KR20210098448A - 생분해성 여과 물질을 갖는 에어로졸 발생 물품 - Google Patents

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Abstract

에어로졸 발생 기재(12) 및 에어로졸 발생 기재(12)에 축방향으로 정렬된 필터(14)를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품(10)이 제공되어 있다. 필터(14)는 섬유상 종이 유사 물질의 하나 이상의 시트로 형성된 여과 물질의 적어도 하나의 부위를 포함하고 있다. 섬유상 종이 유사 물질은, 소수성 섬유 및 친수성 섬유의 조합을 포함하여, 섬유상 종이 유사 물질이 TAPPI/ANSI T 558 om-15에 따라 측정된, 90도를 초과하는 물 접촉각을 갖는다. 또한, 섬유상 종이 물질은 ISO 14851 (2005)에 따라 시험된, 시험 후 56일 이내에 셀룰로오스 기준 항목의 최대 분해의 적어도 90%의 수성 배지 내 생분해성을 갖는다. 또한, 소수성 섬유는 소수성 비스코스 섬유를 포함하고 있다.

Description

생분해성 여과 물질을 갖는 에어로졸 발생 물품
본 발명은 생분해성 여과 물질로 형성된 적어도 하나의 부위를 갖는 필터를 포함하는 에어로졸 발생 물품에 관한 것이다.
필터 궐련과 같은, 종래의 에어로졸 발생 물품은 통상적으로 종이 래퍼로 둘러싸인 담배 각초의 원통형 로드 및 래핑된 담배 로드와 가장 흔히 접경하는 말단-대-말단 관계로 축방향 정렬된 원통형 필터를 포함하고 있다. 상기 원통형 필터는 통상적으로 종이 플러그 랩(plug wrap)에 의해 둘러싸인, 셀룰로오스 아세테이트 토우와 같은 섬유상 여과 물질의 하나 이상의 플러그를 포함하고 있다. 통상적으로, 래핑된 담배 로드 및 필터는 티핑 래퍼(tipping wrapper)의 띠로 접합되는데, 이 티핑 래퍼는, 보통 상기 필터의 전체 길이 및 래핑된 담배 로드의 일부분과 외접하는 불투명한 종이 물질로 형성되어 있다.
담배가 연소되기보다는 가열되는 다수의 에어로졸 발생 물품들도 당업계에 제안되었다. 가열식 에어로졸 발생 물품에서, 에어로졸은 담배와 같은 에어로졸 발생 기재를 가열하여 발생된다. 공지된 가열식 에어로졸 발생 물품은, 예를 들어 전기 가열에 의해서나, 가연성 연료 요소 또는 열원으로부터 에어로졸 형성 기재로의 열의 전달에 의해서 에어로졸이 발생되는 흡연 물품을 포함하고 있다. 흡연 중에, 휘발성 화합물이 열원으로부터의 열의 전달에 의해서 에어로졸 형성 기재로부터 방출되고 흡연 물품을 통해 흡인된 공기에 연행된다. 방출된 화합물은 냉각되면서 응축되어, 소비자에 의해 흡입되는 에어로졸을 형성한다. 많은 공지된 가열식 흡연 물품은 셀룰로오스 아세테이트와 같은 섬유상 여과 물질의 하나 이상의 플러그를 포함하고 있다.
에어로졸 발생 물품이 흡연되고 폐기된 후에, 나머지 필터 섹션은 가능한 한 빨리 파괴시키는 것이 바람직하다. 가장 일반적으로 사용되는 여과 물질인 셀룰로오스 아세테이트는 생분해되지 않으며, 따라서 매우 다양한 분산성 및 분해성 물질이 에어로졸 발생 물품용 여과 물질로서 사용되도록 제안되어 왔다.
그러나, 많은 경우에, 이러한 대안적인 여과 물질은 소비자가 수용할 수 있는 여과 효율 및 흡연 경험을 제공할 수 없는 것으로 밝혀졌다. 또한, 많은 경우에, 분산성 및 분해성 물질은 기존의 제조 공정에 사용하기에 부적합한 것으로 밝혀졌으며, 그들의 사용을 상업적으로 가능하게 하기 위해서는 기존의 방법 및 장비에 대한 매우 상당한 변형을 요구할 것이다.
