소 결합에 의한 각질화를 저해하기 때문인지, 습윤 상태에서는 매우 단시간에 수붕괴될 수 있는 것을 알아내어 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명의 담배 필터는, 셀룰로오스에스테르 단섬유와 펄프와 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염을 함유하는 필터 플러그 (또는 봉상 필터 소재) 를 구비하고 있다. 필터 플러그에서의 알칼리 금속 (수용성 아니온성 고분자에서 유래하는 알칼리 금속) 의 함유량은, 필터 플러그 1 g 에 대해, 2 ∼ 100 μ㏖ (예를 들어, 2 ∼ 90 μ㏖) 이다.

수용성 아니온성 고분자는, 폴리아크릴산, 및 카르복실기를 갖는 다당류에서 선택된 적어도 1 종 (예를 들어, 카르복시메틸셀룰로오스, 알긴산) 이어도 된다. 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염의 1 중량％ 수용액 점도는, 온도 25 ℃ 에 있어서, B 형 점도계로 회전수 60 rpm 으로 측정하였을 때, 100 mPa·s 이하여도 된다.

본 발명은, 셀룰로오스에스테르 단섬유와 펄프와 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염을 함유하며, 또한 알칼리 금속 (수용성 아니온성 고분자에서 유래하는 알칼리 금속) 의 함유량이, 시트 전체 1 g 에 대해, 2 ∼ 100 μ㏖ 인 초지 시트 (또는 시트상 필터 소재) 도 포함한다.

본 발명에서는, 셀룰로오스에스테르 단섬유 및 펄프에 대해, 소량의 특정량의 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염을 첨가하기 때문에, 건조시의 기계적 강도와 습윤시의 붕괴성을 양립시킬 수 있다. 즉, 본 발명에서는, 습윤시에 매우 단시간 내에 붕괴될 수 있다.

도 1 은, 실시예의 시트상 필터 소재에 있어서의 나트륨 함유량과 붕괴 용이성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2 는, 실시예의 봉상 필터 소재에 있어서의 나트륨 함유량과 붕괴 용이성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3 은, 실시예의 시트상 필터 소재의 붕괴 용이성과 실시예의 봉상 필터 소재의 붕괴 용이성의 관계를 나타내는 그래프이다.

[담배 필터]

본 발명의 담배 필터는, 필터의 본체인 필터 플러그를 구비하고 있고, 통상, 추가로 필터 플러그를 피복하는 권지 (卷紙) 를 구비하고 있다. 필터 플러그는, 셀룰로오스에스테르 단섬유와 펄프와 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염을 함유하고 있다. 이와 같은 담배 필터는, 통상, 본 발명에서 말하는 바인 필터 플러그를 권지로 감고, 이것을 다시 담배의 본체부와 종이 (팁 페이퍼) 로 감아 일체화된 것이다.

담배 필터는, 관용의 방법, 예를 들어, 종이 필터용 권상 장치 (예를 들어, 필터 플러그 권상기) 를 사용하여, 초지 시트를 봉상으로 감음으로써 얻어진다. 구체적으로는, 필요에 따라 엠보싱 가공 또는 크레이프 가공을 실시한 초지 시트를, 상기 권상기의 로트 중에 감아 넣은 후, 권지에 의해 봉상으로 감고, 풀 접착하고, 소정의 길이로 절단함으로써, 담배 필터를 제작할 수 있다. 상기 감기 공정에 있어서, 크레이프화된 초지 시트는, 주름이 연장되는 방향에 대해 횡단 또는 대략 직교하는 방향으로 감는 경우가 많다. 상기 풀 접착 공정에 있어서, 원통상의 권지끼리의 단부에서의 풀 접착, 감긴 봉상의 초지 시트와 권지의 풀 접착은, 습윤시의 붕괴성 면에서, 수용성 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 수용성 접착제를 사용한 담배 필터로는, 일본 공개특허공보 평9-47271호를 참조할 수 있다.

또, 권지 또는 팁 페이퍼에 대해서는, 수해성이 있는 종이로 형성하는 것이 바람직하다. 일본 공개특허공보 평9-49188호에 기재되어 있는 바와 같이, 수용성 고분자와 알칼리성 화합물을 함유하는 도공액을 수해성 기재의 적어도 편면에 도공하거나, 혹은 수해성 기재에 함침 가공한 권지 또는 팁 페이퍼를 사용하는 것이 바람직하다.

(셀룰로오스에스테르 단섬유)

셀룰로오스에스테르로는, 셀룰로오스아세테이트가 바람직하다.

셀룰로오스에스테르의 평균 치환도는 2.4 ∼ 2.6 정도이다. 평균 치환도는 중화 적정, NMR 등의 관용의 방법으로 측정할 수 있다.

