KR20150054007A - 연기 필터용 다공질을 형성하기 위한 장치, 시스템 및 관련 방법 - Google Patents

연기 필터용 다공질을 형성하기 위한 장치, 시스템 및 관련 방법 Download PDF

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KR20150054007A
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로턴 이 카이저
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Abstract

흡연 장치와 연결하여 사용하기에 적절한 다공질을 제조하기 위한 대량 생산 방법은, 원하는 단면 형태를 형성하도록 매트릭스 물질과 페이퍼 래퍼를 연속적으로 결합하고 - 상기 매트릭스 물질은 페이퍼 래퍼로 구속되고, 바인더 입자와 활성 입자를 포함함 - ; 복수의 접촉 지점에서 매트릭스 물질을 바인딩하도록 매트릭스 물질의 최소한 일부를 가열하여 다공질 장체를 형성하고 - 상기 가열은 매트릭스 물질의 최소한 일부를 마이크로웨이브 방사선으로 조사하는 것을 포함함 - ; 다공질 장체를 냉각하고; 방사방향으로 다공질 장체를 커팅하여 다공질을 생성하는 것을 포함할 수 있다.

Description

연기 필터용 다공질을 형성하기 위한 장치, 시스템 및 관련 방법{APPARATUSES, SYSTEMS, AND ASSOCIATED METHODS FOR FORMING POROUS MASSES FOR SMOKE FILTER}
본 출원은 2011년 10월 14일에 출원된 PCT/US11/56388을 우선권으로 하고 2011년 10월 15일에 출원된 미국 임시 특허 출원 제 61/393, 378을 우선권으로 하는 WO2012/051548호로 공개된 바 있다.
본 발명은 연기 필터에 사용될 수 있는 다공질을 생성하는 장치, 시스템 및 관련 방법에 관한 것이다.
질병 통제 및 예방을 위한 센터는 2012년, 미국에서만 3000억 개 이상의 담배와 130억개 이상의 시가가 판매되었다고 보고하고 있다. 연초 제품 규제에 관한 새로운 국제 권고의 관점에서, 연초 연기 필터를 만드는 데 사용되는 보다 효율적인 연초 연기 필터 및 물질에 대한 필요성이 있다. 이와 같련된 한 기술은 2011 년 10 월 14 일에 제출된 공동 출원 PCT 출원 번호 PCT/US11/56388에 서술된 다공질을 포함한다. 일반적으로 다공질은 통상 열을 적용하여 복수의 접촉지점에서 기계적으로 바인딩되는 복수의 바인더 입자(예를 들어, 폴리에틸렌) 및 복수의 활성입자(예를들어 탄소 입자 또는 제올라이트)를 포함할 수 있다.
다공질이 국제 여과 규정을 충족하거나 일부측면에서는 초과하나, 이는 비교적 작은 규모로 수행된다. 2012년 미국의 판매량에서 나타난 바와 같이 담배와 시가에 대한 늘어나는 수요를 충족시킬 대량 생산 방법이 필요하다.
본 발명은 연기 필터에 사용될 수 있는 다공질의 대량 생산 장치, 시스템 및 관련 방법에 관한 것이다.
본 발명의 한 실시예는, 의도하는 단면 형상을 형성하기 위해 매트릭스 물질과 페이퍼 래퍼를 연속적으로 결합하고, 상기 매트릭스 물질은 바인더 입자와 활성 입자를 포함하며;
복수의 접촉 지점에 매트릭스 물질을 바인딩하도록 매트릭스 물질의 적어도 일부분을 가열하여 다공질 장체를 형성하고, 상기 가열은 매스릭스 물질의 최소한 일부분을 마이크로웨이브 조사로 처리하는 것을 포함하며;
다공질 장체를 냉각하고; 및
방사방향으로 다공질 장체를 커팅하여 다공질을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는, 의도하는 단면 형상을 형성하기 위해 매트릭스 물질과 페이퍼 래퍼를 연속적으로 결합하고, 상기 매트릭스 물질은 페이퍼 래퍼로 구속되며 복수의 탄소 입자를 포함하는 바인더 입자와 활성입자를 포함하며;
복수의 접촉 지점에 매트릭스 물질을 바인딩하도록 매트릭스 물질의 적어도 일부분을 가열하여 다공질 장체를 형성하고, 상기 가열은 매스릭스 물질의 최소한 일부분을 마이크로웨이브 조사로 처리하는 것을 포함하며; 및
방사방향으로 다공질 장체를 커팅하여 다공질을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 의도하는 단면 형상을 형성하기 위해 매트릭스 물질과 페이퍼 래퍼를 연속적으로 결합하고, 상기 매트릭스 물질은 페이퍼 래퍼로 구속되며 복수의 탄소 입자를 포함하는 바인더 입자와 활성입자를 포함하며;
복수의 접촉 지점에 매트릭스 물질을 바인딩하도록 매트릭스 물질의 적어도 일부분을 가열하여 다공질 장체를 형성하고, 상기 가열은 매스릭스 물질의 적어도일부분을 마이크로웨이브 조사로 처리하는 것을 포함하며, 상기 마이크로웨이브 조사 처리는 약 10초 또는 그 이하의 연속시간으로 발생하며; 및
상기 다공질 장체는 선형 속도 약 800 m/min 또는 그 이하로 생성되는 것을 포함한다.
본 발명의 특징 및 장점은 하기하는 바람직한 실시예에 대한 설명을 읽음으로써 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 쉽게 명백해진다.
다음 도면은 본 발명의 특정 측면을 설명하기 위해 포함되어 있으며, 배타적인 실시예로 볼 수 없다. 공개된 주제는 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공개의 이익을 위해 수정, 변경 및 형태 및 작용의 균등물로 고려될 수 있다.
도 1A-B는 본 발명(실측으로 표시될 필요는 없음)에 따라 다공질을 형성하기 위한 시스템의 비제한적인 예시.
도 2A-B는 본 발명(실측으로 표시될 필요는 없음)에 따라 다공질을 형성하기 위한 시스템의 비제한적인 예시.
도 3은 본 발명(실측으로 표시될 필요는 없음)에 따라 다공질을 형성하기 위한 시스템의 비제한적인 예시.
도 4는 본 발명(실측으로 표시될 필요는 없음)에 따라 다공질을 형성하기 위한 시스템의 비제한적인 예시.
도 5는 본 발명(실측으로 표시될 필요는 없음)에 따라 다공질을 형성하기 위한 시스템의 비제한적인 예시.
도 6은 본 발명(실측으로 표시될 필요는 없음)에 따라 다공질을 형성하기 위한 시스템의 비제한적인 예시.
도 7은 본 발명(실측으로 표시될 필요는 없음)에 따라 다공질을 형성하기 위한 시스템의 비제한적인 예시.
도 8은 본 발명에(실측으로 표시될 필요는 없음)에 따라 다공질을 형성하기 위한 시스템의 비제한적인 예시.
도 9는 본 발명에(실측으로 표시될 필요는 없음)에 따라 다공질을 형성하기 위한 시스템의 비제한적인 예시.
도 10는 본 발명(실측으로 표시될 필요는 없음)에 따라 다공질을 형성하기 위한 시스템의 비제한적인 예시.
도 11은 본 발명(실측으로 표시될 필요는 없음)에 따라 다공질을 형성하기 위한 시스템의 비제한적인 예시.
도 12는 본 발명(실측으로 표시될 필요는 없음)에 따라 다공질을 형성하기 위한 시스템의 비제한적인 예시.
본 발명은 연기 필터에 사용될 수 있는 다공질의 대량 생산 장치, 시스템 및 관련 방법에 관한 것이다.
본 발명은 연기 스트림 구성 요소의 증가된 여과 효율 및 허용가능한 흡입 특성을 가지는 흡연 장치 필터에서 사용될 수 있는 다공질을 대량 생산하기 위한 방법 및 장치(및/또는 시스템)를 제공한다. 여기에 사용 된 용어 '흡연 장치'는 담배, 담배 홀더, 시가, 시가 홀더, 파이프, 물 파이프, 물 담뱃대(hookahs), 전자 담배 장치, 손으로 만(roll-your-own) 담배, 및/또는 시가들을 의미하지만, 이에 국한되지는 않는다.
일반적으로 다공질은 복수의 바인더 입자와 복수의 접촉 지점에 기계적으로 바인딩된 복수의 활성 입자를 포함될 수 있다. 상기 접촉 지점은 활성 입자 바인더-접촉 지점, 바인더-바인더 접촉지점, 및/또는 활성 입자-활성 입자 접촉 지점일 수 있다. 여기에 사용된 용어 "기계 접합", "기계적으로 접합된", "물리적 접합" 등은 두입자를 함께 고정하는 물리적 연결을 언급한다. 기계적 접합은 접합 물질에 따라 강성이나 유연성을 가질 수 있다. 기계 접합은 화학 결합을 포함하거나 하지 않을 수 있다. 여기에 사용된 용어 "입자" 및 "미립자"는 상호 교환 사용 될 수 있으며 실질적으로 구형 및/또는 난형, 원반 및/또는 실질적 구형 및/또는 난형, 원반형 및/또는 판형, 얇은 조각형, 끈형, 가시형, 섬유형, 다면체(큐빅과 같은), 임의의 형상(부서진 바위 형상과 같은), 작은면을 가진형상(수정형상과 같은) 또는 이들의 혼합형태를 포함하는 모든 알려진 형태를 포함한다.
다공질의 비제한적인 예시는 공동 출원 PCT/US2011/043264, PCT/US2011/043268, PCT/US2011/043269 및 PCT/US2011/043270에 자세히 설명되며, 여기서 참조로 포함된다.
다공질은 다양한 방법으로 생산될 수 있다. 예를들어 일부 실시예는
원하는 형태(예를 들면, 몰드)로 매트릭스 물질(예를 들어, 활성 입자와 바인더 입자)를 형성하고, 매트릭스 물질을 함께 기계적으로 접합하기 위해 매트릭스 물질을 가열하고, 및 다공질을 마감(예를 들어, 원하는 길이로 다공질을 커팅)하는 것 을 포함할 수 있다. 다공질의 샌산에 포함되는 다양한 공정/단계에서, 가열은 대량 생산을 제한하는 단계 중 하나가 될 수 있다. 따라서, 예열 단계(예를 들어, 간접가열 또는 가열된 가스와 직접 접촉)와 함께 선택적으로 급속 가열(예를 들어, 전자 렌지)을 채용하는 방법이 상기와 같은 다공질의 대량 생산을 가능하게 위한 바람직한 방법이 될 수 있다.
용어 "약(about)"은 제공되는 참조번호 목록에 대한 참조로 제공된다. 용어 "약(about)"은 참조번호 목록의 각 번호를 수정한다. 일부 번호 목록에서, 나열된 일부 하한은 나열된 일부 상한보다 클 수 있다는 것을 주목해야한다. 당업자는 선택된 하부 세트가 선택된 하한을 초과하는 상한을 선택하는 것이 필요하다는 것을 인정할 것이다.
다공질 형성과정은 연속 처리 방법, 배치 처리 방법 또는 혼합된 연속-배치 처리 방법을 포함할 수 있다. 여기서 사용된 "연속 처리"는 중단없이 물질을 생산하거나 제조하는 것을 의미한다. 물질 흐름은 연속적, 지표화된, 또는 두 가지 모두의 조합일 수 있다. 여기서 사용된, "배치 처리"는 단일 구성 요소 또는 그룹이 다음 스테이션으로 진행하기 전에 개별 스테이션에서 단일 구성 요소 또는 구성요소의 그룹으로 물질을 제조하거나 생산하는 것을 의미한다. 여기서 사용된, "연속-배치 처리"는 두 개의 혼합을 의미하며, 여기서 일부 프로세스나 일련의 프로세스는 연속적으로 발생하고 다른 일괄적으로 발생한다.
일반적으로 다공질은 매트릭스 물질로 형성될 수 있다. 여기에 사용된 용어 '매트릭스 물질은 다공질을 형성하는 데 사용되는 전구체 예를들어 바인더 입자와 활성 입자를 말한다. 일부 실시예들에서, 매트릭스 물질은 필수적으로 바인더 입자와 활성입자로 구성되거나 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 매트릭스 물질은 바인더 입자, 활성 입자 및 첨가제를 포함될 수있다. 적절한 바인더 입자, 활성 입자 및 첨가제의 비제한적인 예시는 하기된다.
다공질을 형성하는 것은 일반적으로 매트릭스 물질을 일정 형태로 형성하고 복수의 접촉지점에 매트릭스 물질의 최소한 일부분을 기계적으로 접착하는 것을 포함한다.
일정 형태로 매트릭스 물질을 형성하는 것은 몰드 캐비티를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 몰드 캐비티는 엔드 캡, 플레이트, 또는 플러그를 가지거나 가지지 않는 단일 조각 또는 단일 조각의 모음일 수 있다. 일부 실시예에서, 몰드 캐비티는 몰드 캐비티가 조립될 때 몰드 캐비티를 형성하는 다수의 몰드 캐비티 부분일 수 있다. 일부 실시예에서, 몰드 캐비티 부분은 컨베이어 벨트 및 이와 유사한 것의 도움으로 함께 모여질 수 있다.
몰드 캐비티는, 원형, 실질적 원형, 난형, 실질적 난형, 다각형(삼각형, 직사각형, 직사각형, 오각형 등과 같은), 둥근 변부를 가진 다각형 등 또는 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는 단면 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 다공질은 기계가공 또는 다른 적절한 방법(예를 들어, 분해성 물질의 분해)으로 달성될 수 있는 홀을 포함하는 단면 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 다공질은 소비자가 필터를 통해 연기를 통과시키도록 하는 담배 홀더 또는 파이프를 위한 특정 형상을 가질 수 있다. 여기서 다공질이 기존의 흡연 장치 필터와 관련된 형상을 논의할 때, 상기 형상은 원통형의 단면의 직경 또는 원주(여기서 원주는 원의 직경이다)를 언급하는 것이다. 그러나 본 발명의 다공질이 진정한 원통형과는 다른 형태의 실시예에서, 용어 "원주"는 원형 단면을 포함하는 형상의 단면의 직경을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
일반적으로, 몰드 캐비티는 길이 방향과 세로 방향에 수직한 방사방향 예를들어 실질적으로 원통형을 가질 수 있다. 당업자는 여기에서 적용할 수 있는 예를들어 구형 및 큐브를 세로 및 반경 방향을 정의하지 않고 캐비티를 몰딩하는데 어떻게 해석하는가를 이해하여야 한다. 일부 실시예에서, 몰드 캐비티는 세로 방향을 따라 변하는 단면 형상 예를들어 사각형에서 원형 또는 나선형으로 전환되는 원추형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 몰드 캐비티는 의도하는 단면 형상 예를들어 원통형으로 형성되거나 말린 페이퍼 일수 있다. 일부 실시예에서 몰드 캐비티는 세로 심(seam)에 고착된 원통형 페이퍼일 수 있다.
일부 실시예에서, 몰드 캐비티는 세로축을 가지며 상기 세로축을 따라 제 1 단부와 제 2 단부에 구멍을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 매트릭스 물질은 처리 중에 몰드 캐비티의 세로축을 따라 통과될 수 있다. 비제한 적인 실시예에 따라 도 1은 물질 경로(110)를 따라 세로축을 가지는 몰드 캐비티(120)를 도시한다. 일부 실시예에서, 몰드 캐비티는 적어도 한쪽 단부가 닫힌 세로축을 따라 제 1 단부와 제 2 단부를 가지는 세로축을 가진다. 일부 실시예에서, 닫힌 단부는 개방될 수 있다.
일부 실시예에서, 개별 몰드 캐비티는 기계적 접합 전에 매트릭스 물질로 채워질 수 있다. 일부 실시예에서, 단일 몰드 캐비티는 기계적 접합전 또는 접합시에 연속적으로 매트릭스 물질을 통과함으로써 연속적으로 다공질을 생성하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 단일 몰드 캐비티는 개별 다공질을 생성하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 단일 몰드 캐비티는 복수의 다공질의 다수를 생산하기 위해 재사용 및/또는 연속적으로 재사용 될 수 있다.
일부 실시예에서, 몰드 캐비티는 적어도 부분적 래퍼가 라이닝될 수 있고 및/또는 이형재(release agent)로 코팅될 수있다. 일부 실시예에서, 래퍼는 개별 래퍼, 예를 들면, 페이퍼 조각일 수 있다. 일부 실시예에서, 래퍼는 예를들어 50 피트 롤의 페이퍼인 감길수 있는 길이의 래퍼일 수 있다.
일부 실시예에서, 몰드 캐비티는 두 개 이상의 래퍼가 라이닝될 수 있다. 일부 실시예에서, 다공질을 형성하는 것은 래퍼(들)이 라이닝된 몰드 캐비티(들)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 다공질을 형성하는 것은 래퍼가 몰드 캐비티가 되도록 매트릭스 물질을 래퍼로 래핑하는 것을 포함될 수있다. 이러한 실시예에서, 래퍼는 매트릭스 물질에 직면하여 몰드 캐비티로 형성되거나 미리 형성된(예를 들어, 점착제의 도움으로) 매트릭스 물질 주위에 래핑될 수 있는 몰드 캐비티로 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 래퍼는 몰드 캐비티를 통해 연속적으로 공급될 수 있다. 래퍼는 일정 형태로 다공질을 고정할 수 있고, 몰드 캐비티로부터 다공질을 방출할 수 있고, 매트릭스 물질이 몰드 캐비티를 통할 수 있고, 조작 또는 운송중 다공질을 보호할 수 있으며, 그리고 이들의 조합도 가능하다.
