KR20150144820A - 필터 첨가제 - Google Patents

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KR20150144820A
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존 샘슨
데이비드 러쉬포쓰
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브리티시 아메리칸 토바코 (인베스트먼츠) 리미티드
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Abstract

본 발명은 실온에서 고체인 첨가제를 필터 재료에 적용하고, 첨가제를 가열하여 용융시킴을 포함하여, 흡연 물품에 도입하기 위한 필터 엘리먼트를 생성하는 방법에 관한 것이다.

Description

필터 첨가제{FILTER ADDITIVE}
본 발명은 첨가제 재료를 포함하는, 흡연 물품용 필터 엘리먼트 및 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 첨가제 재료를 용융시키는 단계를 포함하여, 실온에서 고체인 첨가제를 필터 재료 내에 도입시키는 방법에 관한 것이다.
매우 다양한 재료가 담배 연기에 대한 필터 재료로서 사용되고 있다. 가장 일반적으로 사용되는 필터 재료는 셀룰로즈 아세테이트 토우이다. 그러나, 셀룰로즈 아세테이트는 필터 담배 연기에 대하여 탁월한 성능을 지니지만, 다른 재료보다 분해가 더 느리고, 그에 따라서, 환경적으로 이롭지 않을 수 있다는 단점을 지닌다.
부직포 시트 재료 및 페이퍼로부터 제조된 재료가 공지되어 있다. 적합한 시트 재료에는 폴리비닐 알코올, 판상엽(reconstituted tobacco), 전분, 및 폴리락트산이 포함된다. 이러한 재료는 셀룰로즈 아세테이트 토우보다 훨씬 더 용이하게 분해가능하지만, 단점이 있다. 특히, 부직포 시트 재료 및 페이퍼로부터 필터 엘리먼트를 구성하는 경우에는 요망되는 구조적 강성을 달성하기 위해서 필터 재료가 일반적으로 조밀하게 패킹되는데, 이는 이러한 필터 엘리먼트가 셀룰로즈 아세테이트로 제조된 것과 상당히 다른 특성을 지닌다는 것을 의미한다. 그러한 필터 엘리먼트는 연기의 흐름에 대해 더 큰 저항성을 나타내어 통상적인 셀룰로즈 아세테이트(CA) 필터보다 큰 압력 하강을 초래하여, 사용자가 흡연 물품에서 더 어렵게 흡인하게 한다. 아마도 더욱 상당히, 그러한 필터 재료를 통해 흡인되는 연기는 통상적인 셀룰로즈 아세테이트 필터 재료를 통해 흡인되는 연기와 비교할 때 상이한 맛 특징을 지니는 것으로 밝혀졌다. 무엇보다도, 필터 재료로서 부직포 시트 재료 또는 페이퍼를 포함하는 필터 엘리먼트는 통상적인 셀룰로즈 아세테이트 토우 필터 재료보다 반휘발성 화합물의 선택적인 제거를 현저하게 덜 나타내는 것으로 밝혀졌다.
셀룰로즈 아세테이트 필터에 첨가제, 예컨대, 트리아세틴 (글리세린 트리아세테이트), TEC (트리에틸 시트레이트) 및 PEG 400 (저분자량 폴리에틸렌 글리콜)을 사용하는 것이 공지되어 있다. 이러한 첨가제는 가소제로서 기능하고, 일반적으로 셀룰로즈 아세테이트 필터에 사용되어 필터 로드에 시가렛(cigarette) 제조 및 용도로 충분한 경성을 제공한다. 몇몇 가소제는 셀룰로즈 아세테이트 토우에 담배 연기로부터 반휘발성 화합물, 예컨대, 페놀, o-크레졸, p-크레졸 및 m-크레졸을 선택적으로 제거하는 개선된 기능을 제공하는 추가 이점을 지닌다.
이러한 가소제는 실온에서 액체 형태로 존재하고, 셀룰로즈 아세테이트 토우 상에 분무된다. 가소제는 토우 내 개별 섬유를 코팅하는 동시에 인접하는 섬유를 함께 접촉 지점에서 결합시키거나 융합시키고, 이로 인해 필터 재료의 경성 또는 강성을 증가시켜 필터의 코어(core)에 요망되는 구조적 강도를 제공한다. 그러나, 가소제의 작용 방식은 셀룰로즈 아세테이트 토우 필터 재료에 도입될 수 있는 양에 상한이 존재함을 의미한다. 필터의 중량 당 약 7% 초과의 가소제가 포함되는 경우, 가소제는 셀룰로즈 아세테이트 토우에 여과 특성을 저해하는 홀을 형성시키는 해로운 영향을 미치기 시작한다.