셀룰로오스에스테르의 점도 평균 중합도는, 예를 들어, 10 ∼ 1000, 바람직하게는 50 ∼ 900, 더욱 바람직하게는 200 ∼ 800 정도이다. 점도 평균 중합도는, 우다 등의 극한 점도법 (우다 카즈오, 사이토 히데오, 섬유 학회지, 제18권 제1호, 105 ∼ 120페이지, 1962년) 에 의해 측정할 수 있다. 구체적으로는, 셀룰로오스에스테르를 용매 [메틸렌클로라이드/메탄올 ＝ 9/1 (중량비) 의 혼합 용매 등] 에 용해시켜, 소정의 농도 c (2 g/ℓ) 의 용액을 조제하고, 이 용액 및 용매를, 각각, 오스트발트 점도계에 주입하여, 25 ℃ 에서 점도계의 각선 (刻線) 사이를 지나는 시간 t 및 t₀ 을 측정하고, 하기 식에 따라 점도 평균 중합도를 산출할 수 있다.

η_rel ＝ t/t₀

[η] ＝ (lnη_rel)/c

DP ＝ [η]/(6 × 10^-4)

(식 중, t 는 용액의 통과 시간, t₀ 은 용매의 통과 시간, c 는 용액의 농도, η_rel 은 상대 점도, [η] 는 극한 점도, DP 는 점도 평균 중합도를 나타낸다)

상기 셀룰로오스에스테르의 구조 및 물성은, 담배 필터를 물에 붕괴시키고, 고형분 (비수용성 성분) 을 분리하여, 분리된 고형분으로부터 소정의 용매를 사용하여 셀룰로오스에스테르를 추출한 후 분석할 수 있다.

상기 셀룰로오스에스테르는 단섬유상이며, 필요에 따라 권축되어 있어도 되지만, 물에 대한 분산성이나 붕괴성 면에서, 비권축 섬유 (또는 무권축 섬유) 인 것이 바람직하다. 또한, 비권축 섬유란, 완전하게 직선상인 섬유뿐만 아니라, 다소 만곡된 섬유를 포함한다. 이와 같은 섬유는, 예를 들어, 수중에서 수류 등에 의해 미소한 전단력이 작용됨으로써, 용이하게 형상이 변화되어 직선상이 되기 때문에, 물에 대한 분산성이나 붕괴성을 유지할 수 있다. 비권축 섬유는, 권축하지 않고 방사 (紡絲) (건식 방사, 습식 방사, 용융 방사 등) 함으로써 얻어도 되고, 권축 섬유를 수증기 등의 가열 수단으로 가열하면서 장력을 작용시키는 등의 방법에 의해 권축을 완전히 해제하고 신장시킴으로써 얻어도 된다.

셀룰로오스에스테르 단섬유의 평균 섬유 길이 (권축 섬유의 경우, 말단간의 거리의 평균치) 는, 예를 들어, 1 ∼ 6 ㎜, 바람직하게는 1.2 ∼ 5 ㎜, 더욱 바람직하게는 1.3 ∼ 4.5 ㎜ (예를 들어, 1.5 ∼ 4 ㎜) 정도이다. 또한, 평균 섬유 길이가 지나치게 짧으면, 시트 강도가 저하되어, 감을 때에 시트가 파단될 가능성도 있고, 평균 섬유 길이가 지나치게 길면, 섬유의 낙합 때문에 물에 대한 분산성이 저하되어, 습식 초조에 의한 시트화가 곤란하게 되고, 습윤시의 붕괴성도 저하되기 쉽다.

셀룰로오스에스테르 단섬유의 평균 섬유 직경은, 예를 들어, 1.5 ∼ 5 데니어, 바람직하게는 2 ∼ 4 데니어, 더욱 바람직하게는 2.5 ∼ 3.5 데니어 정도이다.

셀룰로오스에스테르 단섬유의 단면 형상은, 특별히 제한되지 않고 Y 자상이어도 된다.

상기 셀룰로오스에스테르 단섬유의 권축성, 평균 섬유 길이, 평균 섬유 직경 및 단면 형상은, 담배 필터를 물에 붕괴시키고, 이 붕괴물을 현미경으로 관찰함으로써 측정할 수 있다.

(펄프)

펄프는, 셀룰로오스에스테르 단섬유와 낙합되어 접착되기 때문에, 건조시의 기계적 강도를 향상시킬 수 있음과 함께, 담배 유해 성분의 여과 성능을 향상시킬 수 있다.

펄프로는, 천연 셀룰로오스 펄프가 바람직하고, 대표적으로는 린터 펄프, 목재 펄프 (예를 들어, 침엽수 펄프, 활엽수 펄프) 이다. 또, 펄프는, 화학 펄프 (크래프트 펄프, 술파이트 펄프) 가 바람직하고, 셀룰로오스 함유율을 높여 강도를 증대시킬 수 있는 점에서, 크래프트 펄프가 바람직하다. 또한, 펄프는, 미표백 펄프여도 되고, 색상 면에서 표백 펄프여도 된다.