적절한 래퍼는 페이퍼(예를 들어, 목재 기반의 페이퍼, 아마포(flax)가 포함 된 페이퍼, 아마포 페이퍼, 기타 천연 또는 합성 섬유로 만들어진 페이퍼, 기능화 페이퍼, 특수 마킹 페이퍼, 칼라 페이퍼), 플라스틱(예를 들어, 폴리 테트라 플루오르 에틸렌과 같은 플루오르화 폴리머, 실리콘), 필름, 코팅된 페이퍼, 코팅된 플라스틱, 코팅된 필름 등 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이들에 국한되지 않는다. 일부 실시예에서, 래퍼는 흡연 장치 필터에서 사용하기에 적절한 페이퍼일 수 있다.
일부 실시예에서, 래퍼는 의도하는 형상 예를들어, 실질적으로 원통형 구성을 유지하는데 도움이 되도록 자체적으로 부착(예를 들어, 접착)될 수 있다. 일부 실시예에서, 매트릭스 물질의 기계적 접합은 래퍼를 접착할 필요를 줄일 수 있도록 매트릭스 물질을 래퍼에 바인딩될 수 있다.
적절한 이형제는 화학적 이형제 또는 물리적 이형제일 수 있다. 화학적 이형제의 비제한 적인 예시는 오일기반 용액 및/또는 현탁액, 비누 용액 및/또는 현탁액, 몰드 표면에 접착된 코팅 등 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 물리적 이형제의 비제한적인 예시는 페이퍼, 플라스틱, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 릴리스 래퍼로 라고될 수 있는 물리적 이형제는 상술한 래퍼와 유사하게 구현될 수 있다.
일단 몰드 캐비티와 함께 원하는 단면 형상으로 형성되면, 매트릭스 물질은 복수의 접촉 지점에 기계적으로 바인딩될 수 있다. 기계적 접합은 매트릭스 물질이 몰드 캐비티에 있는 동안 및/또는 후에 발생할 수 있다. 기계적 접합은 열 및/또는 압력으로 달성될 수 있다.
열은 복사열, 전도열, 대류열 및 이들의 조합일 수 있다. 가열은 몰드 캐비티 내부로 가열된 유체, 몰드 캐비티 외부로 가열된 유체, 증기, 가열된 불활성 가스, 다공질의 구성 요소부터의 보조 방사(예를 들면, 나노 입자, 활성 입자 등), 오븐, 용광로, 불꽃, 전도성이나 열전 물질, 초음파 등, 및 이들의 조합을 포함하는 열원을 포함할 수 있지만, 여기에 국한되지 않는다.
예를 들어 비제한적인 방식으로, 가열은 대류 오븐 또는 가열 블록을 포함될 수 있다. 또 다른 비제한적인 예시는 전자 렌지로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 다른 비제한적인 예시에서, 가열은 가열된 공기의 통과, 질소, 또는 몰드 캐비티에 있는 동안 매트릭스 물질을 통과하는 다른 가스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 가열된 불활성 가스는 활성 입자 및/또는 첨가제의 불필요한 산화를 완화하는데 사용될 수 있다. 또 다른 비제한적인 예시는 몰드 캐비티가 가열되도록 열전 물질로 만든 몰드 캐비티를 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 가열은 예를들어 마이크로웨이브를 통해 매트릭스 물질을 통과하면서 가열된 가스가 매트릭스 물질을 통과하는 상술한 방법의 조합을 포함할 수 있다.
다공질 구성 요소에서 보조 방사선(예를 들면, 나노 입자, 활성 입자 등)은 일부 실시예에서, 전자기 방사선, 예를 들어, 감마선, X 선, 자외선, 가시 광선, 적외선, 마이크로웨이브, 라디오 파 및/또는 장파를 가지는 구성요소를 조사함으로써 달성될 수 있다. 비제한적인 예시에서, 매트릭스 물질은 무선 주파수 파가 조사될 때 열을 방출하는 탄소 나노 튜브를 포함될 수 있다. 다른 비제한적인 예시에서, 매트릭스 물질은 바인더 입자를 기계적으로 접합하거나 결합을 도우는 열로 마이크로파를 변환될 수있는 탄소 입자와 같은 활성 입자를 포함될 수있다. 일부 실시예에서, 전자기 방사선은 선택 구성 요소와 적절히 상호 작용하도록 주파수 및 전력 레벨에 의해 조정 될 수 있다. 예를 들어, 활성화된 탄소는 약 900 MHz에서 약 2500 MHz 범위의 주파수로 가열 목표 율에 맞도록 선택되는 고정 또는 조절가능한 전원 설정으로 마이크로파와 함께 사용될 수 있다.
당업자는 상술한 장점과 함께 전자기 방사선의 다른 파장이 다른 깊이로 물질을 침투하는 것을 이해한다. 따라서, 주 또는 보조 방사선 방법을 채용 할 때, 몰드 캐비티 물질, 특성, 구성, 매트릭스 물질 성분, 전자기 방사선을 열로 변환하는 구성 요소, 전자기 방사선의 파장, 전자기 방사선의 강도, 조사 방법 및 보조 방사선의 원하는 양, 예를들어 열을 고려해야 한다.
가열(여기에 설명 된 방법, 예를 들어, 대류 오븐 또는 전자기 방사선에 노출을 포함) 및/또는 기계적 접합을 일으키는 압력을 적용하는 유지시간은 약 2/100초, 2/10초, 1 초, 5 초, 30 초 또는 1분의 하한으로부터 약 30분, 15분, 5분, 1분 또는 1초의 상한 범위의 시간일 수 있다. 상기 유지 시간은 임의의 하한에서 상한 까지의 범위일 수 있고, 이들사이의 부분집합을 포함한다.
더 빠른 가열 방법, 예를 들어, 마이크로파와 같은 전자기 방사선에 노출을 이용하는 연속적인 공정동안 짧은 유지시간은 예를들어 10초 또는 그 이하가 바람직하며 더욱 바람직하게는 1 초 또는 그 이하이다. 또는, 예를 들어 대류 가열과 같은 공정을 이용하는 처리 방법은 30분 이상의 유지 시간을 포함하는 분단위의 시간에서 더 긴 유지 시간을 제공할 수 있다. 당업자는 더 긴 시간이 적용가능될 수 있다는 것을, 예를들어 초단위에서 분단위 또한 시간단위로 적용가능하거나 적절한 온도와 가열 특성이 주어진 매트릭스 물질에 대해 더 긴시간을 선택할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 여기에 사용되는 예열 또는 전처리 방법 및/또는 기계적 접합이 가능하도록 허용되는 충분한 온도 및/또는 압력이 아닌 단계가 유지 시간의 일부로 고려되지 않는 다는 것을 주목해야 한다.
일부 실시예에서, 기계적 접합을 용이하게 하기 위한 가열은 매트릭스 물질의 구성 요소의 연화 온도일 수 있다. 상술한 용어 "연화 온도" 는 통상 물질의 융점 아래인 물질이 유연하게 되는 그 이상의 온도를 말한다.
일부 실시예에서, 기계적 접합은 하한으로 약 90°C, 100°C, 110°C, 120°C, 130°C 또는 140°C의 범위 또는 상한으로 약 300°C, 275°C, 250°C, 225°C, 200°C, 175°C 또는 150°C의 범위의 온도에서 달성될 수 있고, 상기 온도는 임의의 하한에서 상한까지의 범위일 수 있으며 이들사이의 부분집합을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 가열은 단일 온도로 물질을 고정함으로서 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 온도 프로파일은 시간에따라 변할 수 있다. 예를 들어 비제한적인 방법으로, 대류 오븐이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 가열은 매트릭스 물질 내로 국한될 수 있다. 예를 들어 비제한적인 방법으로 나노 입자로부터의 보조 방사선은 나노 입자 근처의 매트릭스 물질만을 가열할 수 있다.
일부 실시예에서, 매트릭스 물질은 몰드 캐비티로 들어가기 전에 예열될 수 있다. 일부 실시예에서, 매트릭스 물질은 매트릭스 물질의 구성 요소의 연화 온도 이하의 온도로 예열될 수 있다. 일부 실시예에서, 매트릭스 물질은 매트릭스 물질의 구성 요소의 연화 온도 이하의 약 10%, 약 5% 또는 1%정도의 온도로 예열될 수 있다. 일부 실시예에서, 매트릭스 물질은 매트릭스 물질의 구성 요소의 연화 온도이하의 약 10°C, 약 5°C 또는 약 1°C의 온도로 예열 될 수 있다. 예열은 기계적 접합을 달성하기 위해 상기 열원으로 나열된 열원을 포함할 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.
일부 실시예에서, 매트릭스 물질의 접합은 다공질 또는 다공질 장체를 생성할 수 있다. 여기서 사용된 용어 "다공질 장체"는 연속적인 다공질(무한한 것이 아니고 연속적으로 생성될 수 있는 다공질에 비해 긴)을 의미한다. 예를 들어 비제한적인 방법으로 다공질 장체는 가열된 몰드 캐비티를 매트릭스 물질이 연속적으로 통과함으로써 생성될 수 있다. 일부 실시예에서, 바인더 입자는 기계적인 접합 과정 즉, 바인더 입자가, 기계적인 접합 공정동안, 즉, 매트릭스 물질과 다공질(또는 장체)가 실질적으로 동일한 형태인 동안, 원래의 물리적 형태(또는 실질적으로 원래의 모양 예를들어, 10%를 넘지않는 변화(예를 들어, 수축)로 원래 모양을 유지)를 보유할 수 있다.
일부 실시예에서, 다공질 장체는 다공질을 생성하기 위해 커팅될 수 있다. 커팅은 커터로 달성될 수 있다. 적절한 커터는 블레이드, 핫 블레이드, 카바이드 블레이드, 위성 블레이드, 세라믹 블레이드, 강화 강철 블레이드, 다이아몬드 블레이드, 유연 블레이드, 톱니 형 블레이드, 레이저, 가압 유체, 액체 랜스, 가스 렌스, 기요틴 등 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다. 고속 처리되는 일부 실시예에서, 커팅 블레이드 또는 이와 유사한 장치는 세로 축에 수직인 단부를 가진 다공질을 생성하도록 처리 속도와 일치하는 각도로 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 커터는 다공질 장체의 세로축을 따라 다공질의 길이에 대한 위치를 변경할 수 있다.
일부 실시예에서, 다공질 및/또는 다공질 장체는 압출될 수 있다. 일부 실시예에서, 압출은 다이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 다이는 다공질 및/또는 다공질 장체를 압출할 수있는 다수의 홀을 가질 수 있다.
일부 실시예는 반경 다공질 섹션을 생성하도록 다공질 및/또는 다공질 장체를 커팅하는 것을 포함할 수 있다. 커팅은 다공질 장체를 다공질로 커팅하는데 관련된 상술한 바를 포함하나 이에 국한되지 않는 알려진 방법과 장치로 달성될 수 있다.
다공질, 또는 그 섹션의 길이는 하한으로 약 2mm, 3mm, 5mm, 10mm, 15mm, 20mm, 25mm, 또는 30mm에서 상한으로 약 150mm, 100mm, 50mm, 25mm, 15mm, 또는 10mm까지의 범위일 수 있고, 상기 길이는 임의의 하한에서 상한까지의 범위일 수 있고 이들의 부분집합을 포함할 수 있다.
다공질 장체, 다공질, 또는 그 섹션의 둘레(감기거나 다른 방법으로)는 하한으로 약 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 10mm, 11mm, 12mm, 13mm, 14mm, 15mm, 16mm, 17mm, 18mm, 19mm, 20mm, 21mm, 22mm, 23mm, 24mm, 25mm 또는 26mm에서, 상한으로 약 60mm, 50mm, 40mm, 30mm, 20mm, 29mm, 28mm, 27mm, 26mm, 25mm, 24mm, 23mm, 22mm, 21mm, 20mm, 19mm, 18mm, 17mm, 또는 16mm까지의 범위일 수 있고, 상기 둘레는 임의의 하한에서 상한까지의 범위일 수 있고 이들의 부분집합을 포함할 수 있다.
일부 실시예는 매트릭스 물질이 기계적으로 바인딩된 후, 예를들어 몰드 캐비티로부터 제거되거나 압출 다이에서 빠져나온 후, 래퍼로 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체를 래핑하는 것을 포함할 수 있다. 적절한 래퍼는 상술한 것들을 포함한다.
일부 실시예는 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른방법)의 냉각을 포함할 수 있다. 냉각은 수동적 또는 능동적일 수 있다. 즉, 냉각이 자연적으로 발생하거나 보조될 수 있다.
능동 냉각은, 유체가 몰드 캐비티, 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)을 통해 및/또는 위로 통과하고; 몰드 캐비티, 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)에 대한 국지적 환경의 온도를 감소시키고, 예를들어, 냉각 요소를 통과하고; 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 능동 냉각은 냉각 코일, 유체 제트, 열전 물질, 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이에 국한되지는 않는다. 냉각율은 임의의 비율일 수 있거나 제어될 수 있다.
일부 실시예는 다른 위치로 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)를 전달하는 것을 포함할 수 있다. 전달의 적절한 형태는 전달, 운반, 회전, 푸싱, 선적, 로봇 운동 등 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이에 국한되지는 않는다.
당업자는 본 발명의 장점과 함께 복수의 장치 및/또는 시스템이 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체를 생산할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를들어 비제한적인 방법으로, 도 1-11은 복소의 장치 및/또는 시스템이 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체를 생산할 수 있다는 것을 도시한다.
시스템이 사용되는 경우, 시스템의 구성 요소와 함께 장치를 가지는 것, 그리고 그 반대의 경우는 본 발명의 범위 내에 있다는 것을 주목해야 한다.
이해를 쉽게하기 위해, 용어 "물질 경로"는 매트릭스 물질, 다공질 장체 및/또는 다공질이 시스템 및/또는 장치로 진행하는 경로를 파악하기 위해 여기서 사용된다. 일부 실시예에서, 물질 경로는 인접될 수 있다. 일부 실시예에서, 물질 경로는 비인접될 수 있다. 예를 들어 비제한적인 방법으로, 여러 개의 독립적인 몰드 캐비티와 함께 배치 처리하기 위한 시스템은 비인접 물질 경로를 가지는 것으로 고려 될 수 있다.
도 1A-B를 참조하면, 시스템(100)은 매트릭스 물질을 물질 경로(110)에 공급하기 위해 물질 경로(110)(미도시)에 작동가능하게 연결된 호퍼(122)를 포함할 수 있다. 시스템(100)은 실질적으로 몰드 캐비티(120)와 매트릭스 물질 사이의 매트릭스 물질을 둘러싸는 래퍼를 형성하기 위해 물질 경로(110)에 페이퍼(130)를 공급하도록 물질 경로(110)에 작동가능하게 연결된 페이퍼 피더(132)를 포함할 수 있다. 발열체(124)는 몰드 캐비티(120)에 있는 동안 매트릭스 물질과 열 교환된다. 발열체(124)(미도시)는 매트릭스 물질이 복수의 지점에서 기계적으로 접합하도록 하여 래핑된 다공질 장체를 생성하도록 한다. 래핑된 다공질 장체가 몰드 캐비티(120)를 빠져나와 적절히 냉각된후 커터(126)는 래핑된 다공질 장체를 방사방향으로 커팅하고, 즉 세로축에 수직으로 커팅하여 래핑된 다공질 장체 및/또는 래핑된 다공질 섹션을 생성한다.
도 1A-B는 시스템(100)이 일정 각도를 이룰 수 있다는 것을 도시한다. 당업자는 상술한 장점과 함께 시스템(100) 또는 그 구성 요소가 배치되는 각도를 조절할 때의 특정 고려 사항을 이해할 것이다. 예를 들어 비제한적인 방법으로, 도 1B는 호퍼(122)의 배출구(및 해당 매트릭스 공급 장치)가 몰드 캐비티(120)내에 있도록 호퍼(122)를 구성할 수 있다는 것을 도시한다. 일부 실시예에서, 몰드 캐비티는 수직 및 수평 각도 또는 이들 사이의 각도를 형성할 수 있다.