가소제, 예컨대, 트리아세틴, TEC 또는 PEG 400은 CA 필터에서의 도입이 비교적 일반적인 반면, 부직포 시트 및 페이퍼 필터 재료에서의 도입은 덜 매력적이다. 첫 번째로, 가소제는 CA 필터에 사용되어 섬유를 결합시키는데, 부직포 시트 재료 또는 페이퍼에 첨가되는 경우에(여기서 섬유는 시트 구조 내에 이미 결합되어 있음) 가소제는 이러한 유리한 효과를 분명히 지니지 않을 것이다. 두 번째로, 이러한 일반적으로 사용되는 가소제는 액체이고, 부직포 시트 및 페이퍼 필터 재료에 대한 이러한 가소제의 적용은 이러한 재료를 눅눅해지게 하고, 구조적 온전성을 손실하게 할 것이기 때문에 제한될 것이다. 가장 일반적으로 사용되는 시트 필터 재료인 페이퍼는 습윤되는 경우에 붕해되기 시작할 수 있고, 그에 따라서, 사용자에게 저하된 허용성을 지닐 것이다. 더구나, 폴리비닐 알코올 및 폴리락트산을 포함하는 다수의 시트 재료들은 가용성이고, 그에 따라서, 수성 첨가제의 첨가는 재료의 부분적 용해를 초래할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 필터 재료로서 통상적인 셀룰로즈 아세테이트 토우를 포함하는 필터 엘리먼트보다 용이하게 분해가능한 필터 엘리먼트를 구성하는 방법을 제공하는 것이다. 바람직하게는, 그러한 방법은 또한 반휘발성 화합물을 선택적으로 제거하는 개선된 성능을 나타내고, 통상적인 셀룰로즈 아세테이트 필터에 의해 제공되는 맛 특징과 유사한 맛 특징을 지니는 연기를 제공하는 필터 엘리먼트를 생성시킬 것이다.
발명의 요약
본 발명의 첫 번째 양태에 따르면, 흡연 물품 필터 엘리먼트를 제조하는 방법이 제공된다. 그러한 방법은,
i) 실온에서 고체인 첨가제를 필터 재료에 적용하는 단계;
ii) 첨가제를 가열하여 용융시키는 단계; 및
iii) 필터 엘리먼트 내에 필터 재료 및 첨가제를 형성시키는 단계를 포함한다.
상기 방법의 단계는 어떠한 순서로 수행될 수 있지만, 몇몇 구체예에서는 단계 i)가 바람직하게는 단계 iii) 전에 수행된다.
본 발명의 두 번째 양태에 따르면, 흡연 물품용 필터 엘리먼트가 제공된다. 필터 엘리먼트는 필터 재료 및 실온에서 고체인 첨가제를 포함하고, 본 발명의 첫 번째 양태에 따른 방법에 의해 수득되거나 수득가능하다.
본 발명의 세 번째 양태에 따르면, 두 번째 양태에 따른 필터 엘리먼트를 포함하는 흡연 물품용 필터가 제공된다.
본 발명의 네 번째 양태에 따르면, 흡연가능한 충전제 재료의 로드에 부착되는, 두 번째 양태에 따른 필터 엘리먼트 및/또는 세 번째 양태에 따른 필터를 포함하는 흡연 물품이 제공된다. 흡연가능한 충전제 재료는 담배를 포함하고, 흡연 물품은 시가렛(cigarette)일 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "흡연 물품"은 담배, 담배 유도체, 팽화 담배(expanded tobacco), 판상엽 또는 담배 대용물, 및 또한 히트-낫-번(heat-not-burn) 제품 기반의 여부에 따라 흡연가능한 제품, 예컨대, 시가렛, 시가 및 시가로스를 포함한다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 실온에서 고체인 첨가제를 필터 재료에 적용하고, 첨가제를 가열하여 용융시킴을 포함하여, 흡연 물품에 도입하기 위한 필터 엘리먼트를 생성하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 첨가제는 고체 형태, 예를 들어, 분말 형태로 필터 물질에 적용된 후에 필터 로드가 형성된다. 형성된 필터 로드는 이후 가열되어 첨가제를 용융시킬 수 있지만, 필터 재료와 접촉 시에는 잔류하게 된다. 이어서, 첨가제 재료가 냉각되고 재고형화되는 경우에는 필터 재료 및 형성된 필터 엘리먼트에 안정성 및 강성; 개선된 연기 맛 특징; 및 반휘발성 화합물의 개선된 선택적 제거 중 하나 이상이 제공된다.
본 발명의 대안적인 구체예에서, 첨가제가 용융되고, 용융 또는 액체 형태로 필터 재료에 적용된 후, 필터 로드가 형성된다. 이어서, 첨가제 재료가 냉각되고 재고형화되는 경우에는 필터 재료 및 형성된 필터 엘리먼트에 안정성 및 강성; 개선된 연기 맛 특징; 및 반휘발성 화합물의 개선된 선택적 제거 중 하나 이상이 제공된다.
본 발명에 따른 방법은 섬유성 필터 재료 또는 토우, 예컨대, 흡연 물품 필터에 현재 광범위하게 사용되는 통상적인 셀룰로즈 아세테이트 토우를 포함하는 어떠한 유형의 필터 재료에 첨가제를 첨가하는데 사용될 수 있다. 그러나, 그러한 방법은 대안적인 필터 재료, 예컨대, 시트 재료, 예를 들어, 부직포 시트 재료 또는 페이퍼로부터 구성된 재료에 첨가제를 첨가하는데 사용되는 경우에 특히 효과적인 것으로 여겨진다.