따라서, 증가된 생분해성을 갖는 여과 물질로 적어도 부분적으로 형성되지만, 셀룰로오스 아세테이트 토우의 여과 효율과 필적할 만한 여과 효율을 제공하는 필터를 갖는 에어로졸 발생 물품을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 소비자가 수용할 수 있는 감각적 경험을 제공하는 이러한 에어로졸 발생 물품을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 최소한의 변형만을 요구하는 기존의 고속 기술 및 장치를 사용해 용이하게 제조할 수 있는 이러한 에어로졸 발생 물품을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 에어로졸 발생 물품이 제공되어 있으며, 상기 에어로졸 발생 물품은, 에어로졸 발생 기재; 상기 에어로졸 발생 기재와 축방향으로 정렬된 필터를 포함하고, 상기 필터는 섬유상 종이 유사 물질의 하나 이상의 시트로 형성된 여과 물질의 적어도 하나의 부위를 포함하고, 여기서 상기 섬유상 종이 유사 물질은 소수성 섬유 및 친수성 섬유의 조합을 포함하여, 상기 섬유상 종이 유사 물질이 TAPPI/ANSI T 558 om-15에 따라 측정된, 90도 초과의 물 접촉각을 가지도록 하며, 여기서 상기 섬유상 종이 물질은 ISO-14851 (2005)에 따라 시험된, 시험 후 56일 이내에 셀룰로오스 기준 항목의 최대 분해의 적어도 90%의 수성 배지 내 생분해성을 갖는다.
본 발명의 추가 측면에 따르면, 에어로졸 발생 물품용 여과 물질이 제공되어 있으며, 상기 여과 물질은 섬유상 종이 유사 물질의 시트를 포함하고, 여기서 상기 섬유상 종이 유사 물질은 소수성 섬유 및 친수성 섬유의 조합을 포함하고, 여기서 상기 섬유상 종이 유사 물질이 TAPPI/ANSI T 558 om-15에 따라 측정된 90도 초과의 물 접촉각을 가지며, 여기서 상기 섬유상 종이 물질은 ISO-14851 (2005)에 따라 시험된, 시험 후 56일 이내에 셀룰로오스 기준 항목의 최대 분해의 적어도 90%의 수성 배지 내 생분해성을 갖는다.
본 발명의 일 측면을 참고하여 설명된 임의의 특징이 본 발명의 임의의 다른 측면에 동일하게 적용 가능하다는 점이 인식될 것이다.
용어 "에어로졸 발생 물품"은 에어로졸 발생 기재가 가열되는 물품 및 에어로졸 발생 기재가 연소되는 물품, 예컨대 종래의 궐련 둘 모두를 나타내도록 본 명세서에서 사용된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "에어로졸 발생 기재"는 가열 시, 에어로졸을 발생시키기 위해 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 기재를 나타낸다.
종래의 궐련은 사용자가 불꽃을 궐련의 일 단부에 적용하고 다른 단부를 통해 공기를 흡인할 때 불이 붙는다. 불꽃에 의해 제공되는 국부적인 열과 궐련을 통해 흡인된 공기 중의 산소는 궐련의 끝이 점화되게 야기하고, 생성된 연소는 흡입 가능한 연기를 발생시킨다.
가열식 에어로졸 발생 물품에서, 에어로졸은 담배와 같은 향미 발생 기재를 가열하여 발생된다. 공지된 가열식 에어로졸 발생 물품은, 예를 들어 전기 가열식 에어로졸 발생 물품 및 가연성 연료 요소 또는 열원으로부터 물리적으로 분리된 에어로졸 형성 재료로의 열 전달에 의해서 에어로졸이 발생되는 에어로졸 발생 물품을 포함한다. 예를 들어, 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품은 에어로졸 발생 기재의 로드 내에 삽입되도록 구성되는 내부 히터 블레이드를 갖는 전기 가열식 에어로졸 발생 장치를 포함하는 에어로졸 발생 시스템에서 특정한 용례를 발견한다. 이러한 유형의 에어로졸 발생 물품은 종래 기술, 예를 들어 EP 0822670호에 설명된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "에어로졸 발생 장치"는 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 발생 기재와 상호작용하여 에어로졸을 발생시키는 히터 요소를 포함하는 장치를 지칭한다. 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품은 사용 중에 에어로졸 발생 기재를 가열하기 위한 가연성 탄소 열원을 포함할 수 있다. 이러한 유형의 에어로졸 발생 물품은 종래 기술, 예를 들어 WO 2009/022232호에 설명된다. 담배 재료, 담배 추출물 또는 다른 니코틴 공급원으로부터 연소 없이, 그리고 일부 경우에는, 예를 들어 화학 반응을 통한 가열 없이 니코틴 함유 에어로졸이 발생되는 에어로졸 발생 물품 또한 알려져 있다. 흡연하는 동안, 휘발성 화합물은 연료 요소로부터의 열 전달에 의해서 에어로졸 발생 기재로부터 방출되어 에어로졸 발생 물품을 통해 흡인된 공기에 연행된다. 방출된 화합물은 냉각되면서 응축되어, 소비자에 의해 흡입되는 에어로졸을 형성한다.