일부 실시예에서, 물질 경로에 매트릭스 물질을 공급하는 것은, 핸드 피딩, 체적 피더, 질량 흐름 피더, 중량 피더, 오거 또는 스크류, 슈트, 슬라이드, 컨베이어, 튜브, 도관, 채널 등 및 이들의 조합을 포함하는 적절한 피더 시스템을 포함할 수 있으나 이에 국한되지는 않는다. 일부 실시예에서, 물질 경로는 부속품(garnitures), 압축 몰드, 관통 흐름 압축 몰드, 램 프레스, 피스톤, 셰이커, 압출기, 트윈 스크류 압출기, 고체 압출기 등, 및 이들의 조합을 포함하는 호퍼와 몰드 캐비티 사이의 기계적 구성 요소를 포함할 수 있으나 이에 국한되지는 않는다. 일부 실시예에서, 공급은 강제 공급, 속도 제어 공급, 체적 공급, 질량 유량 공급, 중량 공급, 진공 보조 공급, 유동 파우더 공급, 공압식 치밀상 공급, 공압식 희박상 공급 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이에 국한되지는 않는다. 일부 실시예에서, 공급은 미리설정된 간격으로 스페이서 물질의 삽입이 가능하도록 색인을 생성할 수 있다. 적절한 스페이서 물질은 첨가제, 고체 장벽(예를 들어, 몰드 캐비티 부분), 다공성 장벽(예를 들어, 페이퍼 및 릴리스 래퍼), 필터, 캐비티 등 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 공급은 셰이킹 및/또는 진동을 포함할 수 있다. 당업자는 본 발명의 이점과 함께, 적절한 셰이킹 및/또는 진동의 정도를 이해할 수 있다. 예를들어 큰 바인더 입자를 포함하는 균일하게 분포된 매트릭스 물질과 작은 활성 입자가 진동에 의해 예를들어 균일성이 최소한 부분적으로 손실되는 부정적인 효과를 가진다. 또한, 당업자는 생성된 다공질의 최종 특성에서의 공급파라미터와 피더의 효과, 예를 들어, 최소한 허공 체적(하기에 설명), 캡슐 압력 강하(하기에 더 설명) 및 구성 균일성에 대한 효과를 이해할 것이다.
일부 실시예에서, 매트릭스 물질 또는 그 구성 요소는 물질 경로로 도입되지 전 및/또는 물질 경로를 따르는 동안 건조될 수 있다. 건조는 일부 실시예에서, 매트릭스 물질 또는 구성 요소 및 이들 이들의 조합을 통해 건조 가스를 불어 매트릭스 물질 또는 구성 요소를 가열함으로써 달성 될 수있다. 일부 실시예에서, 매트릭스 물질은 약 5% 중량 또는 그 이하의 수분 함량, 더욱 바람직하게는 약 2% 중량 또는 그 이하, 일부 실시예에서는 0.01 % 중량 또는 그 이하의 수분 함량을 가진다. 수분 함량은 동결 건조 또는 건조 후 중량 손실을 포함하는 알려진 방법으로 분석될 수 있다.
도 2A-B를 참조하면, 시스템(200)은 매트릭스 물질을 물질 경로(210)에 공급하기 위해 물질 경로(210)에 작동가능하게 연결된 호퍼(222)를 포함할 수 있다. 시스템(200)은 실질적으로 몰드 캐비티(220)와 매트릭스 물질 사이의 매트릭스 물질을 둘러싸는 래퍼를 형성하기 위해 물질 경로(210)에 페이퍼(230)를 공급하도록 물질 경로(210)에 작동가능하게 연결된 페이퍼 피더(232)를 포함할 수 있다. 또한, 시스템(200)은 페이퍼(230)와 몰드 캐비티(220)사이에 래퍼를 형성하기 위해 물질 경로(210)로 릴리스 래퍼(234)를 공급하도록 물질경로(210)에 작동가능하게 연결된 릴리스 피더(236)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 릴리스 피더(236)는 릴리스 래퍼(234)를 연속적으로 순환하는 컨베이어(238)로 구성될 수 있다. 발열체(224)는 몰드 캐비티(220)에 있는 동안 매트릭스 물질과 열 교환된다. 발열체(224)는 매트릭스 물질이 복수의 지점에서 기계적으로 접합하도록 하여 래핑된 다공질 장체를 생성하도록 한다. 래핑된 다공질 장체가 몰드 캐비티(220)를 빠져나와 적절히 냉각된후 커터(226)는 래핑된 다공질 장체를 방사방향으로 커팅하고, 래핑된 다공질 장체 및/또는 래핑된 다공질 섹션을 생성한다. 실시예에서 릴리스 래퍼(234)는 컨베어어(238)로 구성되지 않으며 릴리스 래퍼(234)는 커팅전 래핑된 다공질 장체로부터 제거되거나, 커팅후 래핑된 다공질 및/또는 래핑된 다공질 섹션으로부터 제거될 수 있다.
도 3을 참조하면, 시스템(300)은 매트릭스 물질의 구성요소를 호퍼(322)에 공급하는 구성요소 호퍼(322a, 322b)를 포함할 수 있다. 매트릭스 물질은 호퍼(322)에서 블랜더(328) 및 예열기(344)와 함께 혼합되고 예열된다. 호퍼(322)는 매트릭스 물질을 매트릭스 경로(310)에 공급하기 위해 물질 경로(310)에 작동가능하게 연결될 수 있다. 시스템(300)은 또한 실질적으로 몰드 캐비티(320)와 매트릭스 물질 사이의 매트릭스 물질을 둘러싸는 래퍼를 형성하기 위해 물질 경로(310)에 페이퍼(330)를 공급하도록 물질 경로(310)에 작동가능하게 연결된 페이퍼 피더(332)를 포함할 수 있다. 몰드 캐비티(320)는 가열된 유체(액체 또는 가스)가 물질 경로(310)로 통과하고 복수의 지점에서 매트릭스 물질을 기계적으로 접합하여 래핑된 다공질 장체를 생성하는 유체 연결(346)을 포함할 수 있다.
유체 연결(346)이 몰드 캐비티(320)를 따라 임의의 위치에 위치될 수 있고 하나이상의 유체 연결(346)이 몰드 캐비티(320)를 따라 배치될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 래핑된 다공질 장체가 몰드 캐비티(320)를 빠져나와 냉각된 후, 커터(326)는 방사방향으로 래핑된 다공질 장체를 커팅하여 래핑된 다공질 및/또는 래핑된 다공질 섹션을 생성한다.
당업자는 본 발명의 이점과 함께 예열이 호퍼(322)앞의 개별 공급 구성요소 도는 호퍼(322) 뒤의 혼합 구성 요소에 대해 수행될 수 있음을 이해할 것이다.
적절한 믹서는 리본 블렌더, 패들 블랜더, 플로우 블랜더, 더블 콘 블랜더, 트윈 쉘 블랜더, 행성 블랜더, 유동 블랜더, 고강도 블랜더, 회전 드럼, 블랜딩 스크류, 회전 믹서 등 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나 여기에 국한되지 않는다.
일부 실시예에서, 구성 요소 호퍼는 매트릭스 물질의 개별 구성요소, 예를 들어, 하나의 고정 바인더 입자와 다른 고정 활성 입자를 가진 두 개의 구성 요소를 고정할 수 있다. 일부 실시예에서, 구성 요소 호퍼는 매트릭스 물질의 개별 구성요소의 혼합물 예를들어, 하나는 바인더 입자와 활성 입자의 혼합물을 고정하고 다른 하나는 플레이버와 같은 첨가제를 고정하는 두 구성요소 호퍼를 고정할 수 있다. 일부 실시예에서, 구성 요소 호퍼 내의 구성 요소는 고체, 액체, 기체 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 실시예에서, 다른 구성 요소 호퍼의 구성 요소는 매트릭스 물질에 대해 원하는 블렌드를 달성하기 위해 서로 다른 비율로 호퍼에 추가될 수 있다. 예를 들어 비제한적인 예시에서, 세 구성 요소 호퍼는 활성 입자, 바인더 입자 및 액체 형태의 활성 혼합물(하기되는 첨가물)을 따로 따로 고정할 수 있다. 바인더 입자는 활성 입자의 두 배 비율로 호퍼에 추가될 수 있고, 활성 혼합물은 활성 입자와 바인더 입자 모두에서 적어도 부분적 코팅을 형성하도록 분무될 수 있다.
일부 실시예에서, 몰드 캐비티에 유체 연결은 몰드 캐비티로 유체가 지나가는 것, 유체가 몰드 캐비티를 통과하는 것 및/또는 몰드 캐비티로 드로잉(drawing)되는 것일 수 있다. 여기서 사용된 용어 "드로잉(drawing)"은 예를들어 흡입(sucking)과 같이 경계를 가로질러 및/또는 경로를 따라 부압하강(negative pressure drop)을 형성하는 것을 의미한다. 가열된 유체가 몰드 캐비티 내로 및/또는 이를 통해 지나가는 것은 내부에 매트릭스 물질을 기계적으로 접합하는 것을 도울 수 있다. 내부에 배치 된 래퍼를 가지는 몰드 캐비티를 드로잉하는 것은 예를들어 더 적은 주름으로, 균등하게 몰드 캐비티를 라이닝(lining)하는 것을 도울 수 있다.
도 4를 참조하면, 시스템(400)은 물질 경로(410)로 매트릭스 물질을 공급하도록 물질 경로(410)에 작동 가능하게 연결된 호퍼(422)를 포함할 수 있다. 호퍼(422)는 호퍼(422)의 출구, 또는 그 출구로부터의 연장부가 몰드 캐비티(420) 내에 있도록 물질 경로(410)를 따라 구성될 수 있다. 이것은 매트릭스 물질과 결과적으로 결과적인 다공질의 허공용적의 패킹을 제어하기 위한 비율로 매트릭스 물질이 몰드 캐비티(420)로 공급되도록 한다. 상기 비제한적인 예시에서 몰드 캐비티(420)는 열전 물질을 포함하고 있으므로 전원 연결(448)을 포함한다. 시스템(400)은 실질적으로 몰드 캐비티(420)와 매트릭스 물질 사이의 매트릭스 물질을 둘러싸는 래퍼를 형성하기 위해 물질 경로를(410)로 릴리스 래퍼(434)를 공급하도록 물질경로(410)에 작동 가능하게 연결된 릴리스 피더(436)를 포함할 수 있다. 몰드 캐비티(420)가 복수의 지점에서 매트릭스 물질을 기계적으로 접합하기 위해 열을 가하여 래핑된 다공질 장체를 생성하도록 몰드 캐비티(420)는 열전 물질로 이루어질 수 있다. 몰드 캐비티(420) 뒤의 물질 경로(410)를 따라, 롤러(440)는 몰드 캐비티(420)를 통해 래핑된 다공질 장체의 움직임을 도울 수 있도록 작동된다. 래핑된 다공질 장체가 몰드 캐비티(420)를 빠져나가 적절하게 냉각된 후, 커터(426)는 방사방향으로 래핑된 다공질 장체를 커팅하여 래핑된 다공질 및/또는 래핑된 다공질 섹션을 생성한다. 커팅 후, 다공질은 예를들어 포장 또는 추가 처리를 위해, 다공질 컨베이어(462)상의 물질 경로(410)를 따라 계속된다. 릴리스 래퍼(434)는 커팅하기 전에 래핑된 다공질 장체로부터 제거되거나, 커팅후 래핑된 다공질 및/또는 래핑된 다공질 섹션에서 제거될 수 있다.
적절한 롤러 및/또는 롤러 대체품은 톱니, 톱니 바퀴, 휠, 벨트, 기어 등 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 또한 롤러와 이와 유사한 것은 평평하고(flat), 톱니가 형성되고(toothed), 경사지고(beveled) 및/또는 들쑥날쑥하게 형성(indented)될 수 있다 , .
도 5를 참조하면, 시스템(500)은 물질 경로(510)로 매트릭스 물질을 공급하도록 물질 경로(510)에 작동가능하게 연결된 호퍼(522)를 포함할 수있다. 발열체 (524)는 몰드 캐비티(520)에 있는 동안 매트릭스 물질과 열 교환된다. 발열체(524)는 매트릭스 물질이 복수의 지점에서 기계적으로 접합되도록 하여 다공질 장체를 형성할 수 있다. 다공질 장체가 몰드 캐비티(520)를 빠져나간 후, 원하는 단면 형상으로 다공질의 길이를 압출하기 위해 다이(542)가 사용될 수 있다. 다이(542)는 다공질 장체가 압출될 수 있는 복수의 다이(542')들(예를들어, 하나의 다이 안에 여러개의 다이 또는 여러개의 홀)을 포함할 수 있다. 다공질 장체가 다이(542)를 통해 압출되어 적절하게 냉각된 후, 커터(526)는 방사방향으로 다공질 장체를 커팅하여 다공질 및/또는 다공질 섹션을 생성한다.
도 6을 참조하면 시스템(600)은 물질 경로(610)에 페이퍼(630)를 공급하도록 물질 경로(610)에 작동가능하게 연결된 페이퍼 피더(632)를 포함할 수 있다. 호퍼 (622)(또는 다른 매트릭스 물질 전달 장치, 예를 들어 송곳)는 페이퍼(630)에 매트릭스 물질을 배치하도록 물질 경로(610)에 작동가능하게 연결될 수 있다. 페이퍼(630)는 원하는 단면 형상을 제공하는 몰드 캐비티(620)(또는 압축 몰드는 때때로 담배 필터를 형성기구에 관한 장식물로 언급됨)를 통과하기 때문에 적어도 부분적으로 매트릭스 물질의 주위에 래핑될 수 있다(또는 선택 사양으로, 일부 실시예에서, 매트릭스 물질이 원하는 단면의 형성을 시작하거나 완료한 후 페이퍼(630)와 결합 될 수있다). 일부 실시예에서, 페이퍼 심(seam)이 접착될 수 있다. 발열체 (624)(또는 선택적으로 전자기 방사선 자원, 예를 들어, 마이크로웨이브 자원)은 몰드 캐비티(620)에 있는 동안 및/또는 그 후 매트릭스 물질와 열교환된다. 발열체(624)는 매트릭스 물질이 복수의 지점에서 기계적으로 접합되도록 할 수 있고 이에따라 래핑된 다공질 장체를 생성한다. 래핑된 다공질 장체가 몰드 캐비티(620)를 빠져나온 후 적절하게 냉각되고, 커터(626)는 래핑된 다공질 장체를 방사방향으로 커팅하여 래핑된 다공질 및/또는 다공질 섹션을 형성한다. 시스템(600)을 통한 움직임은 몰드 캐비티(620)가 고정되도록 컨베이어(658)에 의해 보조될 수 있다. 도시되지는 않았으나 유사한 실시예가 다공질 및/또는 다공질 섹션을 형성하도록 커팅되기 전에 다공질 장체로부터 언래핑되는 루프 컨베이어의 부분으로 페이퍼(630)를 포함할 수 있다는 것을 주목해야 한다.
도 7을 참조하면 시스템(700)은 물질 경로(710)에 페이퍼(730)를 공급하도록 물질 경로(710)에 작동가능하게 연결된 페이퍼 피더(732)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이 몰드 캐비티(720), 세로심(seam)에 부착된 원통형으로 감긴 페이퍼는 페이퍼(730)가 접착-적용 방치(754)(예를들어 글루건)로 도포된 접착제(752)와 함께 감기도록 압축 몰드(756a)(또는 압축 몰드는 때때로 담배 필터 형성 장비와 관련된 장식 장치로 언급된다)와 함께 즉석에서 형성될 수 있다. 몰드 캐비티(720)를 형성하는 동안, 매트릭스 물질은 호퍼(722)로 부터 물질 경로(710)를 따라 도입될 수 있다. 몰드 캐비티(720)와 열교환되는 발열체(724)(예를 들어, 마이크로웨이브 자원)는 매트릭스 물질이 복수의 지점에서 기계적으로 접합되도록 할 수 있고 이에따라 래핑된 다공질 장체를 생성한다. 그후 압축 몰드(756b)는 원하는 단면 크기로 래핑된 다공질 장체를 형성하도록 매트릭스 물질의 냉각을 완료하기 전에 사용될 수 있으며, 직경 균일성을 위해 바람직하게 사용될 수 있다.
래핑된 다공질 장체가 적절하게 냉각된후, 커터(726)는 래핑된 다공질 장체를 방사방향으로 커팅하여 래핑된 다공질 및/또는 다공질 섹션을 형성한다. 시스템(700)을 통한 움직임은 롤러, 컨베이어 또는 이와 유사한 것에 의해 보조될 수 있다. 당업자는 상술한 장점과 함께 상술한 공정이 단일 장치 또는 여러개의 장치에서 발생될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를들어, 페이퍼를 롤링하고, 매트릭스 물질을 도입하고, 열(예를 들면, 마이크로웨이브를 적용)에 노출하며, 크기를 조정하는 것은 하나의 기기에서 수행될 수 있고, 결과적인 다공질 장체가 커팅을 위해 제 2 장치로 전달될 수 있다.
일부 실시예에서, 매트릭스 물질이 고온에 있는 동안, 다공질 또는 이와 유사한 것은 압력을 받아 크기가 조정 및/또는 재형성될 수 있다.