이들 펄프는, 통상, 관용의 고해기 또는 해쇄기로 고해하여 사용하는 경우가 많다. 고해 펄프의 고해도는, 예를 들어, 쇼퍼리글러식 여수도 10 ∼ 90°SR, 바람직하게는 15 ∼ 70°SR, 더욱 바람직하게는 20 ∼ 50°SR 정도이다. 고해도가 지나치게 낮으면, 셀룰로오스에스테르 단섬유와의 접착성이 저하되어, 시트 강도가 저하되기 쉽고, 고해도가 지나치게 높으면, 섬유간의 결합력이나 접착성이 지나치게 강해져, 습윤시의 붕괴성이 저하되기 쉽다.

필터 플러그에 있어서의 셀룰로오스에스테르 단섬유와 펄프의 비율은, 예를 들어, 전자/후자 (중량비) ＝ 30/70 ∼ 95/5 (예를 들어, 35/65 ∼ 92/8), 바람직하게는 40/60 ∼ 90/10 (예를 들어, 50/50 ∼ 88/12), 더욱 바람직하게는 60/40 ∼ 85/15 (예를 들어, 70/30 ∼ 80/20) 정도이다. 셀룰로오스에스테르 단섬유의 비율이 지나치게 적으면, 습윤시의 붕괴성이 저하되기 쉬운 데다가, 담배의 끽미가 떨어져, 페놀류 등에 대한 선택 제거성이 저하되기 쉽다. 한편, 펄프의 비율이 지나치게 적으면, 시트 강도가 저하되기 쉽다.

셀룰로오스에스테르 단섬유와 펄프의 비율을 분석하려면, 담배 필터로부터 권지를 제거한 필터 플러그를 물에 붕괴시킨 후, 과잉량의 물로 세정하여, 수용성 아니온성 고분자를 제거하고, 여과에 의해 고형분을 분리한다. 얻어진 고형분을 과잉량의 아세톤으로 세정하여 셀룰로오스에스테르를 용해시켜 제거한다. 잔류물을 칭량하고, 필터 플러그의 중량과 대비함으로써, 셀룰로오스에스테르 단섬유와 펄프의 비율이 구해진다. 또한, 수용성 아니온성 고분자의 함유량은, 세정수를 농축시키고, 건조시켜 고형분을 별도 칭량함으로써 구해진다.

(수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염)

본 발명에서는, 소량의 특정량의 수용성 고분자를 첨가함으로써, 건조시의 고강도와 습윤시의 붕괴성을 양립시킬 수 있다. 수용성 고분자로는 아니온성과 카티온성의 수용성 고분자가 있는데, 본 발명에서 사용할 수 있는 것은 아니온성의 수용성 고분자, 특히, 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염이다. 소량의 특정량의 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염은, 건조 상태에서는, 셀룰로오스 단섬유와 펄프를 일체화하여 강도를 향상시킬 수 있음과 함께, 섬유간의 수소 결합을 저해하여 각질화 (표면과 그 근방의 성분이 응축되어 막상으로 경질화되는 현상) 를 억제할 수 있기 때문인지, 붕괴성을 현저하게 향상시킬 수 있다.

수용성 아니온성 고분자로는, 다당류 (카르복시메틸셀룰로오스, 카르복시메틸에틸셀룰로오스 등의 카르복시메틸C2-3알킬셀룰로오스, 카르복시메틸스타치, 알긴산 등의 카르복실기를 갖는 다당류；펙틴, 카라기난, 히알루론산, 콘드로이틴황산 등의 술포기를 갖는 다당류 등), 폴리아크릴산 등을 예시할 수 있다.

수용성 아니온성 고분자의 산성기 (카르복실기, 술포기 등) 는, 알칼리 금속과 염을 형성하고 있다. 알칼리 금속으로는, 리튬, 나트륨, 칼륨 등을 예시할 수 있다. 이들 알칼리 금속은, 단독으로 또는 2 종 이상 조합해도 된다. 이들 알칼리 금속 중 나트륨이 바람직하다.

수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염의 중화도는, 0.6 이상, 바람직하게는 0.9 이상, 더욱 바람직하게는 1.0 이다. 중화도가 지나치게 낮으면, 건조시에 수용성 아니온성 고분자의 미치환 수산기와 카르복실기가 반응 (가열 탈수 반응) 하여 가교되기 때문에, 붕괴성이 저하된다.