페이퍼 필터 재료는 일반적으로 개더링 페이퍼(gathered paper), 플리이팅 페이퍼(pleated paper), 크림핑 페이퍼(crimped paper), 크레이프 페이퍼(crepe paper), 또는 또한 쉬레딩 페이퍼(shredded paper)를 포함한다. 페이퍼 필터 재료는 낮은 공기 침투력을 지니고, 염기성 pH를 나타내는 경향이 있고, 용이하게 모아지거나 형성되어 필터 엘리먼트를 형성시킬 수 있다. 본 발명의 필터 엘리먼트를 위한 바람직한 필터 재료는 개더링 페이퍼 또는 플리이팅 페이퍼이다. 적합한 페이퍼의 예에는 Puracel™ 및 Myria™ 페이퍼 (Filtrona plc, 영국)가 있다.
그 밖에, 부직포 시트 재료가 필터 재료로서 사용될 수 있다. 부직포 재료는 섬유 또는 필라멘트를 기계적으로, 열적으로, 또는 화학적으로, 또는 둘 또는 그 이상의 이들의 조합에 의해 얽히게 함으로써 함께 결합된 시트 또는 웹 구조물로서 폭넓게 정의된다. 이들은 별개의 섬유로부터 직접적으로 제조된 플랫형의 다공성 시트인 경향이 있다. 이들은 위빙(weaving) 또는 니팅(knitting)함으로써 제조되지 않고, 섬유를 실로 전환시키는 것을 필요로 하지 않는다. 본 발명에 사용되는 부직포 시트 재료는 바람직하게는 용이하게 생분해가능한 재료이다. 그러한 재료의 예에는 폴리비닐 알코올(PVOH), 폴리락트산 또는 폴리락티드(PLA), 폴리(ε-카프로락톤)(PCL), 폴리(1-4 부탄디올 석시네이트)(PBS) 및 폴리(부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트(PBAT)가 포함된다. 그 밖의 적합한 필터 재료에는 전분 섬유 및 칼슘 아지네이트가 포함된다.
부직포 시트 재료 및 페이퍼는 셀룰로즈 아세테이트 토우보다 용이하게 생분해가능하다. 그러나, 이들은 현재 필터 재료로서 사용되는 경우에 결점이 있다. 부직포 시트 재료 및 페이퍼로부터 필터 엘리먼트를 구성하는 경우에 요망되는 구조적 강성을 달성하기 위해서, 필터 재료는 매우 조밀하게 패킹되어야 하는데, 이는 이러한 엘리먼트가 셀룰로즈 아세테이트로 제조된 엘리먼트와 매우 상이한 특성을 지닌다는 것을 의미한다. 그러한 필터 엘리먼트는 연기의 흐름에 대해 더 큰 저항성을 나타내서 통상적인 셀룰로즈 아세테이트(CA) 필터보다 큰 압력 하강을 초래하여, 사용자가 흡연 물품에서 더 어렵게 흡인하게 한다.
본 발명의 방법에 사용되는 시트 재료는 페이퍼, 폴리비닐 알코올, 판상엽, 전분 또는 폴리락트산을 포함할 수 있다. 바람직하게는 시트 필터 재료는 페이퍼이다.
바람직한 부직포 시트 재료는 약 0.05 mm 초과, 바람직하게는 약 0.06 mm 내지 약 0.08 mm의 두께를 지닌다. 페이퍼 필터 재료는 약 15g/m2 내지 약 40g/m2, 바람직하게는 약 20g/m2 내지 약 35g/m2의 평량을 지니는 페이퍼를 포함할 수 있다.
본 발명의 방법에 사용된 시트 재료는 추가적으로 또는 대안적으로 폴리비닐 알코올(PVOH)을 포함할 수 있다. PVOH는 단지 소분자, 예를 들어, 이산화탄소와 물로 완전히 생분해될 수 있는, 생분해가능한 탄소-탄소 주쇄 폴리머라는 점에 있어서 유일하다.
본 발명의 방법은 시트 재료 폴리락트산의 사용을 포함할 수 있다. PLA가 생성되는 락테이트는 농산 부산물의 발효로부터 유래될 수 있다.
그러나, PVOH와 PLA의 흡습성때문에, 종래 기술에서는 이러한 재료들을 가공하려고 시도하였지만, 시가렛 제조 기계를 고속으로 효율적으로 취급하기에 너무 연성인 필터 로드를 초래하였다. 더구나, PVOH와 PLA로부터 형성된 시가렛 필터 엘리먼트는 시용 시에 적절한 흡인성을 허용하고 붕괴를 방지하기에 충분히 안정한 다공성 기질을 제공하는데 실패했다. 첨가제를 적용하는 본 발명의 방법을 이용함으로써, 이러한 시트 재료의 품질은 이들을 필터 엘리먼트에 사용하기에 적합하도록 개질될 수 있다.
실온에서 액체인 첨가제(예컨대, 저분자량 PEG, 트리아세틴 및 TEC를 포함하는, 통상적인 셀룰로즈 아세테이트 필터에 흔하게 사용되는 가소제)의 사용과는 대조적으로, 실온에서 고체인 첨가제는 필터 재료를 눅눅하게 만들어 손상시키지 않으면서, 필터에 견고함과 강성을 제공할 수 있다.