용어 "종이 유사(paper-like)"는 본원에서 종이 제조 분야에 공지된 방법 및 장비에 의해 제조될 수 있는 것과 같은 시트 형태의 물질을 나타내기 위해 사용된다. 하나의 이러한 물질의 제조에서, 섬유성 시재료는 통상적으로 수성 배지에 균질하게 분포되어서 희석 현탁액을 수득한다. 분산제는 수성 현탁액에서 섬유의 분포를 보조하기 위해 추가적으로 사용될 수 있다. 현탁액을 체형 스크린을 통해 배수함으로써, 무작위로 엮인 섬유들의 매트를 내려 놓는다. 과량의 물은 선택적으로 흡입 또는 열원의 도움으로 가압함으로써 이러한 매트로부터 통상적으로 제거된다. 건조 단계 후에, 일반적으로 평평하고 균일한 시트가 달성된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "소수성"은 발수 특성을 나타내는 물질 또는 표면을 지칭한다. 이하에서 훨씬 자세히 설명되겠지만, 이것을 결정하는 하나의 유용한 방법은 물 접촉각을 측정하는 것이다. "물 접촉각"은, 액체를 통해 통상적으로 측정되는, 액체/증기 경계면이 고체 표면과 만나는 각도이다. 이러한 각도는 영 방정식에 의해 설명된 바와 같이 액체에 의한 고체 표면의 습윤성을 실질적으로 정량화한다.
대조적으로, 본 명세서에서, 용어 "친수성"은 물에 대한 강한 친화성을 나타내는 물질 또는 표면, 예를 들어 물과 혼합, 용해 또는 물에 의해 습윤되는 경향을 나타내는 물질 또는 표면을 나타내는 데 사용된다.
용어 "소수성 섬유"는 소수성 특성을 갖는 섬유를 나타내기 위해 사용된다. 섬유의 경우, 소수성 특성은 싱킹 시험에 의해 평가될 수도 있다. 하나의 이러한 시험에서, 섬유가 미리 결정된 양의 물에 가라앉는 데 필요한 시간이 측정된다. 소수성 특성을 갖지 않는 비스코스 섬유의 경우, 싱킹 시간은 통상적으로 5초 미만이다. 소수성 비스코스 섬유의 경우, 싱킹 시간은 통상적으로 24시간 초과이다.
소수성 비스코스 섬유는, 예를 들어 US 2015/0329707에 기술되어 있다. 보다 상세하게, US 2015/0329707은, 통상적으로, 비스코스 섬유와, 알킬 케텐 이량체, 알케닐 케텐 이량체, 알킬 숙신산 무수물, 알케닐 숙신산 무수물, 알킬 글루타르산 무수물, 알케닐 글루타르산 무수물, 알킬 이소시아네이트, 알케닐 이소시아네이트, 지방산 무수물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 소수성 물질의 생성된 비스코스 섬유로서 소수성 비스코스 섬유를 개시한다. 소수성 물질의 함량은, 비스코스 섬유를 기준으로 약 0.1중량% 내지 비스코스 섬유를 기준으로 약 13중량%, 바람직하게는, 비스코스 섬유를 기준으로 약 1중량% 내지 비스코스 섬유를 기준으로 약 7.5중량%이다. 적절한 소수성 비스코스 섬유의 일례는 KelheimFibers GmbH에 의한 OLEA® 비스코스 섬유이다.
용어 "셀룰로오스 섬유"는 연목재 섬유, 목재 펄프 또는 예를 들어, 아마 또는 담배와 같은 한해살이 식물의 펄프와 같은, 화학적, 기계적 또는 열 기계적 펄프화 공정에 의해 수득된 표백된 또는 미표백된 셀룰로오스 식물 섬유를 식별하기 위해 본원에서 사용된다. 또한, 용어 "셀룰로오스 섬유"는 이들 표백된 또는 미표백된 셀룰로오스 식물 섬유 중 둘 이상의 혼합물을 지칭할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "길이방향"은 에어로졸 발생 물품의 상류 말단과 하류 말단 사이에서 연장되는 에어로졸 발생 물품의 주 길이방향 축에 대응하는 방향을 지칭한다. 사용 동안, 공기는 에어로졸 발생 물품을 통해 길이방향으로 흡인된다. 용어 "가로방향"은 길이방향 축에 수직인 방향을 지칭한다.