이제 도 8을 참조하면, 시스템(800)의 몰드 캐비티(820)는 몰드 캐비티 컨베이어(860a, 860b)에 각각 작동가능하게 연결된 몰드 캐비티 부분(820a, 820b)으로부터 형성될 수 있다. 일단 몰드 캐비티(820)가 형성되면, 매트릭스 물질은 호퍼(822)로부터 물질 경로(810)를 따라 도입될 수 있다. 발열체(824)는 몰드 캐비티(820)에 있는 동안 매트릭스 물질과 열교환된다. 발열체(824)는 매트릭스 물질이 복수의 지점에서 기계적으로 접착되도록 하여 다공질을 형성하도록 한다. 몰드 캐비티(820)가 적절하게 냉각되고 몰드 캐비티 부분(820a, 820b)으로 분리된 후, 다공질은 몰드 캐비티 부분(820a 및/또는 820b)에서 제거되고 다공질 컨베이어(862)를 통해 물질 경로(810)를 따라 계속될 수 있다. 도 8은 연속되지 않은 물질 경로의 비제한적인 예시를 도시한다는 것을 주목해야 한다. 일부 실시예에서, 몰드 캐비티 및/또는 몰드 캐비티 부분에서 다공질을 제거하는 것은 풀링 메커니즘, 푸싱 메커니즘, 리프팅 메커니즘, 중력, 이들의 혼합 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 제거 메커니즘은 단부에서, 측면(들)을 따라, 및 이들의 조합에서 다공질을 결합하도록 형성될 수 있다. 적절한 풀링 메커니즘은 흡입 컵, 진공 구성요소, 트위저, 핀셋, 포셉, 집게, 그리퍼, 클로, 클램프 등 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이들에 국한되지는 않는다. 적절한 푸싱 메커니즘은 이젝터 펀치, 로드, 피스톤, 웨지, 스포크, 램, 가압 유체 등 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이들에 국한되지 않는다. 적절한 리프팅 메커니즘은 흡입 컵, 진공 구성요소, 트위저, 핀셋, 포셉, 집게, 그리퍼, 클로, 클램프 등 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이들에 국한되지는 않는다. 일부 실시예에서, 몰드 캐비티가 작동 가능한 다양한 제거 메커니즘으로 구동되도록 구성될 수 있다. 비제한적인 예시로, 하이브리드 푸시-풀 메커니즘은 몰드 캐비티의 단부 밖으로 다공질을 부분적으로 움직이도록 로드로 세로로 미는 것을 포함할 수 있으며, 그후 몰드 캐비티로부터 다공질을 당기도록 포셉으로 연결될 수 있다.
도 9를 참조하면, 시스템(900)의 몰드 캐비티(920)는 몰드 캐비티 컨베이어(960a, 960b, 960c, 960d)에 각각 작동가능하게 연결된 몰드 캐비티 부분(920a, 920b, 920c, 920d)으로부터 형성될 수 있다. 일단 몰드 캐비티(920)가 형성되거나 형성하는 동안, 페이퍼(930)의 시트는 페이퍼 피더(932)를 통해 몰드 캐비티(920)로 도입된다. 그후 매트릭스 물질은 몰드 캐비티(920)에 라이닝된 물질 경로(910)를 따라 호퍼(922)로부터 페이퍼(930)로 도입되고 발열체(924)로부터 열과 함께 다공질로 기계적으로 바인딩된다. 적절한 냉각후 다공질의 제거는 몰드 캐비티 부분(920a, 920b, 920c, 920d)의 이젝터 포트(966a, 966b)로 이젝터(964)를 삽입함으로써 달성될 수 있다. 그후 다공질은 다공질 컨베이어(962)를 통해 물질 경로(910)을 따라 계속될 수 있다. 다시 도 9는 연속되지 않은 물질 경로의 비제한적인 예시를 도시한다는 것을 주목해야 한다.
다공질 생산의 품질 관리는 몰드 캐비티 및/또는 몰드 캐비티 부분을 클리닝함으로써 지원될 수 있다. 도 8을 다시 참조하면, 클리닝 장비가 시스템(800)에 통합될 수 있다. 다공질을 형성하는 것으로부터 몰드 캐비티 부분(820a, 820b)이 복귀하면, 몰드 캐비티 부분(820a, 820b)은 액체 제트(870) 및 공기 또는 가스 제트 (872)를 포함하는 일련의 클리너를 통과한다. 마찬가지로 도 9에서, 몰드 캐비티 부분(920a, 920b, 920c, 920d)이 다공질을 형성하는 것에서 복귀하면, 몰드 캐비티 부분(920a, 920b, 920c, 920d)은 발열체(924)와 공기 또는 가스 제트(972)로 부터 열을 포함하는 일련의 클리너를 통과한다.
다른 적절한 클리너가 스크러버, 브러쉬, 바쓰, 샤워, 삽입 액체 제트(방사방향으로 유체를 분사할 수 있는 몰드 캐비티에 삽입되는 튜브), 초음파 기기 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이들에 국한되지 않는다.
일부 실시예에서, 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체는 캐비티를 포함할 수 있다. 비제한적인 예시로, 도 10을 참조하면, 몰드 캐비티 컨베이어(1060a, 1060b)에 작동가능하게 연결된 몰드 캐비티 부분(1020a와 1020b)은 시스템(1000)의 몰드 캐비티(1020)를 형성하기 위해 작동 가능하게 연결된다. 호퍼(1022)는 각 체적 피더(1090a, 1090b)가는 물질 경로(1010)를 따라 매트릭스 물질로 부분적으로 몰드 캐비티(1020)를 채우도록 두 체적 피터(1090a, 1090b)에 작동가능하게 부착된다. 체적 피더(1090a)와 체적 피더(1090b)로부터 매트릭스 물질을 추가하는 사이에 인적터(1088)는 캡슐(미도시)을 몰드 캐비티(1020)에 위치시키고 이에따라 매트릭스 물질로 둘러싸인 캡슐을 생성한다. 몰드 캐비티(1020)와 열 접촉하는 발열체(1024)는 매트릭스 물질이 복수의 지점에서 기계적으로 접착되도록 하고 이에따라 내부에 배치된 캡슐을 가지는 다공질을 생성한다. 다공질이 형성되고 적절하게 냉각 된 후, 로터리 그라인더(1092)가 몰드 캐비티(1020)의 길이 방향을 따라 몰드 캐비티(1020)에 삽입된다. 로터리 그라인더(1092)는 길이 방향의 원하는 길이로 다공질을 그라인딩하도록 작동 가능하다. 몰드 캐비티(1020)가 몰드 캐비티 부분(1020a와 1020b)으로 분리된 후, 다공질은 몰드 캐비티 부분(1020a 및/또는 1020b)에서 제거되고 다공질 컨베이어(1062)를 통해 물질 경로(1010)를 따라 연속된다.
다공질 및 이와 유사한 것 내에서 사용하기에 적절한 캡슐은 고분자 캡슐, 다공성 캡슐, 세라믹 캡슐 등을 포함할 수 있으나 이들에 제한되지 않는다. 캡슐은 첨가제, 예를 들어, 과립 탄소 또는 향료(하기되는 더 많은 예시)로 채워질 수 있다. 캡슐은 일부 실시예에서, 또한 연기의 바람직한 향미 성분에 부정적인 영향을 주지 않고 구성 요소의 농도를 제거하거나 줄이기 위해 연기의 선택된 구성 요소와 반응하는 분자 시브(sieve)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 캡슐은 추가 ㅎ햐향료로 연초로 포함할 수 있다. 캡슐이 선택된 물질로 불충분하게 채워지는 경우, 몇 가지 필터 실시예에서, 주요 연기의 구성 요소와 캡슐 물질 사이의 상호 작용의 부족을 초래할 수 있다는 것을 주의해야 한다.
당업자는 본 발명의 장점과 함께 본 설명서에서 언급된 다른 방법이 내부에 캡슐을 가지는 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체를 생산하기 위해 변경 될 수 있음을 이해할 것이다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 캡슐이 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체에 내장될 수 있다.
일부 실시예에서, 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체의 모양, 예를들어 길이 폭, 직경 및/또는 높이가 샌딩, 밀링, 연삭, 스무딩, 연마, 러빙 등, 및 이들의 조합을 포함하나 이들에 제한되지 않는 커팅 이외의 작업에 의해 조정될 수 있다. 일반적으로 이러한 작업은 연마(grinding)로 지칭된다. 일부 실시예는 부드러운 표면, 거친 표면, 홈이있는 표면, 패턴 표면, 수평 표면 및 이들의 조합을 달성하기 위해 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체의 측면 및/또는 단부를 그라인딩하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예는 사양 한계 내에서 원하는 크기를 달성하기 위해 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체의 측면 및/또는 단부를 그라인딩하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예는 몰드 캐비티에 있거나 빠져아오는 동안, 커팅 후, 추가 처리 과정 및 이들의 조합 동안, 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체의 측면 및/또는 단부를 그라인딩하는 것을 포함할 수 있다. 당업자는 먼지, 입자 및/또는 조각이 그라인딩으로 생산 될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 그라인딩은 진공청소, 가스 블로잉, 린싱, 섀이킹 등, 및 이들의 조합과 같은 방법으로 먼지, 입자, 및/또는 조각을 제거하는 것을 포함할 수 있다.
원하는 수준의 그라인딩을 달성할 수 있는 어떤 구성 요소 및/또는 장비가 상술한 시스템 및 방법과 함께 사용될 수 있다. 원하는 수준의 그라인딩을 달성할 수 있는 적절한 구성 요소 및/또는 장비의 예시는 선반, 로터리 샌더, 브러쉬, 광택기, 버퍼, 에쳐(Etchers), 스크라이브 등 및 이들의 조합을 포함하나 이들에 제한되지 않는다.
일부 실시예에서, 다공질은 원하는 경우 예를들어 다공질의 일부를 뚫어 가벼운 무게로 가공될 수 있다.
당업자는 본 발명의 장점과 함께 상술한 시스템과 함께 다양한 지점에서 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체 시스템을 연결하기 위해 필요한 구성요소 및/또는 장비 구성을 이해할 것이다. 비제한적인 예시로, 다공질이 몰드 캐비티에 있는 동안(또는 다공질 장체가 몰드 캐비티에 떠난후) 사용된 그라인딩 장비 및/또는 드릴링 장비가 몰드 캐비티에 악영향을 미치지 않도록 구성되어야 한다.
도 11을 참조하면, 호퍼(1122)는 슈트(1182)에 작동 가능하게 부착되어 물질 경로(1110)에 매트릭스 물질을 공급한다. 물질 경로(1110)를 따라, 몰드 캐비티 (1120)는, 몰드 캐비티(1120)의 매트릭스 물질을 가압할 수 있는 램(1180)을 수용하도록 구성된다. 몰드 캐비티(1120)에 있는 동안 매트릭스 물질과 열 교환되는 발열체(1124)는 매트릭수 물질이 복수의 지점에서 기계적으로 접합되도록 하여, 다공질 장체를 생성한다. 시스템(1100)에 램(1180)을 포함하는 것은 의도하는 허공체적을 가지는 다공질 장체를 형성하도록 매트릭스 물질이 적절히 포장되는 것을 도운다. 또한 다공질 장체가 여전히 몰드 캐비티(1120)에 포함되어있는 동안 시스템(1100)은 냉각 영역(1194)를 포함한다. 상기 비제한적인 예시에서, 냉각 수동적으로 달성된다.
도 12를 참조하면, 시스템(1200)의 호퍼(1222)는 물질 경로(1210)를 따라 압출기(1284)에 매트릭스 물질을 공급한다. 압출기(1284)는 매트릭스 물질을 몰드 캐비티(1220)로 이동시킨다. 시스템(1200)은 역시 몰드 캐비티(1220)에 있는 동안 매트릭스 물질과 열 교환되며 매트릭스 물질이 복수의 지점에서 기계적으로 접합되도록 하여, 다공질 장체를 생성하는 발열체(1224)를 포함한다. 또한 시스템(1200)은 몰드 캐비티(1220)에 있는 동안 다공질 장체와 열교환되는 냉각 요소(1286)를 포함한다. 다공질 장체가 몰드 캐비티(1220)을 벗어나는 이동은 롤러(1240)에 의해 보조 및/또는 수행된다.
일부 실시예에서, 제어 시스템은 상술한 시스템 및/또는 장치의 인터페이스를 형성할 수 있다. 본 발명에서 사용 된 용어 "제어 시스템"은 전자 또는 공압 신호를 수신하고 보내도록 작동될 수 있고, 데이터 판독, 데이터 수집, 데이터 저장, 변수의 설정값 변경, 설정값 유지, 오류 알림 및 이들의 조합을 제공하며 사용자와의 인터페이스 기능을 포함할 수 있는 시스템을 말한다. 적절한 제어 시스템은 변수 변환기, 저항계, 프로그래머블 로직 컨트롤러, 디지털 로직 회로, 전기 릴레이, 컴퓨터, 가상 현실 시스템 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나 여기에 국한되지 않는다. 제어 시스템에 작동가능하게 연결된 적절한 시스템 및/또는 장치 구성 요소는 호퍼, 가열 요소, 냉각 요소, 커터, 믹서, 페이퍼 피더, 릴리스 피더, 릴리스 컨베이어, 롤러, 몰드 캐비티 컨베이어, 컨베이어, 이젝터, 액체 제트, 에어 제트, 램, 슈트, 압출기, 인젝터, 매트릭스 물질 피더, 그라인더 등, 및 이들의 조합를 포함할 수 있지만 여기에 국한되지 않는다. 상술한 시스템 및/또는 기기는 구성 요소의 수와 인터페이스를 형성할 수 있는 하나 이상의 제어 시스템을 가질 수 있다는 것을 주목해야 한다.
당업자는 본 발명의 장점과 함께 상술한 시스템 및/또는 기기의 다양한 구성 요소의 상호 교환을 이해할 것이다. 비제한적인 예시로 매트릭스 물질이 전자기 방사선(예를 들어, 나노 입자, 탄소 입자와 같은)을 열로 변환할 수 있는 구성 요소를 포함할 때, 가열 요소(예를 들어, 마이크로웨이브 자원)는 전자기 방사선 자원과 교환될 수 있다. 또한, 비제한적인 예시로, 페이퍼 래퍼가 릴리스 래퍼로 교환될 수 있다.
일부 실시예에서, 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체는 약 1m/min 이하의 매우 느린 선형 속도를 포함하는 방법을 포함하는 약 800m/min 이하의 선형 속도로 생산될 수있다. 본 발명에서 사용 된 용어 "선형 속도는" 단일 장치 내에서 개별 기기에 따라 또는 이들의 조합일 수 있는 평행한 일부 생산 라인을 포함할 수 있는 생산 속도와 대비되는 단일 생산라인을 따른 속도를 의미한다. 일부 실시예에서, 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체는 하한으로 약 1m/min, 10m/min, 50m/min 또는 100m/min에서 상한으로 약 800m/min, 600m/min, 500m/min, 300m/min, 또는 100m/min의 범위의 선형 속도로 여기에 설명 된 방법에 의해 제조 될 수 있으며, 상기 선형 속도는 임의의 하한에서 임의의 상한까지 및 이들의 부분집합을 포함하는 범위일 수 있다. 당업자는 기계의 생산성 발전으로 800m/min(예: 1000m/min 이상)이상의 선형 속도가 가능하다는 것을 인정할 것이다. 당업자는 또한 단일 장치가 다공질 및 이와 유사한 것의 전반적인 생산 속도를 예를들어 수천 m/min 또는 그이상으로 높일 수 있도록 병렬로 정렬된 다수의 라인(예를 들어, 도 7의 두 개 이상의 라인 또는 여기에 도시된 다른 라인)을 포함될 수 있다는 것을을 이해할 것이다.
일부 실시예 다공질 섹션의 다공질 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)의 처리를 더 포함할 수 있다. 적절한 추가 처리는 향료(flavorant) 또는 다른 첨가제로 도핑, 그라인딩, 드릴링 아웃, 다른 섀이핑, 다중 세그먼트 필터 형성, 흡연 장치, 포장, 배송 및 이들의 조합을 형성하는 것을 포함할 수 있지만 이들에 국한되지 않는다.
일부 실시예는 매트릭스 물질, 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)를 첨가제로 도핑하는 것을 포함할 수 있다. 첨가제의 비제한적인 예시는 하기에 제공된다. 적절한 도핑 방법은 다음의 방법으로 매트릭스 물질에 첨가제를 포함하는 것을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다, 기계적 접합 전 매트릭스 물질의 적어도 일부에 첨가제를 적용; 몰드 캐비티에 있는 동안 기계적 접합 후 첨가제를 적용; 몰드 캐비티를 떠난후 첨가제를 적용; 커팅 후 첨가제를 적용; 및 이들의 조합.
다음을 포함하나 이에 제한되지 않음에 주의해야 한다. 디핑(diping), 이머징(immersing), 서브머징(submersing), 소킹(soaking), 린싱(rinsing), 세척(washing), 페인팅(painting), 코팅(coating), 샤워링(showering), 드리즐링(drizzring), 스프레잉(spraying), 플레이싱(placing), 더스팅(dusting), 스프린클링(sprinkling), 어픽싱(affixing) 및 이들의 조합.
또한, 적용이 다음을 포함하나 이에 제한되지 않음에 주의해야 한다. 표면 처리, 인퓨젼 처리 및 이들의 조합, 여기서 첨가물은 적어도 부분적으로 매트릭스 물질에 통합된다. 당업자는 본 발명의 장점과 함께 첨가제의 농도가 적어도 첨가제의 조성, 첨가제의 크기, 첨가제의 목적 및 첨가제가 포함되는 공정의 지점에 따라 달라진다는 것을 이해할 것이다.