중화도는, 예를 들어, 이하의 방법으로 측정, 산출할 수 있다. 담배 필터를 과잉량의 물로 세정하여, 고형물을 제거하고, 얻어진 세정수를 농축시켜 수용성 아니온성 고분자의 추출 용액 S 를 얻는다. 이 용액의 일부를 수산화나트륨 수용액으로 중화 적정하고, 알칼리의 소비량 A₁ (㏖) 을 산출한다. 한편, 상기와 동량의 추출 용액 S 를 과잉의 염산 B (㏖) 를 첨가하여, 모든 염 형성기를 산형으로 한 후, 수산화나트륨 수용액으로 중화 적정하고, 알칼리의 소비량 A₂ (㏖) 를 산출한다. A₁, A₂ 및 B 를 다음 식에 대입하여, 수용성 아니온성 고분자의 중화도 α 를 산출할 수 있다.

α ＝ (B － A₂)/(A₁ ＋ B － A₂)

또, 추출 용액 S 및 이 용액을 과잉량의 염산에 의해 산형으로 한 용액을 건조시켜 수용성 아니온성 고분자의 분말을 얻은 후, 적외 흡수 스펙트럼에 의해, 알칼리 금속염 형태의 카르보닐기의 피크 강도 (I_A) 와 유리 형태의 카르보닐기의 피크 강도 (I_B) 를 측정한다. I_A 및 I_B 를 다음 식에 대입하여, 중화도 α 를 산출해도 된다.

α ＝ 1 － I_A/I_B

이들 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염은, 단독으로 또는 2 종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 이들 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염 중, 습윤시의 붕괴성 면에서, 폴리아크릴산, 카르복실기를 갖는 다당류 (예를 들어, 카르복시메틸셀룰로오스, 카르복시메틸C2-3알킬셀룰로오스, 카르복시메틸스타치, 알긴산) 의 알칼리 금속염이 바람직하다. 특히, 카르복실기 (예를 들어, 카르복시메틸기) 를 갖는 다당류 (예를 들어, 카르복시메틸셀룰로오스, 카르복시메틸C2-3알킬셀룰로오스, 카르복시메틸스타치) 의 알칼리 금속염이 바람직하다.

카르복실기를 갖는 다당류 (예를 들어, 카르복시메틸셀룰로오스) 의 알칼리 금속염에 있어서, 알칼리 금속염을 형성한 카르복실기 (예를 들어, 카르복시메틸기) 의 평균 치환도 (다당류를 구성하는 글루코오스 단위의 2, 3 및 6 위치의 하이드록실기에 대한 평균 치환도；평균 에테르화도；DS 등) 는, 예를 들어, 0.4 ∼ 2.5 (예를 들어, 0.5 ∼ 2.4), 바람직하게는 0.55 ∼ 2 (예를 들어, 0.6 ∼ 1.8), 더욱 바람직하게는 0.65 ∼ 1.5 (예를 들어, 0.7 ∼ 1.2) 정도이다. 평균 치환도가 지나치게 작으면 습윤시의 붕괴성이 저하되기 쉽고, 지나치게 크면 건조시의 강도가 저하되기 쉽다.

수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염의 1 중량％ 수용액의 점도는, 온도 25 ℃ 에 있어서, B 형 점도계로 회전수 60 rpm 으로 측정하였을 때, 예를 들어, 100 mPa·s 이하 (바람직하게는 50 mPa·s 이하) 여도 되고, 통상, 30 mPa·s 이하 (예를 들어, 25 mPa·s 이하), 바람직하게는 20 mPa·s 이하 (예를 들어, 15 mPa·s 이하), 더욱 바람직하게는 측정 한계 ∼ 15 mPa·s (예를 들어, 1 ∼ 15 mPa·s) 여도 된다.

또한, 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염의 2 중량％ 수용액의 점도는, 온도 25 ℃ 에 있어서, B 형 점도계로 회전수 60 rpm 으로 측정하였을 때, 2 mPa·s 이상 (예를 들어, 5 mPa·s 이상), 바람직하게는 8 mPa·s 이상, 더욱 바람직하게는 10 mPa·s 이상 (예를 들어, 10 ∼ 150 mPa·s) 이어도 된다. 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염의 수용액 점도가 지나치게 높으면, 담배 필터가 물의 작용을 받았을 때의 초기에, 섬유 근방에 형성되는 수용성 아니온성 고분자의 수용액이 점조가 되어, 섬유의 확산이 방해되기 때문에, 습윤시의 붕괴성이 저하된다.

수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염의 첨가량은 붕괴성에 크게 영향을 미친다. 즉, 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염의 첨가량과 붕괴성의 관계에 대해 상세하게 검토한 결과, 도 1 또는 도 2 에 나타내는 바와 같이, 알칼리 금속의 함유량이 붕괴성에 크게 영향을 미치고, 알칼리 금속의 함유량이 적으면 수용성 아니온성 고분자간의 결합력이 저하되기 때문인지, 혹은 물이 작용한 초기의 섬유 근방의 용액 점도의 상승이 억제되기 때문인지, 붕괴성이 현저하게 증대되는 (붕괴될 때까지의 시간이 극단적으로 짧아지는) 것이 판명되었다.