에어로졸 발생 물품 또는 에어로졸 발생 물품의 구성요소의 "단면"에 대한 임의의 언급은 달리 언급되지 않는 한 횡단면을 지칭한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "길이"는 길이방향으로의 구성요소의 치수를 지칭하고, 용어 "폭"은 가로방향으로의 구성요소의 치수를 지칭한다. 용어 "최대 폭"은 구성 요소의 최대 단면 치수를 지칭한다. 예를 들어, 원형 단면을 갖는 부위의 경우, 최대 폭은 원의 직경에 대응한다.
시트 재료로부터 절단되거나 파쇄된 스트랜드 또는 스트립과 관련하여 사용될 때, 용어 "폭"은, 에어로졸 발생 물품 내의 스트랜드 또는 스트립의 공간 배향에 관계없이, 평평하게 놓여 있을 때의 스트랜드 또는 스트립의 더 작은 치수를 지칭한다. 용어 "길이"는, 시트 재료로 형성된 스트랜드 또는 스트립과 관련하여 사용될 때, 에어로졸 발생 물품 내의 스트랜드 또는 스트립의 공간 배향에 관계없이, 평평하게 놓여 있을 때의 스트랜드 또는 스트립의 더 큰 치수를 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "상류" 및 "하류"는 에어로졸이 사용 동안 에어로졸 발생 물품을 통해 이송되는 방향에 대하여 에어로졸 발생 물품의 부위 또는 요소, 또는 부위 또는 요소의 일부분의 상대적 위치를 설명한다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품은 에어로졸 발생 기재 및 상기 에어로졸 발생 기재와 축방향으로 정렬된 필터를 포함하고 있다. 필터는 통상적으로 에어로졸 발생 기재의 하류에 배열되어 있다. 필터는 섬유상 종이 유사 물질의 하나 이상의 시트로 형성된 여과 물질의 적어도 하나의 부위를 포함하고 있다.
기존의 에어로졸 발생 물품과 대조적으로, 본 발명에 따르면, 섬유상 종이 유사 물질은, 섬유상 종이 유사 물질이 TAPPI/ANSI T 558 om-15에 따라 측정된 90도를 초과하는 물 접촉각을 갖도록 소수성 섬유와 친수성 섬유의 조합을 포함하고 있다. 실제로, 섬유상 종이 유사 물질 내의 소수성 섬유 및 친수성 섬유의 비율은, 섬유상 종이 유사 물질의 시트가 전체 소수성 물질로서 거동하면서 동시에 충분한 양의 친수성 섬유를 보유하여 종이 제조 공정에서 시트를 형성하는 것을 가능하게 하도록 유리하게 균형을 이룬다.
또한, 섬유상 종이 유사 물질은 ISO-14851 (2005)에 따라 시험된, 시험 후 56일 이내에 셀룰로오스 기준 항목의 최대 분해의 적어도 90%의 수성 배지 내 생분해성을 갖는다. 섬유상 종이 유사 물질의 소수성 및 친수성 요소 모두에 대해 생분해성 섬유를 사용함으로써, 높은 수준의 생분해성이 유리하게 달성될 수 있다.
실제로, 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품의 필터 부위는 종래의 셀룰로오스 아세테이트 필터 부위에서 발견되는 것과 유사한 소수성 및 친수성 균형을 제공하지만, 상당히 증가된 생분해성의 장점이 있다. 친수성 섬유의 포함은 종이 유사 웹 물질이 종이 제조에 전통적으로 사용되는 기술을 사용하여 형성될 수 있게 하는 한편, 동시에 소수성 섬유의 첨가는 전체 소수성 시트를 제공하여, 종래 (비생분해성) 셀룰로오스 아세테이트 물질의 특성과 궁극적으로 유사한 특성을 얻는다. 물질 내의 소수성 및 친수성 섬유의 존재는 당업계에 잘 알려진 종이 미세도식 분석에 의해 결정될 수 있다. 섬유상 종이 유사 물질의 시트에서, 친수성 섬유 및 소수성 섬유는 섬유상 종이 유사 물질의 건조물의 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 또는 적어도 80%를 나타낸다.