실제로, 부직포 시트 또는 페이퍼 필터 재료를 약화시키는 대신에, 본 발명의 방법은 용융되지만 실온에서 재고형화되고 필터 재료의 일부를 함께 결합시키는 고형 첨가제를 사용한다. 따라서, 첨가제는 실제로 필터 재료의 구조적 온전성 및 강성을 증가시킬 수 있다는 이점을 지닌다. 시트 필터 재료의 경우에, 본 발명에 따른 방법에 의해 고형 첨가제를 첨가하면 필터 엘리먼트에 필터 재료를 덜 사용하게 할 수 있다. 이는 추가로 필터 엘리먼트를 형성시키는 경우에 요망되는 경성 및 강성을 달성하는데 요구되는 필터 재료의 양에 대하여 가요성을 제공한다. 이는 결국 제조자가 필터 엘리먼트의 압력 하강을 조절하도록 할 것이다. 이는 본 발명에 따른 필터 엘리먼트가 통상적인 CA 필터 엘리먼트와 매우 유사한 특성을 지니도록 설계되게 할 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 방법에 의해 필터 재료에 고형 첨가물을 첨가하는 것은 필터의 강성을 개선시키고, 연기의 맛을 개선시키고, 반휘발성 화합물의 선택적 제거를 증가시킴으로써 기존 시트 필터 재료의 사용과 연관된 단점을 제거할 수 있다. 더구나, 필터 물질과 고형 첨가제의 조합물은 필터 엘리먼트의 대단히 개선된 붕해성, 분산성 및/또는 생분해성을 제공할 수 있다.
본 발명의 방법은 부직포 시트 및 페이퍼 필터 재료의 특성이, 필터 엘리먼트의 성능이 셀룰로즈 아세테이트 필터 엘리먼트의 성능과 더욱 매우 유사할 수 있도록 미세하게 조정되게 한다. 이러한 첨가제는 또한 더욱 더 높은 가요성을 시트 필터의 사용에 제공하여 이로운 생분해가능한 특성을 보유하면서 이의 이용가능한 범위를 넓힌다.
본 발명의 한 가지 구체예에서, 첨가제는 실온에서 고체인 고분자량 폴리에틸렌 글리콜을 포함한다. 적합한 PEG에는 PEG 600 이상, 바람직하게는 PEG 1000 이상을 포함한다.
고분자량 폴리에틸렌 글리콜은 반휘발성 화합물의 선택적 제거를 제공하는 추가적 이점을 지닌다. 필터 엘리먼트에 PEG를 첨가함으로써 제공되는 반휘발성 화합물의 선택적 제거는 포함되는 PEG의 양에 비례한다. 실온에서 고체인 PEG(종래에 필터에 사용된 PEG와는 대조적임)의 사용을 포함하는 본 발명의 방법은 액체 PEG를 사용하는 경우에 가능했던 양보다 많은 양의 PEG를 첨가하게 하는 가요성을 제공한다.
이는 반휘발성 화합물을 선택적으로 제거하는 필터 엘리먼트의 능력이 요망되는 수준으로 용이하게 조절될 수 있음을 의미한다. 이는 저분자량의 PEG가 가소제로서 셀룰로즈 아세테이트 필터에 첨가되는 경우와는 대조적이다. 셀룰로즈 아세테이트 필터는 일반적으로 10% 미만의 가소제를 포함하는 것으로 기재되어 있는데, 왜냐하면 이보다 더 높은 수준의 가소제를 포함하는 필터는 셀룰로즈 아세테이트 토우에 홀을 형성시키는 해로운 영향을 미치기 때문이다. 따라서, 셀룰로즈 아세테이트 필터에 반휘발성 화합물의 선택적 제거를 제공하는데 이용가능한 가소제의 양은 제한된다.
본 발명의 방법에 따르면, PEG는 필터 엘리먼트의 약 30중량%에 이르는, 바람직하게는 약 20중량%에 이르는, 더욱 바람직하게는 약 5 내지 10중량%의 양으로 필터 엘리먼트의 필터 재료에 포함될 수 있다.
PEG는 수용성이고, 필터 엘리먼트에서 PEG의 도입은 생성물의 생분해에 악영향을 미치지 말아야 한다. 실제로, 놀랍게도 필터 재료로서 부직포 시트 재료 또는 페이퍼를 포함하는 필터 엘리먼트에 PGE를 첨가하는 것은 생분해를 실제로 향상시키는 것으로 밝혀졌다.
생분해성에 대한 페이퍼 필터 재료 및 첨가제 사용의 효과를 평가하는 연구가 실시되었다. 환경 조건 하에서 시가렛 꽁초의 분해를 평가하였다. 사용된 샘플에는 첨가제가 없는 Puracel™(7mg)의 필터 및 7% PEG 400을 지니는 Puracel™의 필터가 포함되었다. 결과는 첨가제로서 PEG의 도입이 그래스(grass) 표면 상의 꽁초의 생분해율을 상당히 증가시켰음을 나타냈다. 이는 꽁초 상에 공급되는 미생물, 및 곤충 등의 존재 및 더 매력적인 몇몇 꽁초로 제조된 PEG 첨가제의 존재로 인해 이루어질 수 있는 것으로 추측된다. 유사한 효과가 첨가제로서 고분자량 PEG의 사용 시 관찰될 것으로 예상된다.