보다 상세하게는, 알칼리 금속의 함유량이 100 μ㏖/g 을 초과하면, 붕괴성이 현저하게 저하된다. 한편, 100 μ㏖/g 이하 (예를 들어, 90 μ㏖/g 이하, 바람직하게는 87 μ㏖/g 이하) 이면, 상기 이유로부터 붕괴성을 현저하게 향상시킬 수 있고, 실용적으로 충분한 성능을 갖고 있다. 알칼리 금속의 함유량이 100 μ㏖/g 이 경계치이며, 경계치 부근에서는 붕괴성이 다소 변동되므로, 안정되는 영역으로는 80 μ㏖/g 이하 (예를 들어, 76 μ㏖/g 이하) 이면 매우 바람직하다.

또, 알칼리 금속의 함유량이 지나치게 적어도 붕괴성을 나타내지 않는다. 구체적인 수치로는, 2 μ㏖/g 을 경계로 하여 이 경계치보다 알칼리 금속의 함유량이 적으면, 섬유간의 수소 결합의 저해가 불충분하여, 각질화 (경질화) 되어 덩어리상이 되기 때문인지, 충분한 붕괴성이 얻어지지 않는다.

이와 같은 거동으로부터, 알칼리 금속의 함유량은, 필터 플러그 1 g 에 대해, 2 ∼ 100 μ㏖, 바람직하게는 2 ∼ 90 μ㏖, 더욱 바람직하게는 2 ∼ 87 μ㏖, 특히 3 ∼ 75 μ㏖ 정도이다. 알칼리 금속의 함유량은, 필터 플러그를 재화하고, 소성 후, 원자 흡광 분석, 유도 결합 플라즈마 발광 분광 분석으로 측정할 수 있다.

수용성 아니온성 고분자 알칼리 금속염의 함유량 (아니온성기의 몰량) 은, 알칼리 금속의 함유량 (몰량) 과 거의 동일해도 된다. 즉, 필터 플러그 1 g 에 대해, 수용성 아니온성 고분자 알칼리 금속염의 함유량 (아니온성기의 몰량) 은, 상기와 동일한 범위 (예를 들어, 2 ∼ 100 μ㏖ 정도) 에서 선택할 수 있다. 또한, 수용성 아니온성 고분자 알칼리 금속염의 존재는, 담배 필터를 과잉량의 물로 세정하여, 고형물을 제거한 세정수를 농축시키고, 건조시켜 수용성 아니온성 고분자 알칼리 금속염을 함유하는 고화물을 얻은 후, 이 고화물을 적당한 용매에 용해시키고, C13-NMR 등으로 분석함으로써 확인할 수 있다.

담배 필터는, 필요에 따라, 여러 가지 첨가제, 예를 들어, 사이즈제, 안정화제, 착색제, 유제, 수율 향상제, 소포제, 활성탄 등을 함유하고 있어도 된다. 이들 첨가제는, 단독으로 또는 2 종 이상 조합해도 된다.

[초지 시트]

본 발명의 초지 시트 (시트상 필터 소재), 즉, 필터 플러그의 소재는, 셀룰로오스에스테르 단섬유와 펄프와 수용성 아니온성 고분자 알칼리 금속염을 함유하고 있다. 초지 시트에 있어서의 각 성분의 함유량은, 상기 담배 필터 플러그 (봉상 필터 소재) 에 있어서의 각 성분의 함유량과 거의 동일하다.

초지 시트의 평량은, 예를 들어, 10 ∼ 60 g/㎡, 바람직하게는 15 ∼ 45 g/㎡, 더욱 바람직하게는 20 ∼ 40 g/㎡ 정도이다. 평량이 작은 시트는 초지가 곤란하고, 평량이 큰 시트는, 크레이프 가공에 의해 크레이프를 형성하는 것이 곤란해지고, 필터 단면에 불균일한 간극이 생성되기 쉬워진다.

초지 시트의 인장 강도 (kgf/15 ㎜) 는, JIS-P-8113 에 준거하여, 예를 들어, 0.35 ∼ 5, 바람직하게는 0.38 ∼ 4.5, 더욱 바람직하게는 0.4 ∼ 4 (예를 들어, 0.42 ∼ 3.5) 정도이다.