일부 실시예에서, 첨가제로 도핑하는 것은 매트릭스 물질을 기계적 접합하기 전, 하는 동안 및/또는 한 후에 발생할 수 있다. 당업자는 본 발명의 장점과 함께 저하, 변경 또는 기계적 접합 공정 및 관련된 매개변수(예를들어 높은 온도 및/또는 압력)에 의해 다른 영향을 받는 첨가제가 기계적 접합후에 첨가되고, 및/또는 상기 매개변수가 따라서(예를 들면, 불활성 가스 또는 감소된 온도의 사용) 조정된다는 것을 이해할 것이다. 비제한 적인 예시로, 유리 구슬이 매트릭스 물질에 첨가될 수 있다. 그리고 나서, 기계적 접합 후 유리 구슬이 향료(flavorants) 및/또는 활성 혼합물과 같은 다른 첨가제로 작용할 수 있다.
일부 실시예는 생산후 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)를 그라인딩하는 것을 포함할 수 있다. 그라인딩은 상술한 방법과 기기/구성요소를 포함한다.
일부 실시예는 필터 및/또는 필터 섹션에 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)를 연결하는 것을 포함할 수 있다. 적절한 필터 및/또는 필터 섹션은 다음을 포함하는 섹션을 포함할 수 있지만 이에 국한되지 않는다.
캐비티, 다른 다공질, 폴리 프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리올레핀 토우, 폴리 프로필렌 토우, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 임의의 방향 아세테이트, 페이퍼, 골판지 페이퍼, 동심 필터, 탄소 온-토우, 실리카, 규산 마그네슘, 제올라이트, 분자 시브, 소금, 촉매, 염화 나트륨, 나일론, 향료, 연초, 캡슐, 셀룰로오스, 셀룰로오스 유도체, 셀룰로오스 아세테이트, 촉매 컨버터, 요오드 오산화물, 거친 분말, 탄소 입자, 탄소 섬유, 섬유, 유리 구슬, 나노 입자, 빈 챔버, 배플드 보이드 챔버, 필라멘트 당 약 10 데니어 이하를 가진 셀룰로오스 아세테이트 토우와 필라멘트 당 약 10 데니어 이상을 가진 셀룰로오스 아세테이트 토우, 및 이들의 조합.
일부 실시예에서, 필터 섹션은 두 필터 섹션(다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법) 등의 한 부분) 사이의 캐비티를 정의하는 공간을 포함할 수있다. 캐비티는 일부 실시예에서, 첨가제, 예를 들어, 과립 탄소 또는 향료로 채워질 수 있다. 캐비티는 일부 실시예에서, 자체적으로 향료 또는 촉매를 포함하는 캡슐, 예를 들어, 고분자 캡슐을 포함할 수 있다. 캐비티는, 일부 실시예에서, 또한 연기의 바람직한 향기 성분에 부정적인 영향을 주지 않고 구성 요소의 농도를 제거하거나 줄이기 위해 연기에 선택한 구성 요소와 반응하는 분자 시브(sieve)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 캐비티는 추가적인 향료로 연초를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서 캐비티가 선택된 물질로 불충분하게 채워진 경우, 주요 연기와 캐비티의 물질 및 다른 필터 섹션사이의 상호 작용의 부족할 수 있다는 것을 주의해야 한다.
일부 실시예는 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른)(또는 상술한 것의 적어도 하나를 포함하는 세그먼트 필터)에 흡연성(흡연성) 물질을 작동가능하게 연결하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예서, 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)(또는 상술한 것의 적어도 하나를 포함하는 세그먼트 필터)에 흡연성(흡연성) 물질과 유체 소통될 수 있다. 일부 실시예에서, 흡연 장치는 흡연성(흡연성) 물질과 유체 소통되는 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른)(또는 상술한 것의 적어도 하나를 포함하는 세그먼트 필터)를 포함할 수있다. 일부 실시예에서, 흡연 장치는 흡연성 물질과 유체 소통되는 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른)(또는 상술한 것의 적어도 하나를 포함하는 세그먼트 필터)와 작동가능한 하우징을 포함할 수있다. 일부 실시예에서, 필터로드, 필터, 필터 섹션 및/또는 구분된 필터 로드는 하우징에서 제거가능, 교체가능 및/또는 배치가능하다.
여기서 사용된 "흡연성(흡연성) 물질"은 태우거나 가열하면 연기를 생성할 수 있는 물질을 의미한다. 적절한 흡연성 물질은 연초, 예를 들어, 브라이트 리프 연초, 동양 연초, 터키 연초, 커벤디시 연초, 코로조 연초, 크리오 연초, 페리크 연초, 섀이드 연초, 화이트 벌리 연초, 플루-큐어드 담배, 메릴랜드 연초, 버지니아 연초; 차, 허브, 탄화 또는 파이로리즈드 구성 요소; 무기 충전제 구성 요소; 및 이들의 조합을 포함하나 이에 국한되지 않는다. 연초는 컷 필러 양식, 처리된 연초 줄기, 재구성 연초 필러, 볼륨 확장 연초 필러, 또는 이와 유사한 연초 라미나 형태를 가질 수있다. 연초, 기타 재배된 흡연성 물질은 미국에서 재배될 수 있거나 미국 이외의 관할 구역에서 재배될 수 있다.
일부 실시예에서, 흡연성 물질은 칼럼 형태, 예를 들면, 연초 칼럼 형태로 존재할 수 있다. 여기서 사용된 용어 "연초 칼럼"은 연초의 혼합을 의미하며, 선택적적으로 담배나 시가와 같은 연초 기반 흡연성 제품을 제조하도록 결합될 수 있는 다른 구성성분 및 향료의 혼합을 의미한다. 일부실시예에서, 연초 칼럼은 다음을 구성하는 그룹으로부터 선택되는 구성성분을 포함한다: 연초, 설탕(자당, 갈색 설탕, 인버트 설탕, 또는 높은 과당 옥수수 시럽 등), 프로필렌 글리콜, 글리세롤, 코코아, 코코아 제품, 캐롭 빈 검, 캐롭 빈 추출물, 등 이들의 조합.
또 다른 실시예에서, 연초 칼럼은 다음으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 성분을 포함할 수 있다: 향료, 아로마, 멘톨, 감초 추출물, 인산이암모늄, 수산화 암모늄, 및 이들의 조합. 일부 실시예에서, 연초 칼럼 첨가제를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 연초 칼럼은 적어도 하나의 구부릴 수 있는 요소를 포함할 수 있다.
적절한 하우징은 담배, 담배 홀더, 시가, 시가 홀더, 파이프, 물 파이프, 물 담뱃대, 전자 담배 장치, 손으로 만(roll-your-own) 담배, 손으로 만(roll-your-own) 시가, 페이퍼, 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)를 포장하는 것은 트레이 또는 박스 또는 보호 용기(예를들어 트레이는 담배 필터 로드를 포장하고 윤송하는데 사용)에 위치시키는 것을 포함하나 이에 국한되지 않는다.
일부 실시예에서, 본 발명은 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)를 포함하는 필터를 가진 필터 및/또는 흡연 장치 팩을 제공한다. 상기 팩은, 힌지-리드 팩, 슬라이드 및 쉘 팩, 하드-컵 팩, 소프트-컵 팩, 플라스틱 백, 또는 다른 적절한 팩 용기일 수 있다. 일부 실시예에서, 팩은 폴리 프로필렌 래퍼와 같은 외부 래팅 및 선택적으로 테어 탭을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 필터 및/또는 흡연 장치는 팩 내부에 번들로 밀봉될 수 있다. 번들 필터는 다수의 예를 들어, 20개 이상의 필터 및/또는 흡연 장치를 포함할 수 있다. 그러나, 번들은 개별판매를 위한 배타적인 필터 및/또는 흡연장치 실시예 또는 바닐라, 클로브 또는 시내몬과 같은 특정 스파이스를 포함하는 필터 및/또는 흡연장치와 같은 일부 실시예에서 단일 필터 및/또는 흡연장치를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 본 발명은 다공질 섹션, 다공질 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)를 포함하는 필터를 가진 하나이상의 흡연장치를 포함하는 최소한 한팩의 흡연장치들을 포함하는 흡연장치 팩의 카톤을 제공한다. 일부 실시예에서, 카톤(예를 들어, 용기)은 흡연 장치 팩의 무게를 포함하는 물리적 완전성을 가진다. 이것은 카톤의 요소를 바인딩하는데 사용되는 더 강한 접착제 또는 카톤을 형성하는데 사용되는 더 두꺼운 마분지를 통해 달성될 수 있다.
일부 실시예는 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)를 배송하는 것을 포함할 수 있다. 상기 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)는 개별적으로, 최소한 필터의 일부로, 최소한 흡연 장치의 일부로, 팩으로, 카톤으로, 및 이들의 조합으로 존재할 수 있다. 배송은 기차, 트럭, 비행기, 보트/배, 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
일부 실시예에서, 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)는 약 40%에서 약 90% 범위의 허공 체적을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)는 약 60%-90% 정도의 허공 체적을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)는 약 60%-85% 정도의 허공 체적을 가질 수 있다. 허공 체적은 활성 입자에 의해 얻어진 공간을 계산한 후 남은 여유 공간이다.
특정 이론에 의해 제한하고자 하는 것은 아니지만, 허공 체적을 결정하기 위해 시험은 혼합물의 최종 농도가 활성 입자에 의해 거의 전적으로 주도되었음을 나타내고; 따라서 바인더 입자로 점유된 공간은 이 계산에 고려되지 않는 것으로 믿어진다. 따라서, 허공 체적은 이와 같은 맥락에서, 활성 입자에 대한 계산 후 남은 공간을 기준으로 계산된다. 허공 체적을 결정하려면 먼저 메쉬 크기에 따른 상부와 하부 직경이 활성 입자에 대해 평균되고, 그 후 체적이 활성 물질의 밀도를 사용하여(즉, 평균 직경에 따라 구형으로 가정) 계산된다. 그후 비율 허공 체적은 다음과 같이 계산된다:
Figure pat00001
일부 실시예에서, 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)는 다공질의 mm 길이당 물의 약 0.10 - 약 25mm 범위의 캡슐화된 압력강하(EPD)를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)는 다공질의 mm 길이당 물의 약 0.10 - 약 10mm 범위의 EPD를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)는 다공질의 mm 길이당 물의 약 2 - 약 7mm 범위(또는 다공질의 mm 길이당 물의 7mm보다 크지 않은)EPD를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)는 mm 길이 당 물의 약 20mm 이하, mm 길이 당 물의 약 19mm 이하, mm 길이 당 물의 약 18mm 이하, mm 길이 당 물의 약 17mm 이하, mm 길이 당 물의 약 16mm 이하, mm 길이 당 물의 약 15mm 이하, mm 길이 당 물의 약 14mm 이하, mm 길이 당 물의 약 13mm 이하, mm 길이 당 물의 약 12mm 이하, mm 길이 당 물의 약 11mm 이하, mm 길이 당 물의 약 10mm 이하, mm 길이 당 물의 약 9mm 이하, mm 길이 당 물의 약 8 mm 이하, mm 길이 당 물의 약 7mm 이하, mm 길이 당 물의 약 6mm 이하, mm 길이 당 물의 약 5mm 이하, mm 길이 당 물의 약 4mm 이하, mm 길이 당 물의 약 3mm 이하, mm 길이 당 물의 약 2mm 이하, mm 길이 당 물의 약 1mm 이하의 EPD와 결합되는 최소한 약 1 ㎎/mm, 2 ㎎/mm 3 ㎎/mm, 4 ㎎/mm, 5 ㎎/mm, 6 ㎎/mm, 7 ㎎/mm, 8 ㎎/mm, 10 ㎎/mm, 10 ㎎/mm, 11 ㎎/mm, 12 ㎎/mm, 13 ㎎/mm, 14 ㎎/mm, 15 ㎎/mm, 16 ㎎/mm, 17 ㎎/mm, 18 ㎎/mm, 19 ㎎/mm, 20 ㎎/mm, 21 ㎎/mm, 22 ㎎/mm, 23 ㎎/mm, 24 ㎎/mm, 또는 25 ㎎/mm의 활성 입자 로딩을 가질 수 있다
일부 실시예에서, 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)은 최소한 1㎎/mm와 mm 길이당 물의 약 20mm의 EPD의 활성 입자 로딩을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 다공질은 적어도 mm 길이당 물의 약 20 mm의 EPD와 최소한 약 1 mg/mm의 활성 입자 로딩을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 다공질은 mm 길이당 물의 10mm의 EPD와 결합된 최소한 6mg/mm의 로딩을 가진 탄소를 포함하는 활성입자를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)는 예를 들어, 여기서 열거된 연초 연기에서 구성 요소를 제거하는데 효과가 있을 수 있다. 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법은)는 담배 억제에 대해 세계 보건기구 협약("WHO FCTC")이 목표로 하는 특정 담배 연기 성분의 전달을 줄이는데 사용될 수 있다. 예를 들어 비제한적인 방법으로, 활성화 된 탄소가 활성 입자로 사용되는 다공질은 WTO FCTC 권고 이하 수준으로 특정 담배 연기 성분의 전달을 줄일 수 있다. 구성 요소는 일부 실시예에서, 아세트 알데히드, 아크롤레인, 벤젠, 벤조피렌, 1,3-부타디엔, 및 포름 알데히드를 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다. 활성 탄소를 가지는 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)는 다공질의 약 3.0%-6.5%/mm 길이로 연기 스트림의 아세트알데히드; 다공질의 약 7.5%-12%/mm 길이로 연기 스트림의 아크롤레인; 다공질의 약 5.5%-8.0%/mm 길이로 연기 스트림의 벤젠; 다공질의 약 9.0%-21.0%/mm 길이로 연기 스트림의 벤조피렌; 다공질의 약 1.5%-3.5%/mm 길이로 연기 스트림의 1,3-부다티엔; 및 다공질의 약 9.0%-11.0%/mm 길이로 연기 스트림의 포름알데히드를 줄일 수 있다.
또 다른 예시로, 이온 교환 수지가 활성 입자로 사용되는 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)는 WHO 권고 이하로 특정 담배 연기 성분의 전달을 줄일 수 있다. 일부 실시예서, 이온 교환 수지를 가지는 다공질 섹션, 다공질, 및/또는 다공질 장체(래핑된 또는 다른 방법)는 다공질의 약 5.0%-7.0%/mm 길이로 연기 스트림의 아세트알데히드; 다공질의 약 4.0%-6.5%/mm 길이로 연기 스트림의 아크롤레인; 및 다공질의 약 9.0%-11.0%/mm 길이로 연기 스트림의 포름알데히드를 줄일 수 있다.
당업자는 특정 연기 스트림 구성 요소의 농도에 대해 여기서 보고된 값이 테스트 프로토콜과 연초 혼합에로 다양할 수 있다는 사실을 이해할 것이다. 여기서 인용된 감소는 건강 캐나다 인텐스 흡연 프로토콜을 사용하는 고성능 액체 크로마토그래피에 의해 주요 연초 연기의 선택된 카보닐의 결정, CORESTA 권장 방법 제 74호와 유사한 방법으로 시험된 카보닐을 의미한다. 샘플 담배는 다공질 세그먼트와 셀룰로오스 아세테이트 세그먼트로 구성된 이중 분할 필터로 표준 셀룰로오스 아세테이트 필터를 수동으로 대체하여 미국 상업 브랜드에서 준비된다. 다공질 세그먼트의 길이는 5 ~ 15mm 사이에서 변한다.
매트릭스 물질의 바인더 입자에 대한 활성 입자의 중량비가 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 매트릭스 물질은 하한으로 매트릭스 물질의 약 1 wt % , 5 wt %, 10 wt %, 25 wt %, 40 wt %, 50 wt %, 60 wt % 또는 75 중량에서 상한으로 매트릭스 물질의 약 99 wt %, 95 wt %, 90 wt %, 또는 75 wt % 까지 범위의 양의 활성 입자를 포함할 수있다, 여기서, 활성 입자의 양은 상기는 하한으로부터 상한까지의 범위로 다양할 수 있고, 이들사이의 부분집합을 포함한다.
일부 실시예에서, 매트릭스 물질은 하한으로 매트릭스 물질의 약 1 wt % , 5 wt %, 10 wt % ,또는 25 wt에서 상한으로 매트릭스 물질의 약 99 wt %, 95 wt %, 90 wt %, 또는 75 wt %, 60wt %, 50wt %, 40wt % 또는 wt % 까지 범위의 양의 바인더 입자를 포함할 수있다, 여기서, 바인더 입자의 양은 상기는 하한으로부터 상한까지의 범위로 다양할 수 있고, 이들사이의 부분집합을 포함한다.