본 발명의 방법에 사용될 수 있는 그 밖의 첨가제는 고분자량 메톡시폴리에틸렌 글리콜(MPEG), 예컨대, MPEG 750, 1000, 2000, 3000 및 5000; 및 밀랍(beeswax), 카나우바(carnauba), 쉘락(shellac), 캐스터(castor) 왁스, 파라핀 및 다양한 합성 왁스를 포함하는, 실온에서 고체인 왁스가 포함된다.
필요한 경우, 본 발명의 방법은 시트 필터 재료 내에 추가의 첨가제, 예컨대, 담배 추출물, 글리세린, 멘톨, 탄소 섬유, 및 탄소 입자 등의 도입을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 방법의 추가적 이점은 특허청구된 방법을 이용하여 첨가제가 적용되는 필터 엘리먼트는 액체 첨가제를 포함하는 첨가제의 후속 첨가에 대해 더욱 안정하다는 점이다. 눅눅하게 만들지 않으면서 시트 재료에 적용하기는 어려운 액체 첨가제를 포함하는 그 밖의 첨가제가 필요에 따라 필터의 특성을 조절하거나 필터 엘리먼트에 추가 품질, 예컨대, 향상된 풍미를 위한 풍미제를 제공하기 위해 필터 로드에 첨가될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 필터 재료에 첨가제를 적용하는 여러 방법을 포함한다.
한 가지 구체예에서, 본 발명에 따른 방법은 액체 형태의 필터 재료에 첨가제를 적용함을 포함한다. 이를 수행하기 위해서, 첨가제는 가열되어야 하고, 필터 재료에 분무되거나 달리 적용된 후에, 필터 재료가 필터 로드 또는 필터 엘리먼트의 코어 내에 형성된다.
이러한 구체예는 통상적인 필터 제조 기계류의 변형을 비교적 거의 필요로 하지 않기 때문에 매력적이다. 단지 실제로 변화되는 것은 첨가제가 용융 형태로 존재하고, 그러한 형태로 필터 재료에 적용될 수 있도록 첨가제를 가열하기 위한 수단의 제공이다. 열 적용은 조절하고 모니터링하기에 비교적 용이하다. 또한, 단지 첨가제에만 주로 열이 적용되므로 필터 엘리먼트의 다른 성분은 국부적인 열에 노출되는 것이 필요하지 않다.
이러한 방법은 섬유성 토우 필터 재료뿐만 아니라 부직포 시트 재료 및 페이퍼 둘 모두에 적용가능하다. 그러한 시트 재료가 일부 장력 하에 공급되지만, 액형 첨가제의 적용은 문제를 야기하기에 충분히 시트 구조를 약화시키지 않는다.
대안적인 구체예에서, 본 발명의 방법은 고체 형태, 예를 들어, 분말 형태의 필터 재료에 첨가제를 적용하고, 이후 필터 재료가 필터 로드 또는 필터 엘리먼트의 코어 내에 형성됨을 포함한다. 필터 재료가 형성되면, 필터 로드는 가열되어 첨가제를 용융시킨다. 첨가제는 용융되고, 이어서 재고형화되어 필터 재료를 눅눅하게 만들지 않으면서 결합시킨다.
이러한 방법은 첨가제가 조절되고 균일한 방식으로, 그리고 첨가제 재료의 낭비를 최소로 하면서 필터 재료에 적용되게 한다. 또한, 이는 필터 재료에 액체를 적용하는 것과 연관된 어떠한 잠재의 단점을 방지한다. 예를 들어, 시트 필터 재료의 경우에 이러한 구체예는 액체를 적용함으로써 시트 구조의 잠재의 약화를 방지한다.
고형 첨가제가 시트 재료, 예컨대, 본원에 논의된 부직포 시트 재료 및 페이퍼에 적용되어야 하는 경우, 고형 첨가제가 시트 필터 재료와 접촉하여 잔류하면서 시트가 필터 로드 내로 진행되게 하는 단계가 수행되는 것이 필요할 것이다. 이는 몇몇 접착제 또는 시트 재료의 특정 방향성의 적용을 필요로 할 수 있다.
시트 재료를 포함하는 필터 엘리먼트는 일반적으로 시트 재료를 클림핑한 후, 시트 재료를 모아 원통형 필터 로드를 형성시키는 단계를 포함하는 공정을 이용하여 제조된다. 첨가제는 크림핑 공정 전에 또는 크림핑 공정 동안에 첨가될 수 있거나, 크림핑된 후에 시트 재료에 첨가될 수 있다. 첨가제는 심지어 클림핑된 재료에 첨가될 수 있고, 이에 따라 모아져서 필터 로드를 형성시키는데, 이 때 로드 내에 바로 함유되고 접착할 필요가 없다는 효과가 있다.
접착제는 어떠한 적합한 접착제를 사용하여, 예를 들어, 액체 전분 접착제, 또는 EVA 및 PVA 접착제를 사용하여 필터에 접착될 수 있다.
고형 접착제는 분말 또는 더 큰 조각, 예를 들어, 플레이크(flake) 또는 펠릿(pellet)의 형태로 시트 필터 물질에 적용될 수 있다.