초지 시트는, 관용의 방법, 예를 들어, 셀룰로오스에스테르 단섬유와 필요에 따라 고해된 펄프와 물을 함유하는 조성물 (슬러리) 을 습식 초조함으로써 조제할 수 있다. 구체적으로는, 상기 조성물을 금망 상에 떠서 습지를 조제하고, 이 습지를 탈수하고, 필요에 따라 프레스하고, 건조시킴으로써, 초지 시트를 조제할 수 있다. 상기 습지는, JIS P 8222 에 준하여 손으로 뜨는 것에 의해 조제해도 되고, 관용의 초지기 (장망 초지기, 원망 초지기 등) 를 사용하여 기계적으로 조제해도 된다.

수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염을 함유하는 초지 시트는, 상기 조성물에 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염을 함유시켜 습식 초조함으로써 조제해도 되고, 습식 초조물에 대해 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염의 수용액을 분무, 도포 또는 침지함으로써 조제해도 된다.

수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염의 첨가량 (또는 부착량) 은, 상기 조성물 (또는 상기 습식 초조물) 에 대해, 매우 미량의 범위에서 선택할 수 있고, 50 ∼ 2700 ppm (중량 기준), 바람직하게는 50 ∼ 2400 ppm (중량 기준) 정도여도 된다.

초지 시트는, 필터의 형태로, 담배 연기를 원활하고 균일하게 통과시키는 점에서, 엠보싱 가공 (또는 크레이프 가공) 이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 엠보싱 가공은, 표면에 격자상, 랜덤상 등으로 요철부가 형성된 롤에 초지 시트를 가압시키는 방법이어도 되고, 1 쌍의 상기 롤 사이에 초지 시트를 통과시키는 방법이어도 된다. 또한, 초지 시트의 주행 속도는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 50 ∼ 150 m/분, 바람직하게는 80 ∼ 120 m/분 정도이다. 또, 롤의 표면 온도는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 50 ∼ 200 ℃, 바람직하게는 100 ∼ 150 ℃ 정도이다.

롤의 요철부의 간격 (인접하는 요철부의 중심간 거리의 평균치) 은, 예를 들어, 0.5 ∼ 5 ㎜, 바람직하게는 1 ∼ 4 ㎜ 정도이다. 또, 상기 오목부의 깊이 (볼록부의 높이) 는, 예를 들어, 0.1 ∼ 1 ㎜, 바람직하게는 0.2 ∼ 0.8 ㎜ 정도이다.

또한, 초지 시트 (시트상 필터 소재) 의 붕괴성과 필터 플러그 (봉상 필터 소재) 의 붕괴성의 관계를 상세하게 검토한 결과, 도 3 에 나타내는 바와 같이 직선적인 관계 (정적 상관) 가 있음이 판명되었다. 이 점으로부터, 상기 초지 시트에 소량의 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염을 함유함으로써, 상기 초지 시트를 봉상으로 감아 형성한 필터 플러그도 매우 단시간에 붕괴될 수 있음을 알 수 있다.

실시예

이하에 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예에 있어서의 각 평가 항목의 평가 방법은 이하와 같다.

[나트륨 농도]

시료 0.1 g 을 정밀 칭량하여 백금 도가니에 넣고, 핫 플레이트 및 분젠 버너로 재화한 후, 전기로로 400 ℃ 에서 1 시간, 계속해서 500 ℃ 에서 1.5 시간 건식 분해 (소성) 를 실시한 후, 원자 흡광 분석용 질산 (칸토 화학 주식회사 제조) 을 초순수로 10 배로 희석한 용액을 첨가하고, 시계 접시로 덮고, 샌드 배스 (250 ℃ 설정) 상에서 가열 용해시켰다. 이 용액에 초순수를 실린더의 10 ㎖ 까지 채워 넣고, 유도 결합 플라즈마 발광 분광 분석 장치 (ICP-AES) (리가쿠 제조, CIR0S120) 에 제공하여, 통상적인 방법에 의해 나트륨 농도 (C₁) 를 측정하였다. 한편, 백금 도가니에 시료를 넣지 않고 동일한 조작을 실시함으로써 나트륨 농도 (C₂) 를 측정하였다. 이들 나트륨 농도의 차 (C₁ － C₂) 에 의해, 시료 중의 나트륨 농도를 산출하였다.

또한, 검량선용 표준액은, 칸토 화학 주식회사 제조의 원자 흡광용 표준액 (나트륨 농도 1000 ppm) 을 0.1 N 질산 수용액으로 희석하여, 나트륨 농도 0 ppm, 0.1 ppm, 1 ppm, 10 ppm 을 제작하여 사용하였다.

[카르복시메틸셀룰로오스나트륨염 농도]

시료 중의 나트륨 농도 (C₃) 와 카르복시메틸셀룰로오스나트륨염 (CMC) 의 나트륨 농도 (C₄) 를 하기 식에 대입하여, 시료 중의 CMC 농도 (C₅) 를 산출하였다.