활성 입자는 위로 연기가 흐르는 것을 향상시키기 위해 적용하는 물질일 수있다. 위로 연기가 흐르는 것을 향상시키는데 적용된다는 것은 연기 스트림으로 구성요소를 제거, 감소 또는 추가할 수 있는 물질을 의미하는 것이다. 제거 또는 감소(또는 추가)는 선택적일 수 있다. 예시적으로, 담배에서 나오는 연기 스트림에서, 하기 리스트에 도시된 혼합물은 선택적으로 제거되거나 감소될 수 있다. 상기 표는 연초 연기를 포함하는 연초 제품의 유해한/잠재적으로 해로운 성분의 초기 제안된 목록으로 미국 FDA에서 사용할 수 있으며, 아래 목록의 모든 약어는 업계에 잘 알려진 케미컬이다. 일부 실시예에서, 활성 입자는 이들의 조합을 포함하여 하기 연기의 구성 요소 목록에서 선택된 적어도 하나의 구성 요소를 줄이거나 제거할 수 있다. 연기 스트림 구성 요소는 아세트 알데히드, 아세트 아미드, 아세톤, 아크롤레인, 아크릴 아미드, 아크릴로 니트릴, 아플라톡신 B-1, 4-아미노 바이페닐, 1-아미노 나프탈렌, 2-아미노 나프탈렌, 암모니아, 암모늄 염, 아나바신, 아나타빈, 0-아니시딘, 비소, A-α-C, 벤즈안트라센, 벤즈플루렌덴, 벤즈 아세안트릴렌, 벤즈 플로렌덴, 벤젠, 벤조 퓨란, 벤조 피렌, 벤조 페난트렌, 베릴륨, 1,3-부타디엔, 부 티르 알데하이드, 카드뮴, 카페인산, 일산화탄소, 카테콜, 염화 다이옥신/퓨란, 크롬, 크리센, 코발트, 쿠마린, 크레졸, 크로토날데파이드, 사이클로펜타피렌, ㄷ디디벤즈아크리 딘, 디벤즈아크리딘, 디벤즈안트라센, 벤조카바졸, 디벤조피렌, 벤조피렌, 디벤조피렌, 벤조피렌, 2,6-디메틸 아닐린, 에틸카바메이트(우레탄), 에틸 벤젠, 산화 에틸렌, 유제놀, 포름알데히드, 퓨란, 글루-P-1, 글루-P-2 , 히드라진, 시안화 수소, 하이드로 퀴논, 이데노[1,2,3-CD]피렌, IQ, 이소프렌, 납, MEA-α-C, 수은, 메틸 에틸 케톤, 5 메틸크리센, 4 -(메틸니트로사미노)-1-(3-피리딜)-1-부타 논(NNK), 4-(메틸니트로사미노)-1-(3-피리딜) 1-부탄올(NNAL), 나프탈렌, 니켈, 니코틴, 질산염, 질소 산화물, 질소 산화물, 아질산염 , 니트로 벤젠, 니트로 메탄, 2 - 니트로 프로판, N-니트로소아나바신(NAB), N-니트로소디에타노라민(NDELA), N-니트로소디에틸라민, N-니트로소디메틸아민(NDMA), N-니트로소에틸메틸라민, N-ㄴ니트로소모포린(NMOR), N-니트로소노니코틴(NNN), N-니트로소피레리딘(NPIP), N-ㄴ니트로소파이로리딘(NPYR), N-니트로소사코신(NSAR), 페놀, PhlP, 폴로늄-210(무선 동위 원소), 프로피오날데하이드, 프로필렌 옥사이드, 피리딘, 퀴놀린, 레조 르시 놀, 셀레늄, 스티렌 , 타르, 2-톨루이딘, 톨루엔, Trp의-P-1, Trp의-P-2, 우라늄 235(라디오 동위 원소), 우라늄 238(라디오 동위 원소), 비닐 아세테이트, 염화 비닐, 및 이들의 조합을 포함하나 이에 국한되지는 않는다. 활성 물질의 한 예는 활성화된 탄소(또는 활성화탄이나 활성탄)이다. 활성화 된 탄소(예를 들어, 60% 사염화탄소가 흡착될 수 있는 탄소)로 이용가능한 활성을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 활성 탄소는 일정수의 벽의 탄소 나노튜브, 탄소 나노혼, 대나무와 같은 탄소 나노구조, 풀러렌과 풀러렌 골재 및 레이어 그래핀과 산화 그래핀을 거의 포함하지 않는 그래핀과 같은 나노 스케일 탄소 입자일 수 있다.
이러한 물질의 다른 예로는 이온 교환 수지, 건조제, 규산염, 분자 시브, 실리카겔, 활성 알루미나, 제올라이트, 펄라이트, 해포석, 백토, 마그네슘 규산염, 금속 산화물(예를 들어, 철 산화물과 12nm Fe3O4과 같은 철산화물 나노입자), 나노 입자(예를 들어, 금은과 같은 금속 나노 입자; 알루미나와 같은 금속 산화물 나노 입자, 자석, 파라마그네틱, 그리고 가도리늄 산화물과 같은 수퍼파라마그네틱 나노입자, 적철광과 자철광과 같은 다양한 크리스탈 구조, 가도-나노 튜브, 그리고 GD@C60과 같은 엔도풀러렌; 및 코어쉘과 금은 나노쉘과 같은 같은 어니오네이티드 나노입자, 어니오네이티드 철 산화물 및 상기 물질의 어떤 외부 쉘을 가진 다른 나노입자 또는 마이크로입자) 및 상술한 것의 조합(활성 탄소를 포함하는)을 포함한다. 나노 입자는 나노 막대, 나노 구체, 나노라이스, 나노 와이어, 나노 스타(나노트라이포드 및 나노테트라포드 등), 중공 나노, 두 개 이상의 나노입자가 가 있는 하이브리드 나노 구조 및 나노 코팅 또는 나노두께 벽을 가지는 비 나노 입자를 포함하는 것을 주목해야 한다. 또한 나노 입자는 공유 결합 및/또는 비 공유 결합된 나노 입자, 예를 들어, PI-스태킹, 물리 흡착, 이온 연결, 반 데르 발스(van der Waals) 연결되는 나노입자를 포함하는 나노 입자의 유도체를 포함하나 이에 제한되지 않음을 주목해야 한다 .
적절한 기능 그룹은 다음을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.: 아민(1°, 2° 또는 3°), 아미드, 카르복실산, 알데히드, 케톤, 에테르, 에스테르, 과산화물, 시릴, 유기 실란, 탄화수소, 방향족 탄화수소, 및 이들의 조합; 에틸렌디아민, 테트라아세테이트, 디틸렌트리아민펜타세틱산, 트리글리콜라믹산 및 피롤 링을 포함하는 구조와 같은 킬레이트제; 및 이들의 조합.
기능 그룹은 연기 구성 요소의 제거 향상 및/또는 다공질로 나노 입자의 결합을 향상시킬 수 있다. 이온 교환 수지는 예를 들어, 스티렌-디 비닐 벤젠(DVB) 코폴리머, 아크릴 레이트, 메타크릴레이트, 페놀포름알데히드 콘덴세이트, 에피클로로히 드린아민 콘덴세이트; 백본 중합체에 부착되는 복수의 전기 충전 기능 그룹과 같은 백본을 가진 폴리머를 포함한다. 일부 실시예에서, 활성 입자는 다양한 활성 입자의 조합이다. 일부 실시예에서, 다공질은 여러 활성 입자를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 활성 입자는 상술한 활성 입자의 그룹에서 선택된 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다. "요소"는 상기 리스트에서 항목을 설명하는 일반적인 용어로 사용되고 있음을 주목해야 한다. 일부 실시예에서, 활성 입자는 적어도 하나의 향료(flavorant)과 결합된다. 적절한 활성 입자는 5000 미크론의 직경을 갖는 입자만큼 큰 그래핀과 같은 1 나노미터 이하의 크기를 가진다. 활성입자는 하한으로, 0.1 나노미터, 0.5 나노미터, 1 나노미터, 10 나노미터, 100 나노미터, 500 나노미터, 1 미크론, 5 미크론, 10 미크론, 50 미크론, 100 미크론, 150 미크론, 200 미크론, 250 미크론 범위 중 한 크기를 가진다. 활성 입자는 상한으로, 5000 미크론, 2000 미크론, 1000 미크론, 900 미크론, 700 미크론, 500 미크론, 400 미크론, 300 미크론, 250 미크론, 200 미크론, 150 미크론, 100 미크론, 50 미크론, 10 미크론, 또는 500 나노미터 범위 중 한 크기를 가진다. 상기 하한과 상한의 조합은 선택된 최대 크기가 선택된 최소 크기보다 크며, 본 발명에서 사용하기에 적합하다. 일부 실시예에서, 활성 입자는 상기 하한 및 상한의 입자 크기의 혼합일 수 있다. 일부 실시예에서, 활성 입자의 크기는 다중모드(polymodal)일 수 있다.
바인더 입자는 임의의 적절한 열가소성 바인더 입자일 수 있다. 한 실시예에서, 바인더 입자는 용융 온도에서 사실상의 흐름을 보이지 않는다. 이것은 용융온도로 가열될 때 폴리머 흐름이 없는 물질을 의미한다. 이러한 기준을 충족하는 물질은 초고분자량 폴리에틸렌, 매우 높은 분자량 폴리에틸렌, 고분자량 폴리에틸렌, 및 이들의 조합을 포함하나 이에 국한되지 않는다. 실시예에서, 바인더 입자는 190°C에서 약 3.5 g/10min 또는 그 이하의 용융 흐름 지수(MFI, ASTM D1238) 및 15 kg(또는 190°C에서 약 0-3.5g/10min 및 15kg)을 가진다. 다른 실시예에서, 바인더 입자는 190°C에서 약 2.0 g/10min 또는 그 이하의 용융 흐름 지수(MFI) 및 15 kg(또는 190°C에서 약 0-2.0g/10min 및 15kg)을 가진다.
이러한 물질의 한 예는 초고분자량 폴리에틸렌, UHMWPE(190°C에서 0의 MFI폴리머 흐름을 가지지 않음, 15kg 또는 190°C에서 0-1.0의 MFI, 15kg)이고; 다른 물질은 매우 높은 분자량 폴리에틸렌, VHMWPE(예를들어 190°C에서 약 1.0-2.0g/min 의 MFIs를 가질 수 있음, 및 15kg) 또는 고분자량 폴리에틸렌, HMWPE(예를들어 190°C에서 약 2.0-3.5g/min 의 MFIs 를 가질 수 있음, 및 15kg)이다. 일부 실시예에서, 다른 분자량 및/또는 다른 용융 흐름 지수를 갖는 바인더 입자의 혼합물을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
분자량의 용어에서, 여기서 사용된 "초고분자량 폴리에틸렌"은 적어도 약 3×106 g/mol 의 중량 평균 분자량을 가지는 폴리에틸렌 조성물을 말한다. 일부 실시예에서, 초고분자량 폴리에틸렌 성분의 분자량은 약 3×106 g/mol과 약 30×106 g/mol 사이 또는 약 3×106 g/mol과 약 20×106 g/mol 사이 또는 약 3×106 g/mol과 약 10×106 g/mol 사이 또는 약 3×106 g/mol과 약 6×106 g/mol 사이다. "매우 높은 분자량 폴리에틸렌"은 약 3×106 g/mol 이하 및 약 1×106 g/mol 이상의 중량 평균 분자량을 가지는 폴리에틸렌 조성물을 말한다 . 일부실시예에서, 매우 높은 분자량 폴리에틸렌 구성의 분자량은 약 2×106 g/mol과 약 3×106 g/mol 사이이다. "고분자량 폴리에틸렌"은 약 3×105 g/mol에서 약 1×106 g/mol의 중량 평균 분자량을 가지는 폴리에틸렌 조성물을 말한다. 본 명세서의 목적을 위해 여기에 참조된 분자량은 Margolies 방정식("Margolies 분자량")에 따라 결정된다.
적절한 폴리에틸렌 물질은 텍사스 댈러스 셀라니즈 코포레이션의 지사, 티코 폴리머스 LLC, 및 DSM(네덜란드), 브라스켐(브라질), 베이징 공장 2 호(BAAF), 상하이 화학 및, 치루(중화 인민 공화국), 미쓰이와 아사히(일본)등을 포함하는 여러 소스에서 상업적으로 이용가능하다.
특히, GUR® 폴리머는 다음을 포함할 수 있다: GUR®2000 시리즈(2105, 2122, 2122-5, 2126), GUR®4000 시리즈(4120, 4130, 4150, 4170, 4012, 4122-5, 4022-6, 4050-3/4150-3), GUR®8000 시리즈(8110, 8020), GUR®X 시리즈(X143, X184, X168, X172, X192).
적절한 폴리에틸렌 소재의 한 예는 미국 특허 출원 2008/0090081호에 서술된 바와 같은 약 5dl/g-약 30dl/g의 범위에서 고유 점도와 약 80% 이상의 결정도를 가지는 것이다. 적절한 폴리에틸렌 재질의 또 다른 예시는 2010년 5월 3일 출원된 미국 임시 출원 제 61/330, 535호에 서술된 바와 같이, ASTM-D 4020으로 결정된 약 300, 000 g/mol 에서 약 2,000,000 g/mol 범위의 분자량, 약 300μm 및 약 1500μm 사이의 평균 입자 크기 D50, 및 약 0.25g/ml 및 약 0.5g/ml 사이의 벌크 밀도를 가지는 것이다.
바인더 입자는 일정 형태로 추정될 수 있다. 이러한 형태는 구형, 하이페리온, 별형, 크론듈러 또는 행성 간 먼지형, 과립형, 감자형, 불규칙형, 또는 이들의 조합을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 본 발명에서 사용하기에 적합 바인더 입자는 비 섬유이다. 일부 실시예에서 바인더 입자는 분말, 펠렛, 또는 입자의 형태이다. 일부 실시예에서, 바인더 입자는 다양한 바인더 입자의 조합이다.
일부 실시예에서, 바인더 입자는 하한으로, 0.1 나노미터, 0.5 나노미터, 1 나노미터, 10 나노미터, 100 나노미터, 500 나노미터, 1 미크론, 5 미크론, 10 미크론, 50 미크론, 100 미크론, 150 미크론, 200 미크론, 250 미크론 범위 중 한 크기를 가진다. 바인터 입자는 상한으로, 5000 미크론, 2000 미크론, 1000 미크론, 900 미크론, 700 미크론, 500 미크론, 400 미크론, 300 미크론, 250 미크론, 200 미크론, 150 미크론, 100 미크론, 50 미크론, 10 미크론, 및 500 나노미터 범위 중 한 크기를 가진다. 상기 하한과 상한의 조합은 선택된 최대 크기가 선택된 최소 크기보다 크며, 본 발명에서 사용하기에 적합하다. 일부 실시예에서, 활성 입자는 상기 하한 및 상한의 입자 크기의 혼합일 수 있다.
일부 실시예에서, 더 작은 직경의 입자는 여기에 설명 된 다공질을 생산하는 대량 생산 과정에 특히 유용될 수있는, 바인더 입자를 함께 바인딩하기 위한 더 빠른 가열에 유리할 수 있다.
활성 입자 크기에 대한 바인더 입자 크기의 비율은 각각 상술한 크기 범위에 의해 결정된 것의 반복을 포함될 수 있지만 특정 크기 비율이 특정 적용 및/또는 제품에 유리할 수 있다. 비제한적인 예시로, 흡연 장치 필터에서 활성 입자와 바인더 입자의 크기는 EPD가 다공질을 통해 유체를 흡입할 수 있는 것이어야 한다. 일부 실시예에서, 활성 입자 크기에 대한 바인더 입자 크기의 비율은 약 10:1에서 약 1:10의 범위 수도 있고, 보다 바람직하게는 1:1.5 내지 약 1:4 범위일 수 있다. 또한 바인더 입자는 약 0.10g/cm3 에서 0.55 g/cm3 범위의 벌크 밀도를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 벌크 밀도는 약 0.50 g/cm3 에서 약 0.17 g/cm3의 범위일수 있다. 또 다른 실시예에서, 벌크 밀도는 약 0.47 g/cm3에서 약 0.20g/cm3 범위일수 있다.
상기 바인더 입자 외에도 기존의 열가소성 수지를 바인더 입자로 사용할 수 있다. 이러한 열가소성수지는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드(또는 나일론), 폴리아크릴계, 폴리스티렌, 폴리비닐, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 이들의 코폴리머, 이들의 유도체 및 이들의 조합을 포함하나 이에 국한되지 않는다.
비 섬유 가소화 셀룰로오스 유도체는 본 발명의 바인더 입자로 사용하기에 적합할 수 있다. 적절한 폴리올레핀의 예시는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리메틸펜틴, 이들의 코폴리머, 이들의 유도체 및 이들의 조합을 포함하나 이에 국한되지 않는다.