첨가제는 당업자에게 공지된 어떠한 적합한 방법에 의해 필터 재료에 적용될 수 있다. 예를 들어, 분말화된 첨가제는 필터 재료 상에 분무될 수 있거나, 필터 재료와 직접적으로 물리적 접촉될 수 있거나 접촉될 수 없는 기구에 의해 적용될 수 있다. 접착제는, 예를 들어, 분무되거나 살수됨으로써 필터 재료에 느슨하게 적용될 수 있거나, 예컨대, 필터 재료 상에서 압축되거나 문질러짐으로써 소정 정도의 힘을 이용하여 적용될 수 있다.
특정 구체예에서, 필터 재료는 그 안에, 또는 그 상에 엠베딩된 고형 첨가제에 의해 형성된다. 이러한 방식으로 필터 재료에 실온에서 고체인 첨가제를 적용시키는 것은 본 발명의 방법을 단순화시킬 수 있다. 필터 재료가 필터 로드 내에 형성되면, 로드는 가열되어 첨가제를 용융시킨 후, 재고형화되게 할 수 있다.
시트 재료, 예컨대, 부직포 시트 재료 및 페이퍼에 또는 그 상에 다양한 재료를 첨가하는 것이 공지되어 있다. 예를 들어, 첨가제는 제조 동안 또는 제조 후 가공 단계의 일부로서 시트 재료에 적용될 수 있다. 이러한 방식에서, 첨가제는 시트 내에, 또는 시트 재료의 한 면 또는 양면 상에 코팅으로서 도입될 수 있다. 첨가제는 시트의 표면 내에 또는 표면 상에 균일하게 존재할 수 있거나, 시트 재료 상의 적당한 영역, 예컨대, 패치 또는 스트립에 존재할 수 있다.
섬유성 필터 재료는 또한 섬유 전체에 걸쳐 분산된 고형 첨가제 재료의 입자로 제조될 수 있다. 그러한 입자는 섬유에 접착되는 것이 필요할 수 있다. 다르게는, 이들은 섬유성 재료가 충분히 조밀한 경우에 인접한 섬유들 사이에 트랩핑될 수 있다.
첨가제가 액체 형태로 필터 재료에 적용되는 경우에 본 발명의 방법의 가열 단계는 첨가제가 선택된 적용 방식에 적합한 점도를 지니는 정도로 용융되는 것을 보장하기에 충분한 열을 첨가제에 적용함을 포함한다. 용융 또는 액형 첨가제는 분무되거나 프린팅될 수 있고, 또는 필터 재료가 액형 첨가제에 함침될 수 있다.
한 가지 구체예에 따르면, 필터 재료에 용융 또는 액형 첨가제를 적용하기 위한 시스템은 첨가제를 액체 형태로 유지시키는 가열 챔버, 펌프, 및 필터의 형성 전에 필터 재료 상에 점적을 분무하도록 구성된 하나 이상의 노즐을 지니는 호수를 포함한다.
필터 재료에 용융 또는 액형 첨가제를 적용하기에 적합한 다수의 적용 시스템이 공지되어 있다. 그러한 시스템은, 예를 들어, SPI Developments, C. B. Kaymich & Co. Ltd, 또는 Kohl Maschinenbau GmbH로부터 구입가능하다.
필터 재료가 로드 또는 코어 내에 형성된 후에 첨가제가 용융되어야 하는 경우에, 로드 전체에 걸쳐 분산되는 모든 첨가제가 용융되는 것을 보장하기에 충분한 열이 적용되어야 한다.
형성된 필터 로드에 열을 적용하는 것은 주의 깊게 수행되어야 하는데, 왜냐하면 이는 필터 재료 및 어떠한 래퍼(wrapper)(이는 페이퍼일 수 있고, 고온에 노출시킴으로써 그슬려지거나 태워질 수 있음)를 포함하는, 필터 로드의 다른 성분에 해로운 영향을 미칠 수 있기 때문이다.
분명하게는, 필터 로드가 가열되어야 하는 온도, 및 가열 시간은 첨가제의 융점에 좌우된다. 바람직한 첨가제인 PEG 1000은 약 37℃의 융점을 지니고, 그에 따라서, 이러한 경우에는 필터 로드가 37℃를 초과하는 온도로 가열된다. 필터 로드는 40℃를 초과하는, 바람직하게는 45℃를 초과하는, 가장 바람직하게는 50℃를 초과하는 온도로 가열될 수 있다. 또한, 열은 전체 로드가 가열되고 외부 영역이 가열되지 않게 하기에 충분한 기간 동안 적용되어야 한다.
열은 어떠한 적합한 수단을 이용하여 적용될 수 있다. 예를 들어, 필터 로드 또는 필터 엘리먼트는 가열 엘리먼트와 매우 근접하게 위치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 필터 로드 또는 필터 엘리먼트는 고온 가스, 예컨대, 고온 공기 또는 증기 흐름의 수단에 의해, 또는 복사, 예컨대, 마이크로파 복사의 적용을 통해 가열될 수 있다.
열은 필터 로드가 형성되자마자 필터 로드에 적용될 수 있다. 다시 말해서, 필터 로드가 부품으로 분리되는 경우에 필터 로드의 가열은 가니쳐(garniture)에서 필터 로드의 형성과 컷-오프(cut-off) 사이의 몇몇 단계에서 수행될 수 있다. 로드의 가열은 일반적으로 기계를 통한 로드의 직선 운동으로 인해, 매우 짧은 기간, 예컨대, 1초 미만 동안 이루어질 것이다. 분명하게는, 필터 로드는 현재 가열 공정 없이 형성되기 때문에, 이후에 수반되는 필터 로드의 형성 및 가열은 기존 장치의 값비싼 개조를 필요로 할 수 있다.