C₅ ＝ (C₃/C₄) × 100

[붕괴 용이성]

실시예의 초지 시트 (시트상 필터 소재) 및 실시예의 담배 필터를 25 ㎜ 의 길이로 절단하고, 권지를 떼어내어 얻어진 필터 플러그 (봉상 필터 소재) 에 대해, 붕괴 용이성을 JIS P 4501 에 준거하여 평가하였다.

[인장 강도]

폭 15 ㎜ 의 시료의 인장 강도는, JIS-P-8113 에 준하여 측정하였다. 또한, 플러그를 제작한 예에서는, 크레이프 가공하기 전의 초지 시트를 시료로 하였다.

[끽미 시험]

향끽미는, 지권 담배 [시판되는 담배 (니혼 담배 산업 (주), 상품명 「피스 라이트·박스」) 의 필터 플러그를 제거한 것] 에 필터 플러그화한 시료를 장착하고, 흡연 애호자 5 명에 의해, 원래 담배와의 비교로, 하기의 기준으로 향끽미의 변화를 평가하고, 5 명의 평균치로 평가하였다.

5：거의 변화가 없다.

4：약간 변화가 느껴진다.

3：분명하게 변화가 느껴진다.

2：크게 변화되어 있다.

1：이질적인 끽미이다.

비교예 1 ∼ 6, 실시예 1 ∼ 7

무권축 셀룰로오스아세테이트 단섬유 (단면 Y 형, 섬도 3.3 데니어, 섬유 길이 3.5 ㎜, 치환도 2.45) 70 중량부와, 고해도 44°SR 의 침엽수 표백 크래프트 펄프 30 중량부와, 소정량의 카르복시메틸셀룰로오스나트륨염 (CMC1220, 주식회사 다이셀 제조, 에테르화도 ＝ 0.86, 1 중량％ 수용액 점도 ＝ 13 mPa·s, 나트륨 농도 8.7 중량％) 을 혼합하여, 펄프 현탁액을 조제하였다. 이 현탁액을 사용하여, JIS P 8222 에 준거하여 습식 초조하고, 탈수 건조시켜, CMC 농도가 상이한 초지 시트를 제작하였다. 초지 시트의 평가 특성을 표 1 에 나타내고, 나트륨 함유량과 붕괴 용이성의 관계를 도 1 에 나타낸다. 또한, 비교예 6 에서는 CMC 를 첨가하지 않고 초지 시트를 조제하였다.

표 1 로부터 분명한 바와 같이, 비교예와 비교하여, 실시예에서는 시트의 인장 강도가 높고, 붕괴될 때까지의 시간이 매우 짧다.

비교예 7 ∼ 12, 실시예 8 ∼ 14

비교예 1 ∼ 6 및 실시예 1 ∼ 7 과 동일하게 펄프 현탁액을 조제하고, 원망식 초지기를 사용하여 습식 초조, 탈수 건조시켜, 표 2 에 나타내는 평량이고 폭 270 ㎜ 인 기계 초지 시트를 조제하였다. 얻어진 기계 초지 시트를, 크레이프화 롤 (표면 온도 140 ℃, 홈 피치 폭 2.0 ㎜, 홈 깊이 0.6 ㎜) 에 의해 100 m/분의 속도로 크레이프 가공하였다. 크레이프 가공한 시트를 150 m/분의 속도로 감아 길이 100 ㎜, 원주 24.5 ㎜ 의 담배 필터를 제작하였다. 얻어진 담배 필터를 25 ㎜ 의 길이로 절단하고, 권지를 떼어내어 필터 플러그만을 꺼냈다. 이 필터 플러그의 평가 특성을 표 2 에 나타내고, 나트륨 함유량과 붕괴 용이성의 관계를 도 2 에 나타낸다. 또한, 필터 플러그의 붕괴 용이성과 상기 초지 시트의 붕괴 용이성의 관계를 도 3 에 나타낸다.

표 2 로부터 분명한 바와 같이, 비교예와 비교하여, 실시예에서는 시트의 인장 강도가 높고, 붕괴될 때까지의 시간이 매우 짧다. 또한, 실시예에서는, 향끽미의 변화도 적다.

비교예 13 (특허문헌 1 의 실시예 18 에 상당)

무권축 셀룰로오스아세테이트 단섬유 (단면 Y 형, 섬도 3 데니어, 섬유 길이 4 ㎜, 치환도 2.45) 60 중량부와, 고해도 40°SR 의 침엽수 표백 크래프트 펄프 40 중량부를 사용하고, 원망식 초지기를 사용하여 습식 초조하고, 탈수 건조시켜 기계 초지 시트를 조제하였다. 이 기계 초지 시트에, 5 중량％ 농도의 카르복시메틸셀룰로오스 수용액을, 건조 중량 기준으로 기계 초지 시트에 대해 3 중량％ 스프레이하고 건조시킴으로써, 평량 30 g/㎡, 폭 270 ㎜ 의 시트상 소재를 조제하였다. 이 시트상 소재의 세로 방향의 인장 강도는 1.48 kgf/15 ㎜ 였다.