적절한 폴리에틸렌의 예시는 더 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 이들이 코폴리머, 이들의 유도체, 이들의 조합 등을 포함한다. 적절한 폴리에스테르의 예시는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레 프탈레이트, 폴리사이클로헥시린, 다이메틸렌, 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌, 이들의 코폴리머, 이들의 유도체, 및 이들의 조합 등을 포함한다. 적절한 폴리아크릴계의 예시는 폴리메타크릴레이트, 이들의 코폴리머, 이들의 유도체, 이들의 조합 등을 포함하지만 이에 국한되지 않는다. 적절한 폴리스티렌의 예는, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 스티렌-아크릴로 니트릴, 스티렌-부타디엔, 스티렌-무수말레산, 이들의 코폴리머, 이들의 유도체, 이들의 조합 등을 포함한다. 적절한 폴리비닐의 예시로는 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌비닐알코올, 폴리 염화비닐, 이들의 코폴리머, 이들의 유도체, 이들의 조합 등을 포함하나 이에 국한되지 않는다. 적절한 셀룰로오스의 예시는 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트, 가소화 셀룰로오스, 프로피온산 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 이들의 코폴리머, 이들의 유도체, 이들의 조합 등을 포함하나 이에 국한되지 않는다. 일부 실시예에서, 바인더 입자는 공중 합체, 유도체, 그리고 상술한 바인더의 조합일 수 있다.
일부 실시예에서, 매트릭스 물질 및/또는 다공질은 활성 입자, 바인더 입자 및 첨가제를 포함할 수있다. 일부 실시예에서, 매트릭스 물질 또는 다공질은 하한으로 매트릭스 물질 또는 다공질의 약 0.01 wt %, 0.05 wt %, 0.1 wt %, 1 wt %, 5 wt % 또는 10 wt % 에서 상한으로, 매트릭스 물질 또는 다공질의 약 25 wt %, 15 wt %, 10 wt %, 5 wt %, 또는 1 wt % 범위의 양의 첨가제를 포함할 수 있으며, 여기서 첨가제의 양은 하한에서 상한까지의 버무이 및 이들의 부분집합을 포함할 수 있다. 여기에 언급된 다공질은 다공질 장체, 다공질, 및 다공질 섹션(래핑된 또는 다른 방법)을 포함한다는 것을 주목해야 한다.
적절한 첨가제는 활성 혼합물, 이온 수지, 제올라이트, 나노 입자, 마이크로웨이브 향상 첨가제, 세라믹 입자, 유리 구슬, 연화제, 가소제, 안료, 염료, 향료, 향기, 제어된 릴리스 베시클, 접착제, 점착제, 표면 수정제, 비타민, 과산화물, 살균제, 항진균제, 항균제, 대전 방지제, 난연제, 분해제 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
적절한 활성 혼합물은, 사과산, 탄산 칼륨, 구연산, 주석산, 젖산, 아스코르빈산, 폴리에틸렌이민, 시클로덱스트린, 수산화나트륨, 술파믹산, 나트륨 술파메이트, 폴리비닐아세테이트, 카르복시레이티드 아크릴레이트 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지 않는 연기 스트립에서 구성요소를 제거하기 위해 적절한 혼합물 및/또는 분자일 수 있다. 활성 입자는 역시 활성 혼합물로 고려될 수 있지만 그 반대의 경우도 마찬가지로 고려될 수 있음을 주목해야 한다. 비제한적인 예시로, 풀러렌 및 일부 탄소 나노 튜브가 입자와 분자로 고려될 수 있다.
적절한 이온 수지가 스티렌-디 비닐 벤젠(DVB) 코폴리머, 아크릴 레이트, 메타크릴레이트, 페놀포름알데히드 콘덴세이트, 에피클로로히드린아민 콘덴세이트; 백본 중합체에 부착되는 복수의 전기 충전 기능 그룹과 같은 백본 및 이들의 조합과 같은 백본을 가진 폴리머를 포함하나 이에 제한되지 않는다.
제올라이트는 구멍, 예를들어, 채널, 균일한 캐비티, 분자 크기를 가지는 크리스탈 알루미노실리케이트를 포함할 수 있다. 제올라이트는 천연 및 합성 물질을 포함할 수 있다. 적절한 제올라이트는 제올라이트 BETA(Na7(Al7Si57O128) x테트라고날), 제올라이트 ZSM-5(Nan(AlnSi96-nO192) 16H2O, n<27을 가진), 제올라이트 A, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 제올라이트 KG, 제올라이트 ZK-5 제올라이트 ZK-4, 메조 포러스 실리케이트, SBA-15, MCM-41, 3-아미노프로필시릴 그룹에서 수정된 MCM48, 알루미노-포스페이트, 메조포로스 알루미노실리케이트, 기타 관련 다공성 물질(예를들어, 혼합된 산화물 젤), 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 국한되지 않는다, .
적절한 나노 입자는 일정수의 벽의 탄소 나노튜브와 같은 나노스케일 탄소, 탄소 나노혼, 대나무와 같은 탄소 나노구조, 풀러렌과 풀러렌 골재 및 레이어 그래핀과 산화 그래핀을 거의 포함하지 않는 그래핀; 금은과 같은 금속 나노 입자; 알루미나, 실리카, 티나니아와 같은 금속 산화물 나노 입자; 자석, 파라마그네틱, 그리고 가도리늄 산화물과 같은 수퍼파라마그네틱 나노입자, 적철광과 자철광과 같은 다양한 크리스탈 구조, 약 12nm Fe3O4 , 가도-나노 튜브, 및 GD@C60과 같은 엔도풀러렌; 및 코어쉘과 금은 나노쉘과 같은 어니오네이티드 나노입자, 어니오네이티드 철 산화물 및 상기 물질의 어떤 외부 쉘을 가진 다른 나노입자 또는 마이크로입자) 및 상술한 것의 조합(활성 탄소를 포함하는)을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
상기 나노입자는 공유 결합 및/또는 비 공유 결합된 나노 입자, 예를 들어, PI-스태킹, 물리 흡착, 이온 연결, 반 데르 발스(van der Waals) 연결되는 나노입자를 포함하는 나노 입자의 유도체를 포함하나 이에 제한되지 않음을 주목해야 한다 . 적절한 기능 그룹은 아민(1°, 2° 또는 3°), 아미드, 카르복실산, 알데히드, 케톤, 에테르, 에스테르, 과산화물, 시릴, 유기 실란, 탄화수소, 방향족 탄화수소, 및 이들의 조합; 폴리머; 에틸렌디아민 테트라아세테이트, 디틸렌트리아민펜타세틱산, 트리글리콜라믹산 및 피롤 링을 포함하는 구조와 같은 킬레이트제; 및 이들의 조합을 포함하는 일부분을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
기능 그룹은 연기 구성요소의 제거 및/또는 나노입자를 다공질에 통합하는 것을 향상시킬 수 있다.
적절한 마이크로웨이브 향상 첨가제는 마이크로웨이브 반응 폴리머, 탄소 입자, 풀러렌, 탄소 나노 튜브, 금속 나노 입자, 물 등, 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
적절한 세라믹 입자는 산화물(예를 들어, 실리카, 티타니아, 알루미나, 베릴륨, 세리아, 산화 지르코늄), 나노옥사이드(예를 들어, 탄화물, 붕화물, 질화물 및 실리사이드), 이들의 복합 물질, 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 세라믹 입자는 결정, 비결정, 또는 반 결정일 수 있다.
여기서 사용된 염료는 매트릭스 물질 및/또는 이들의 구성요소를 통해 통합되고 색상을 전달하하는 구성요소 및/또는 입자를 의미한다. 적절한 안료는 이산화 티타늄, 이산화 규소, 타르트라진, E102, 프탈로시아닌 블루, 프탈로시아닌 그린, 퀸아크리돈, 페릴렌테트라산 디-이미 드, 다이옥사진, 페리노네스 디사조 안료, 안트라 퀴논 안료, 카본 블랙, 이산화 티타늄 프탈로시아닌 금속 분말, 산화철, 울트라 마린, 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
여기서 사용된 염료는 색상을 전달하고 표면처리하는 혼합물 및/또는 입자를 의미한다. 적절한 염료은 액체 및/또는 과립 형태(예를 들어, CARTASOL® 화려한 노란색 K-6G 액체, CARTASOL® 옐로우 K-4GL 액체, CARTASOL® 옐로우 K-GL 액체, CARTASOL® 오렌지 K-3GL 액체, CARTASOL® 스칼렛 K-2GL 액체, CARTASOL® 레드 K-3BN 액체, CARTASOL® 블루 K-5R 액체, CARTASOL® 블루 K-RL 액체, CARTASOL® 터키석 K-RL 액체/과립, CARTASOL® 브라운 K-BL 액체)인 CARTASOL®는 염료(클라리언트 서비스에서 사용할 수 있는 양이온 염료), FASTUSOL® 염료(BASF에서 사용할 수 있는 옥소크롬)(예를 들어, 노란색 3GL, Fastusol C 블루 74L)을 포함할 수 있지만 이에 국한되지 않는다.
적절한 향료(flavorants)는 연기 스트림에 맛 및/또는 향을 전달하는 것을 포함하는 금연 장치 필터에서 사용하기에 적절한 모든 향료일 수 있다. 적절한 향료는 유기 물질(또는 자연향 입자), 자연 향을 위한 캐리어, 인공향을 위한 캐리어 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 유기 물질(또는 자연향 입자)는 담배, 정향(예를 들면, 지상 정향과 정향 꽃), 코코아, 커피, 차등을 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다. 자연 및 인공 향은 멘톨, 정향, 체리, 초콜릿, 오렌지, 민트, 망고, 바닐라, 계피, 담배, 등을 포함할 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 이러한 향은 멘톨, 아네톨(감초), 아니솔, 리모넨(감귤류), 유제놀(정향) 등 및 이들의 조합에 의해 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 향료는 ㅇ여기에 제공된 향료들의 조합을 포함하여 사용할 수 있다. 상기 향료들은 연초 칼럼 또는 필터 섹션에 배치될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 본 발명의 다공질은 향료를 포함할 수있다. 포함되는 양은 모든 필터 섹션, 흡연 장치의 길이, 흡연 장치의 유형, 흡연 장치의 직경뿐만 아니라, 공지기술에 따른 다른 요소를 고려하여 연기에 어느 정도 수준의 향을 원하느냐에 따라 달라진다, .
적절한 아로마는 포름산 메틸, 초산 메틸, 메틸 부틸 레이트, 에틸 아세테이트, 에틸 부틸, 이소아밀 아세테이트, 펜틸부틸, 펜틸 펜타노에이트, 옥틸 아세테이트, 미르신, 제라니올, 네롤, 시트랄, 시트로네랄, 리나로올, 네로리돌, 리모넨, 장뇌, 테르피네올, 알파-이오논, 투존, 벤즈알데히드, 유제놀, 신남알데히드, 에틸 말톨, 바닐라, 아니솔, 아네톨, 에스트라골, 티몰, 푸라네올, 메탄올, 향료, 향신료 추출물, 허브 추출물, 에센셜 오일, 스멜링 염, 휘발성 유기 혼합물, 휘발성 작은 분자, 포름산 메틸, 초산 메틸, 메틸 부틸 레이트, 에틸 아세테이트, 에틸 부틸, 이소아밀아세테이트, 펜틸 부틸, 펜틸 펜타노에이트, 옥틸 아세테이트, 미르 신, 라니, 네롤, 시트랄, 시트로네랄, 시트로네올, 리나로올, 네로리돌, 리모넨, 장뇌, 테르피네올, 알파이오논, 투존, 벤즈알데히드, 유제놀, 신남알데히드, 에틸 말톨, 바닐라, 아니솔, 아네톨, 에스트라골, 티몰, 푸라네올, 메탄올, 로즈마리, 라벤더, 감귤류, 후리지아, 살구꽃, 채소, 복숭아, 재스민, 로즈우드, 소나무, 백리향, 오크모스, 무스크, 베티버, 몰약, 까막 까치밥 나무, 베르가못, 자몽, 아카시아, 파시플로라, 샌달 우드, 통카 빈, 만다린, 네롤리, 바이올렛 잎, 치자, 붉은 과일, 일랑 일랑, 아카시아 파네시아나, 미모사, 통카 빈, 숲, 암베르그리스, 수선화, 히아신스, 수선화, 검은 건포도 버드, 아이리스, 라즈베리, 계곡의 백합, 백단, 베티버, 시더 우드, 네롤리, 베르가못, 딸기, 카네이션, 오레가노, 꿀, 사향 고양이, 헬리오트로프, 카라멜, 쿠마린, 패출리, 듀베리, 헬로니알, 베르가못, 히야신스, 고수풀, 피망 베리, 랍다눔, 캐시, 베르가못, 알데히드, 난초, 앰버, 벤조 인, 오리스, 하향, 팔마로사, 계피, 육두구, 이끼, 스티락스, 파인애플, 베르가못, 디기탈리스, 튤립, 등나무, 마티스, 용연향, 잇몸, 수지, 사향, 복숭아, 자두, 카스토레움, 몰약, 제라늄, 로즈 바이올렛, 수선화, 매운 카네이션, 갈바눔, 히아신스, 페티트그레인, 아이리스, 장미 히아신스, 인동 덩굴, 고추, 딸기, 벤조인, 망고, 코코넛, 헤스 페리, 카스토레움, 오스만 투스, 무스 데 셴, 천도 복숭아, 박하, 아니스, 계피, 오리스, 살구, 플루 메리아, 마리골드, 로즈 오토, 수선화, ㅌ토로 봉선화, 유향, 장미 호박, 오렌지 꽃, 버번 베티버, 오포파낙스, 백색 사향, 파파야, 설탕, 사탕, 잭 프루트, 하니듀, 연꽃, 무구어트, 뽕나무, 압생트, 생강, 노간주 나무 열매, 스파이스부시, 작약, 바이올렛, 레몬, 라임, 히비스커스, 화이트 럼 , 바질, 라벤더, 발사믹스, 포-티-티엥, 오스만 투스, 카로 카루드, 흰 난초, 칼라 백합, 흰 장미, 루브럼 백합, 타게테스, 암 베르 그리스, 아이비, 잔디, 세린가, 스피어민트, 클라리 세이지, 미루 나무, 포도, 브림벨, 시클라멘 연꽃, 난초, 글리신, 티아레 꽃, 진저 릴리, 그린 오스만 투스, 패션 플라우어, 파란 장미, 베이 럼, 캐시, 아프리카 메리 골드, 아나톨리아 장미, 오베르뉴 수선화, 영국 블룸, 영국 블룸 초콜릿, 불가리아 장미, 중국 패출리, 중국 치자 나무, 칼라 브리 안 만다린, 코모로 섬 투베로즈, 실론 카다몬, 카리브 열정 과일, 다마시나 장미, 조지아 복숭아, 화이트 마돈나 릴리, 이집트 재스민, 이집트 금잔화, 에티오피아 사향, 파네시안 캐시, 피렌체 이리스, 프랑스 재스민, 프랑스 수선화, 프랑스 히아신스, 기니 오렌지, 가이아나 와카푸아, 그라스 페티트그레인, 그라스 장미, 그라스 투베로즈, 아이티 베티버, 하와이 파인애플, 이스라엘 바질, 인도 백단, 인도양 바닐라, 이탈리아 베르가못, 이탈리아 이리스, 자메이카 고추, 월 로즈, 마다가스카르 일랑 일랑, 마다가스카르 바닐라, 모로코 재스민, 모로코 장미, 모로코 오크모스, 모로코 오렌지 꽃, 마이소르 샌달우드, 동양 장미, 러시아, 가죽, 러시아 코리안더, 시칠리아 만다린, 남아프리카 공화국 금잔화, 남아프리카 통카 빈, 싱가포르 패출리, 스페인 오렌지 꽃, 시칠리아 라임, 레위니옹 섬 베티버, 터키 로즈, 타이 벤조인, 튀니지 오렌지 꽃, 유고슬라비아 오크모스, 버지니아 시더우드, 유타 톱풀, 서인도 자단 등, 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
적절한 점착제는 메틸 셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 히드록시 에틸셀룰로오스, 카르복시 메틸셀룰로오스, 카르복시 에틸셀룰로오스, 수용성 셀룰로오스 아세테이트, 아미드, 디아민, 폴리 에스테르, 폴리 카보네이트, 실릴 변성 폴리 아미드 혼합물, 폴리카바메이트, 우레탄, 천연 수지, 쉘락스s, 아크릴산 폴리머, 2-에틸헥실아크릴레이트, 아크릴 에스테르 폴리머, 아크릴 유도체 폴리머, 아크릴 산 폴리머, 아나크릴릭 에스테르 폴리머, 폴리(메틸 아크릴레이트), 폴리(부틸 아크릴레이트), 폴리(2-에틸헥실아크릴레이트 ), 아크릴산 에스테르 코폴리머, 메타 크릴 산 유도체 폴리머, 메타크릴 산 호모폴리머, 메타크릴 산 에스테르 코폴리머, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리(부틸메타크릴레이트), 폴리(2-에틸헥실메타크릴레이트), 아크릴 아미도 메틸 프로판 술폰산 폴리머, 응축 아크릴 아미도 메틸 프로판 술폰산 유도체 폴리머, 아크릴 아미도 메틸 프로판 술폰산 코폴리머, 아크릴 산/아크릴 아미도 메틸 프로판 술폰산 코폴리머, 벤질 코코 디-(히드록시에틸)급 아민, 포름알데히드로 응축된 PT-아밀-페놀, 디 알킬 아미노 알킬(메타)아크릴 레이트, 아크릴 아미드, N-(디 알킬 아미노 알킬) 아크릴 아미드, 메타아크릴아미드, 히드록시 알킬(메타) 아크릴레이트, 메타크릴 산, 아크릴 산, 히드록시에틸아크릴레이트, 등 및 이들의 유도체 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 국한되지 않는다.