이러한 이유로, 필터 로드는 바람직하게는 후자의 단계에서 가열되고, 이는 필터 로드를 형성시키는데 포함되는 장치로부터 본질적으로 분리되어 있는 히터를 사용함으로써 달성될 수 있다. 가열은 바람직하게는 별개의 조질(conditioning) 단계에서 수행되고, 이 단계에서 필터 로드의 길이는, 모든 첨가제가 용융되고 필터 재료에 결합됨을 보장하도록 상승된 온도에서 연장된 기간 동안 유지된다.
본 발명의 방법은 적합한 래퍼, 예컨대, 플러그랩(plugwrap)으로 필터 로드를 감싸는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 열은 필터 로드가 감싸지기 전에 적용될 수 있다. 다르게는, 필터 로드가 감싸진 후에 가열될 수 있다.
일부 구체예에 따르면, 조립된 필터는 가열되어 첨가제를 용융시키지만, 이러한 접근법은 필터 재료의 절연 특성에 의해 어려워질 수 있다. 또한, 필터 제조의 속도는 필터를 가열하는데 이용가능한 시간이 제한된다는 것을 의미한다. 그러나, 조립된 필터의 가열은 여러 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 필터 로드는 전도에 의해, 예컨대, 고온 공기의 존재 하에 가열된 통 상에서 열에 노출될 수 있다. 다르게는, 필터 로드의 트레이(예컨대, 트레이 당 4,000 필터)는 고온 공기의 존재 하에 가열된 터널 또는 유사한 기기에 통과될 수 있다. 다르게는, 필터 트레이트는 복사, 예컨대, 마이크로파 복사의 적용에 의해 가열될 수 있다.
본 발명의 방법은 필터 엘리먼트 내에 미립자 재료를 도입시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 적합한 미립자 재료에는 흡착제(예, 활성 탄소, 차콜, 실리카 겔, 해포석, 알루미나, 이온 교환 물질 등으로부터 선택됨), pH 조절제(예, 알칼리성 물질, 예컨대, Na2C03, 산성 물질), 풍미제, 그 밖의 고형 첨가제, 및 이들의 혼합물이 포함된다.
유리하게는, 미립자 재료는 높은 특이도 없이 연기 성분을 흡착할 수 있는 비교적 높은 표면적 물질의 군으로부터 선택될 수 있다. 적합한 일반적인 흡착제는 탄소, 활성 탄소, 활성 차콜, 활성 코코넛 탄소, 활성 석탄-기반 탄소 또는 차콜, 제올라이트, 실리카 겔, 해포석, 알루미늄 산화물(활성 또는 비활성), 탄소질 수지 또는 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 방법에 사용될 수 있는 하나의 유형의 미립자 재료는 탄소, 예를 들어, 활성 탄소, 또는 차콜 또는 그 밖의 탄소질 흡착제 재료이다. 바람직한 유형의 활성 탄소는 활성 코코넛 탄소이다.
미립자 재료는 필터 엘리먼트 전체에 걸쳐 배치되거나, 필터 엘리먼트의 일부분에(전부가 아님) 배치될 수 있는 방식으로 필터 엘리먼트 내에 도입될 수 있다. 미립자 재료는 코어의 전체 세로 길이에 걸쳐 배치될 수 있다. 다르게는, 미립자 재료는 코어의 하나의 단부와 다른 단부의 짧은 부품 사이에 배치될 수 있다. 다르게는, 미립자 재료는 코어의 어떠한 단부로부터 연장되는 - 또는 단부에 존재하는 것을 필요로 하지 않는 별개의 영역에 존재할 수 있다. 여러 영역이 상이한 하중의 미립자 재료 및/또는 상이한 유형의 미립자 재료를 지닐 수 있다.
본 발명의 방법은 적합한 래퍼에서 필터 엘리먼트를 감싸는 것을 추가로 포함할 수 있다.
필터 엘리머트의 래퍼는 바람직하게는 페이퍼 래퍼이고, 가장 바람직하게는 통상적인 플러그랩, 예컨대, 약 20g/m2 내지 약 35g/m2, 바람직하게는 약 27g/m2의 평량을 지니는 플러그랩을 포함한다. 플러그랩은 다공성 또는 비다공성일 수 있다.
본 발명의 방법은 표면의 하나 이상의 부위에 접착되는 미립자 재료를 포함하는 래퍼의 사용을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 미립자 재료는 래퍼의 둘 또는 그 이상의 부위에 접착되고, 그러한 부위는 서로로부터 래퍼의 전체 세로 길이에 걸쳐 연장하는 하나 이상의 부위와 둘레가 이격되어 있다.
본 발명의 방법에 따라 생성된 흡연 물품 필터 엘리먼트는 흡연 물품 필터 내에 도입될 수 있다.