얻어진 시트상 소재를, 크레이프화 롤 (표면 온도 140 ℃, 홈 피치 폭 2.0 ㎜, 홈 깊이 0.6 ㎜) 에 의해 100 m/분의 속도로 크레이프 가공하였다. 크레이프 가공한 시트상 소재를 150 m/분의 속도로 감아 길이 100 ㎜, 원주 24.5 ㎜ 의 담배 필터를 제작하였다. 얻어진 담배 필터를 25 ㎜ 의 길이로 절단하고, 권지를 떼어내어 필터 플러그만을 꺼냈다. 이 필터 플러그의 붕괴 용이성은, JIS P 4501 에 준거하여 91 초였다.

실시예 15 ∼ 17

무권축 셀룰로오스아세테이트 단섬유의 섬유 길이를 표 3 에 나타내는 길이로 바꾼 것 이외에는, 실시예 13 과 동일하게 하여 필터 플러그를 제작하였다. 이 필터 플러그의 평가 특성을 표 3 에 나타낸다.

표 3 으로부터 분명한 바와 같이, 셀룰로오스아세테이트 단섬유의 섬유 길이가 짧아짐에 따라, 붕괴성이 약간 증대되는 경향을 나타낸다.

실시예 18 ∼ 20

무권축 셀룰로오스아세테이트 단섬유와 침엽수 표백 크래프트 펄프의 배합량을 표 4 에 나타내는 양으로 바꾼 것 이외에는, 실시예 13 과 동일하게 하여 필터 플러그를 제작하였다. 이 필터 플러그의 평가 특성을 표 4 에 나타낸다.

표 4 로부터 분명한 바와 같이, 셀룰로오스아세테이트 단섬유의 배합량이 많아짐에 따라, 붕괴성이 약간 높아지는 경향을 나타낸다.

실시예 21 ∼ 23

카르복시메틸셀룰로오스나트륨염 CMC1220 대신에, CMC1110 (주식회사 다이셀 제조, 에테르화도 ＝ 0.73, 2 중량％ 수용액 점도 ＝ 111 mPa·s), 알긴산나트륨 (키미카알긴 BL-2, 주식회사 키미카 제조, 1 중량％ 수용액 점도 ＝ 36 mPa·s), 또는 폴리아크릴산나트륨 (주리머 AC-103, 토아 합성 주식회사 제조, 고형분 농도 40 중량％ 수용액 점도 ＝ 350 mPa·s) 을 사용한 것 이외에는, 실시예 13 과 동일하게 하여 필터 플러그를 제작하였다. 이 필터 플러그의 평가 특성을 표 5 에 나타낸다.

표 5 로부터 분명한 바와 같이, 아니온성 고분자의 알칼리 금속염이 상이한 종류라 하더라도, 시트의 인장 강도가 높고, 붕괴에 필요로 하는 시간이 매우 짧다.

산업상 이용가능성

본 발명의 담배 필터는, 건조 담배잎을 포함하는 담배 본체에 장착하여 이용할 수 있다. 담배 필터의 배치 형성 부위는 특별히 제한되지 않고, 담배 본체의 입으로 무는 부위, 또는 입으로 무는 부위와 담배 본체 사이에 배치 형성하는 경우가 많다. 이와 같은 담배는, 건조시의 강도가 우수하고, 흡연하기 쉬우며, 만일 불법으로 투기된 경우에도 빗물 등에 의해 붕괴되어 환경 오염을 경감시킬 수 있다.

Claims

셀룰로오스에스테르 단섬유와 펄프와 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염을 함유하는 필터 플러그를 구비한 담배 필터로서, 상기 필터 플러그에서의 알칼리 금속의 함유량이, 필터 플러그 1 g 에 대해, 2 ∼ 100 μ㏖ 인 담배 필터.
제 1 항에 있어서,
수용성 아니온성 고분자가, 폴리아크릴산, 및 카르복실기를 갖는 다당류에서 선택된 적어도 1 종인 담배 필터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
수용성 아니온성 고분자가, 카르복시메틸셀룰로오스 또는 알긴산인 담배 필터.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
알칼리 금속의 함유량이, 필터 플러그 1 g 에 대해, 2 ∼ 90 μ㏖ 인 담배 필터.
셀룰로오스에스테르 단섬유와 펄프와 수용성 아니온성 고분자의 알칼리 금속염을 함유하는 초지 시트로서, 알칼리 금속의 함유량이, 시트 전체 1 g 에 대해, 2 ∼ 100 μ㏖ 인 초지 시트.