적절한 비타민이 비타민 A, 비타민 B1, 비타민 B2, 비타민 C, 비타민 D, 비타민 E, 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
적절한 항균제는 항균 금속 이온, 클로르헥시딘, 클로르헥시딘 염, 트리클로산, 폴리모신, 테트라사이클린, 아미노 글리코사이드(예를 들어, 겐타 마이신), 리팜피신, 바시트라신, 에리스로마이신, 네오마이신, 클로람페니콜, 미코나졸, 퀴놀론계, 페니실린, 노녹시놀 9, 푸시딕 산, 세팔로스포린, 무피로신, 메트로니다졸레아 세크로핀, 프로테그린, 박테리올신, 디펜신, 니트로푸라존, 마페나이드, 바노마이신, 클린다마이신, 린코마이신, 설폰아미드, 노르플록사신, 페플록사신, 나리디직 산, 옥살산, 에노자신 산 , 시프로플록사신, 폴리헥사메칠렌 비구아나이드(PHMB), PHMB 유도체(예를 들어, 폴리에틸렌 헥사니에틸렌 비구아나이드(PEHMB)와 같은 생분해 비구아나이드), 시릴오렉시딘 글루 콘 산염, 크롤로헥시딘 염산염, 에틸렌 디아민 테트라 아세트산(EDTA), EDTA 유도체(예를 들어, 나트륨 EDTA(에틸렌 다이아민 테트라 초산) 또는 산사 EDTA(에틸렌 다이아민 테트라 초산), 등 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이들에 제한되지 않는다.
정전기 방지제는, 일부 실시예에서, 임의의 적절한 음이온, 양이온성, 양성 또는 비이온성 정전기 방지제를 포함할될 수있다. 음이온 정전기 방지제는 일반적으로 알칼리 황산염, 알칼리 인산, 알코올의 인산에스테르, 에톡 알콜 인산염 에스테르, 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이들에 제한되지 않는다. 예시는 알칼리 중화 인산 에스테르(예를 들어, TRYFAC® 5559 또는 TRYFRAC® 5576, 헨켈, 몰딘, 사우스 캐롤라이나에서 구입 가능)을 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다. 양이온 정전기 방지제는 일반적으로 양전하를 가지는 4급 암모늄염과 이미다졸린을 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다. 비이온성의 예시는 폴리(옥시알킬렌) 유도체, 예를 들어, EMEREST® 2650와 같은 에톡실화 지방산(헨켈, 몰딘, 사우스 캐롤라이나에서 이용가능한 에톡실화지방산), TRYCOL®5964와 같은 에톡실화 지방 알코올(헨켈, 몰딘, 사우스 캐롤라이나에서 이용가능한 에톡 라우릴 알코올), TRYMEEN ®6606과 같은 에톡 실화 지방산 아민(헨켈, 몰딘, 사우스 캐롤라이나에서 이용가능한, 에톡실화 수지 아민), EMID®6545 와 같은 알칸올아미드(헨켈, 몰딘, 사우스 캐롤라이나에서 이용가능한 올레디에탄올아민) 및 이들의 조합을 포함하나 이에 국한되지 않는다.
다공질 등이 주로 흡연 장치 필터, 다공질 및 이와 유사한 것에 대해 여기서 주로 논의 되는 동안, 다른 적용예에서, 액체 여과, 정수, 동력 차량의 공기 필터, 의료 기기의 에어 필터, 가정용 공기 필터 등을 포함하나 이에 제한되지 않는 대상이 유체 필터(또는 그 부분품)로 사용될 수 있다. 당업자는 본 발명의 장점과 함께, 다른 여과에 적용, 예를들어 크기, 형상, 매트릭스 물질 구성요소의 크기 비율 및 매트릭스 물질 구성요소의 구성을 위해 상술한 것을 적용하기 위해 필요한 수정 및/또는 제한을 이해할 것이다. 비제한적인 예시로, 매트릭스 물질은 공기 필터의 동심 물 필터 구성이나 주름 시트에 대한 중공 실린더와 같은 다른 모양으로 성형될 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템은 물질 경로를 따라 배치된 몰드 캐비티를 가진 물질 경로, 물질경로에 매트릭스 물질을 공급하기 위해 몰드 캐비티의 적어도 일부분 앞에 있는 하나이상의 호퍼, 물질 경로의 적어도 제 1 부분과 열교환되는 열원 및 물질 경로의 제 1 부분 뒤의 물질을 따라 배치된 커터를 포함할 수 있다.
일부 실시예는 몰드 캐비티내로 매트릭스 물질을 연속적으로 도입하고 몰드 캐비티의 라이너로 릴리즈 래퍼를 배치하는 것을 포함할 수 있다. 또한 상기 실시예들은 매트릭스 물질을 복수의 접촉지점에서 바인딩하도록 매트릭스 물질의 최소한 일부를 가열하여 이에따라 다공질 장체를 형성하며 다공질 장체를 방사방향으로 커팅하여 다공질을 생성하는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시예들은 연속적으로 매트릭스 물질을 몰드 캐비티내로 도입하고, 매트릭스 물질의 적어도 일부를 가열하여 복수의 접촉지점에서 매트릭스 물질을 바인딩하여 다공질 장체를 형성하고 다이를 통해 다공질 장체를 추출하는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템은 두 몰드 캐비티 부분을 포함하는 몰드 캐비티를 포함할 수 있고, 여기서 제 1 컨베이어는 제 1 몰드 캐비티 부분을 포함하고 제 2 컵베이어는 제 2 몰드 캐비티 부분을 포함한다. 상기 제 1 컨베이어와 제 2 컨베이어는 몰드 캐비티를 형성하도록 제 1 몰드 캐비티 부분과 제 2 몰드 캐비티 부분을 함께 운반할 수있고, 그후 연속적인 형태로 제 2 몰드 캐비티 부분으로부터 제 1 몰드 캐비티 부분을 분리할 수 있다. 상기 시스템은 또한 다공질로 매트릭스 물질을 변환하기 위한 몰드 캐비티의 적어도 제 1 부분과 열교환되는 열원과 매트릭스 물질로 몰드 캐비티를 채울 수 있는 호퍼를 포함할 수있다.
일부 실시예들은 복수의 몰드 캐비티에 매트릭스 물질을 도입하고, 복수의 접촉지점에서 내트릭스 물질을 바인딩하도록 몰드 캐비티내의 매트릭스 물질을 가열하여 이에따라 다공질을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 이해를 돕기 위해, 대표적인 실시예가 다음의 예시로 주어진다. 다음의 예시는 본 발명의 범위를 제한하거나 정의하는 것이 되어서는 안된다
예시
예 1. 무결성을 측정하기 위해 샘플을 프랑스 사각 유리 병에 넣고 5 분간 손목 동작 쉐이커를 사용하여 세게 흔든다. 완료되면, 흔들기 전후의 샘플의 무게를 비교한다. 차이는 퍼센트 손실 값으로 변환된다. 상기 테스트는 극단적인 상황하에서의 악화를 시뮬레이션한다. 2% 미만의 중량 손실은 허용 품질로 간주된다.
다공질 샘플은 탄소 첨가제를 가진 GUR 2105와로 제조되고, 탄소 첨가제를 가진 GUR X192는 페이퍼 래핑되거나 페이퍼 래링 없이 제조된다. 상기샘플은 8mm * 20mm를 측정하는 실린더이다. 무결성 검사의 결과는 아래의 표 1에 주어진다.
GUR 탄소:GUR 비율 퍼센트손실(페이퍼 있음) 퍼센트손실(페이퍼없음)
2015 85:15 0.94% 2.64%
2015 80:20 0.59% 3.45%
2015 75:25 0.23% 0.57%
2015 70:30 0.14% 1.00%
X192 80:20 34.51% 60.89%
X192 75:25 13.88% 43.78%
X192 70:30 8.99% 14.33%
가소된 탄소-온-토우필터 4.01 mg/mm 탄소 0.98% n/a
상기 예는 다공질의 바인더(GUR)의 퍼센트가 증가하고 래퍼(페이퍼)를 포함하는 것이 다공질의 무결성을 강화하는 것을 도시한다. 또한, 다공질은 연기 구성 요소의 제거를 증가시키기 위해 사용되는 달마시안 필터(가소된 탄소-온-토우 필터)와 비교될 수 있는 무결성을 갖도록 설계될 수 있다.
예 2. 유체가 필터(또는 다공질)를 통해 흡수될 때 방출되는 입자의 양을 측정하기 위해 샘플이 건조 퍼프(puffed)되고 방출되는 입자는 캠브리지 패드에 수집된다.
다공질의 입자 방출 특성은 달마시안 필터(가소된 카본-온-토우 필터)와 비교되었다. 샘플은 (1) 탄소 333mg 다공질, (2) 물세척된 탄소 338mg 다공질, (3) 탄소 74mg 달마시안 필터의 8mm*20mm 를 측정하는 실린더이다.
샘플 초기 탄소 로딩(mg) mg 탄소/mm 필터길이 탄소손실(mg) mg 탄소손실/g 초기 탄소로딩
다공질 333 16.65 0.18 0.53
세척된 다공질 338 16.9 0.073 0.22
달마시안 필터 74 3.7 0.15 2.07
상기 예는 다공질이 수배 큰 탄소 로딩 상기 예에서는 4.5 배 큰 탄소 로딩을 가진 달마 시안 필터와 비교한 흡입시 방출되는 비교가능한 입자량을 가지는 것을 도시한다. 또한, 입자 방출은 세척과 같은 처리로 다공질에서 완화될 수 있다. 다른 완화 단계는 다공질에 바인더 농도를 증가시키고, 첨가제(예를 들어, 탄소)의 크기와 모양, 최적화하는 다공질의 기계적 바인딩 정도를 증가(예를들어, 바인딩 온도에서 시간을 증가시킴)시키는 단계이다.
예 3. 80% 탄소(PICATIF, 자코비에서 이용가능한 60% 활성 탄소), 20% GUR® 2105의 매트릭스 물질이 혼합되어 한 단부에 플러그된 페이퍼 튜브로 부어진다. 채워진 튜브는 마이크로웨이브(약 300W 및 약 2.45 GHz)에서 75초동안 조사되어 배치된다. 매트릭스 물질의 상당 부분이 함께 결합되고, 두 개의 섹션, 17mm 및 21mm로 커팅된다. 다공질의 섹션은 분석되어 각각 길이의 water/mm로 8.4mm, 및 길이의 water/mm로 2.7mm의 EPDS를 나타낸다.
상기 예는 다공질 등의 생산에 마이크로웨이브 조사의 적용 가능성을 나타낸다. 상술 바와 같이, 마이크로웨이브 조사는 일부 실시예에서, 다공질의 형성에 다른 가열 방법에 더하여 사용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 내재하는 것뿐만 아니라 언급된 단부와 장점을 달성하기 위해 적응된다. 여기에 서술된 특정 실시예는 오직 예시적인 것이며 당업자는 본 발명의 장점과 함께 명백하게 본 발명을 수정하고 실현할 수 있다. 또한, 어떠한 제한도 하기의 청구 범위에 명시된 경우를 제외하고 여기에 도시된 구성이나 설계에 세부사항에 의도되지 않는다. 따라서, 상술된 특정의 예시적인 실시예의 변경, 결합, 또는 수정과 모든 변형예가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 고려 될 수 있다는 것은 분명하다. 여기서 예시적으로 공개된 본원 발명은 여기서 특별히 공개된 및/또는 여기서 공개된 선택적 요소없이 적절히 실현될 수 있다. 조성물 및 방법은 다양한 구성요소 또는 단계를 "포함하는", "가지는" "구성되는"과 같은 용어로 서술되는 한편, 구성과 방법은 역시 다양한 구성요소와 방법으로 "본질적으로 구성되는" 또는 "구성"된다. 상술한 모든 숫자 및 범위는 일부 양에 따라 변할 수 있다. 하한과 상한과 숫자 범위를 공개 할 때, 범위에 속하는 임의의 숫자와 포함 된 모든 범위를 구체적으로 기재하였다. 특히, 여기에 서술된 모든 값의 범위("약 a 로부터 약 b 까지", 또는 동등하게 "대략 a 내지 b", 또는 동등하게 "약 a-b"의 형태)는 더 넓은 범위의 값을 포함하는 모든 숫자와 범위를 규정하는 것으로 이해되어야 한다. 역시 청구범위의 용어는 특허권자가 명시적이고 명확하게 정의하지 않는 경우에는 평이하고 일반적인 의미를 가진다.
또한, 청구범위에서 사용된 불명확 항목 "한" 또는 "부정관사"는 도입되는 모든 요소중 하나 보다 많은 하나이상을 의미하는 것으로 정의된다. 본 명세서의 단어 또는 용어 및 여기에 참조를 위해 통합될 수 있는 하나이상의 특허 또는 다른 문헌의 용도에 다툼이 있는 경우, 본 명세서와 일치하는 정의를 채택하여야 한다.

Claims (14)

  1. 매트릭스 물질을 연속적으로 몰드 캐비티에 도입하고, 상기 매트릭스 물질은 복수의 활성 입자와 복수의 바인더 입자를 포함하는 단계;
    복수의 접촉 지점에서 매트릭스 물질을 바인딩하도록 매트릭스 물질의 적어도 일부를 가열하여 다공질 장체를 형성하고, 상기 가열은 매트릭스 물질의 적어도 일부를 마이크로웨이브 방사선으로 조사하는 것을 포함하는 단계;
    다공질 장체를 방사 방향으로 커팅하여 다공질을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 매트릭스 물질이 5 중량% 이하의 습기 함유량을 가지는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 다공질이 800m/min 이하의 선형 속도로 생성되는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로웨이브 방사선으로 조사하는 것이 10초 이하의 유지 시간으로 발생하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 연속적인 도입이 매트릭스 물질의 몰드 캐비티로의 공압식 치밀상 공급을 포함하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 매트릭스 물질의 적어도 일부분을 바인더 입자의 연화 온도 이상으로 가열하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 바인더 입자가 적어도 3×106 g/mol의 중량 평균 분자량을 가지는 초고분자량 폴리에틸렌, 3×106 g/mol 미만 1×106 g/mol 초과의 중량 평균 분자량을 가지는 매우 높은 분자량 폴리에틸렌, 3×105 g/mol 내지 1×106 g/mol의 중량 평균 분자량을 가지는 고분자량 폴리에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 나일론, 폴리아크릴계, 폴리스티렌, 폴리비닐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르 에테르 케톤, 비섬유 가소화 셀룰로오스, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리메틸펜텐, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리사이클로헥실렌 다이메틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 스티렌-아크릴로니트릴, 스티렌-부타디엔, 스티렌-무수말레산, 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌비닐알코올, 폴리염화비닐, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트, 가소화 셀룰로오스, 셀룰로오스 프로피오네이트, 에틸 셀룰로오스, 이들의 임의의 유도체, 이들의 임의의 코폴리머, 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 활성 입자가 활성 탄소, 이온 교환 수지, 건조제, 규산염, 분자체, 실리카겔, 활성 알루미나, 제올라이트, 펄라이트, 해포석, 백토, 마그네슘 규산염, 금속 산화물, 철 산화물 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 활성 입자가 나노스케일 탄소 입자, 하나 이상의 벽을 가지는 탄소 나노튜브, 탄소 나노혼, 대나무와 같은 탄소 나노구조, 풀러렌, 풀러렌 응집물, 그래핀, 레이어 그래핀(a few layer graphene), 산화 그래핀, 철 산화물 나노입자, 나노입자, 금속 나노입자, 금 나노입자, 은 나노입자, 금속 산화물 나노입자, 알루미나 나노입자, 자기 나노입자, 파라마그네틱 나노입자, 수퍼파라마그네틱 나노입자, 가돌리늄 산화물 나노입자, 헤마타이트 나노입자, 마그네타이트 나노입자, 가도-나노입자, 엔도풀러렌, GD@C60, 코어쉘 나노입자, 어니오네이티드 나노입자, 나노쉘, 어니오네이티드 철 산화물 나노입자 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 매트릭스 물질이 1 wt% 활성 입자 및 99 wt% 바인더 입자 내지 99 wt% 활성 입자 및 1 wt% 바인더 입자의, 활성 입자 대 바인더 입자 비율을 포함하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 다공질이 40% 내지 90%의 공극 체적을 가지는 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 다공질이 적어도 1㎎/mm의 활성 입자 로딩과 다공질의 mm 길이 당 20mmH2O 미만의 캡슐화 압력 강하를 가지는 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 다공질이 적어도 6mg/mm의 탄소 로딩과 mm 길이 당 20mmH2O 이하의 캡슐화 압력 강하를 가지는 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 활성 입자가 활성 탄소를 포함하고, 상기 바인더 입자가 폴리에틸렌을 포함하며, 상기 매트릭스 물질이 중량으로 50:50 내지 90:10의 비율의 활성 입자와 바인더 입자를 포함하는 방법.
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