흡연 물품 필터는 본 발명의 방법의 단일의 필터 엘리먼트를 포함할 수 있다. 다르게는, 흡연 물품 필터는 본 발명의 방법에 따라 생성된 둘 또는 그 이상의 필터 엘리먼트를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 필터 엘리먼트는 복합(또는 다중-성분) 필터의 부분품일 수 있다. 적합하게는, 복합 필터의 필터 엘리먼트는 그 다음의 엘리먼트에 인접하는 각각의 필터 엘리먼트의 단부와 서로의 세로방향으로 배열된다. 복합 필터는 2, 3, 4, 또는 그 이상의 상이하거나 별개의 부품을 지닐 수 있다. 한 가지 구체예에서는 필터가 세 개의 부품으로 되어 있는 삼중-필터이다. 또 다른 구체예에서는 필터가 두 개의 부품으로 되어 있는 이중-필터이다.
복합 필터의 필터 부품은 동일하거나, 다르게는 하나 이상의 부품이 다른 부품 또는 부품들의 조성물과 상이한 조성물을 지닐 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구체예에서, 하나 이상의 부품은 임의로 (i) 셀룰로즈 아세테이트 필터 재료; (ii) 생분해가능한 필터 재료, 예컨대, 크레이프, 크림핑 또는 개더링 페이퍼 재료; (iii) 캡슐화될 수 있는 하나 이상의 첨가제, 예컨대, 흡착 또는 풍미 재료; 및/또는 (iv) 과립 재료, 예컨대, 흡착 재료를 포함할 수 있는 공동(cavity)을 포함할 수 있다.
본 발명의 방법에 따라 생성된 흡연 물품 필터 엘리먼트는 흡연 물품 내에 도입될 수 있다. 필터 엘리먼트는 상기 기재된 바와 같은 흡연 물품 필터의 형태일 수 있다.
필터 엘리먼트 및/또는 필터 엘리먼트를 포함하는 필터는 시가렛일 수 있는 흡연 물품을 형성시키는 통상적인 팁핑(tipping) 겉포장에 의해 감싸진 흡연가능한 충전제 재료 로드(즉, 예를 들어, 감싸진 담배 로드)에 부착될 수 있다.
적합하게는, 흡연가능한 충전제 재료는 담배 재료 또는 담배 대용물 재료일 수 있다. 바람직하게는, 흡연가능한 재료는 담배 재료이다. 적합하게는, 담배 재료는 하나 이상의 줄기, 옆편(lamina), 및 담배 가루(tobacco dust)를 포함한다. 담배 재료는 버지니아(Virginia) 또는 황색종(flue-cured) 담배, 버어리종(Burley) 담배, 오리엔탈(Oriental) 담배, 판상엽의 유형 중 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 흡연가능한 재료는 담배 재료의 배합물을 포함하는 것이 매우 바람직하다.
흡연가능한 충전제 재료는 또한 번 첨가제, 애쉬(ash) 개선제, 무기 충전제 재료, 유기 충전제, 에어로졸 발생 수단, 결합제(binder), 풍미제 및/또는 착색제 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
팁핑 겉포장은 겉포장을 통풍시키거나 통풍시키지 않을 수 있다.
본 발명의 기재된 방법 및 시스템의 다양한 변형 및 변화가 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 당업자에게 자명할 것이다. 본 발명은 특정 바람직한 구체예와 함께 기재되었지만, 청구된 본 발명이 그러한 특정 구체예로 과도하게 제한되지 않아야 함을 이해해야 한다. 실제로, 당업자에게 분명한 본 발명을 실시하기 위해 기재된 방식의 다양한 변형은 하기 청구항의 범위 내에 존재하는 것으로 의도된다.

Claims (12)

  1. 시트 필터 재료 및 첨가제를 포함하는 흡연 물품 필터 엘리먼트를 제조하는 방법으로서,
    i) 실온에서 고체인 첨가제를 시트 필터 재료에 적용하는 단계;
    ii) 첨가제를 가열하여 용융시키는 단계; 및
    iii) 필터 엘리먼트 내에 시트 필터 재료 및 첨가제를 형성시키는 단계를 포함하며, 상기 방법의 단계들이 어떠한 순서로 수행될 수 있는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 첨가제 재료를 시트 필터 재료에 적용한 후, 필터 엘리먼트를 형성시키고, 이어서 첨가제를 가열하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 첨가제를 가열하고, 액체로서 시트 필터 재료에 적용한 후, 필터 엘리먼트를 형성시키는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가제가 실온에서 고체인 고분자량 폴리에틸렌 글리콜을 포함하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 폴리에틸렌 글리콜이 PEG 1000인 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가제가 필터 엘리먼트의 약 50중량%에 이르는 양으로 필터 엘리먼트에 포함되는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 시트 필터 재료가 부직포 시트 재료 또는 페이퍼인 방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 필터 엘리먼트가 하나 이상의 흡착제 재료를 추가로 포함하는 방법.
  9. 시트 필터 재료 및 실온에서 고체인 첨가제를 포함하는 흡연 물품용 필터 엘리먼트로서, 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 방법에 의해 수득되거나 수득가능한, 흡연 물품용 필터 엘리먼트.
  10. 제 9항의 필터 엘리먼트를 포함하는, 흡연 물품용 필터.
  11. 제 9항의 필터 엘리먼트 및/또는 제 10항의 필터, 및 흡연가능한 충전제 재료의 로드를 포함하는, 흡연 물품.
  12. 제 11항에 있어서, 시가렛(cigarette)인, 흡연 물품.
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