따라서, 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품의 필터 부위에 의해 제공되는 전반적인 감각 경험은 종래의 셀룰로오스 아세테이트 토우 필터 부위의 것과 효과적으로 유사하지만, 상당히 개선된 환경 영향을 갖는다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품의 제조는 기존의 장비 및 공정의 임의의 상당한 변형을 요구하지 않는다. 시트 재료는 종래의 종이 제조 기술을 사용하여 쉽게 제조될 수 있고, 물질의 사용을 상업적으로 가능하게 하는 기존의 필터 제조 장치를 사용하여 필터 로드로 형성될 수 있다. 경사형 와이어 공정은, 고도로 다공성이고 부피가 큰 웹 구조의 형성을 용이하게 하기 때문에, 시트를 형성하는 데 특히 바람직하다.
간략하게 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에어로졸 발생 기재에서, 필터는 섬유상 종이 유사 물질의 하나 이상의 시트로 형성된 여과 물질의 적어도 하나의 부위를 포함하고, 여기서 섬유상 종이 유사 물질은 소수성 섬유와 친수성 섬유의 조합을 포함하고 있다. 섬유상 종이 유사 물질에 혼입된 소수성 섬유의 유형 및 양을 조정함으로써, 물질의 소수성 특성을 제어하는 것이 가능하다.
섬유상 종이 유사 물질의 소수성은 TAPPI/ANSI T 558 om-15에 기술된 시험에 따라 결정되며, "도"로 측정된 접촉각으로 표시되는 결과는 거의 0도 내지 거의 180도의 범위일 수 있다. 보다 상세하게는, TAPPI/ANSI T 558 om-15에 기술된 시험에 따르면, 특정 부피의 물의 방울이 특정 증착 파라미터를 사용하여 섬유상 종이 유사 물질의 표면에 도포된다. 시트와 접촉하는 방울의 이미지는 증착 후 특정 시간 간격으로 비디오 카메라에 의해 포착된다. 물 접촉각, 즉 섬유상 종이 유사 물질의 시트에 의해 형성된 각도 및 시트와 접촉하는 물방울의 표면에 대한 접선은 포착된 이미지 상의 이미지 분석 기술에 의해 결정된다. 특정 시간에 물 접촉각, 접촉각의 변화율, 강하 높이 및 직경의 변화 또한 분석될 수 있고, 시험 중인 물질에 대한 추가 정보를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 섬유상 종이 유사 물질은 90도 초과의 물 접촉각을 갖는다. 따라서, 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 전체 소수성 물질로서 효과적으로 거동한다.
바람직하게는, 섬유상 종이 유사 물질은 95도 초과의 물 접촉각을 갖는다. 보다 바람직하게는, 섬유상 종이 유사 물질은 100도 초과의 물 접촉각을 갖는다.
추가적으로 또는 대안적으로, 섬유상 종이 유사 물질은 바람직하게는 110도 미만의 물 접촉각을 갖는다. 바람직한 구현예에서, 섬유상 종이 유사 물질은 80도 내지 120도의 물 접촉각을 갖는다. 보다 바람직하게는, 섬유상 종이 유사 물질은 95도 내지 110도의 물 접촉각을 갖는다.
대조적으로, 종래의 셀룰로오스 아세테이트 및 종이(셀룰로오스) 시트 물질은 모두 약 40도 미만의 물 접촉각을 갖는다. 즉, 이들은 모두 전체 친수성 재료로서 거동한다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품에서, 생분해성 섬유는 종이-유사 물질을 형성하는 섬유의 소수성 및 친수성 부분 모두에 사용된다. 간략하게 전술한 바와 같이, 섬유상 종이 유사 물질의 수성 배지 내 생분해성은 시험 후 56일 이내에 셀룰로오스 기준 항목의 최대 분해의 적어도 90%이다.
섬유상 종이 유사 물질의 수성 생분해성 특성은, ISO 14851 수성 배지에서 플라스틱 물질의 궁극적인 호기성 생분해성의 결정-폐쇄형 호흡기(2005)에서 산소 요구량을 측정하는 방법에 기술된 시험에 따라 결정된다. 시험 물질은 화학적으로 한정된 액체 배지로 운반되는데, 이는 본질적으로 다른 유기 탄소 공급원이 없고, 미생물로 스파이크된다. 수성 배지에서 유기 물질의 호기성 생분해 동안, 산소는 소비자이고, 탄소는 이산화탄소 형태의 기체 무기 탄소로 변환된다. 유기 물질의 일부는 세포 성장을 위해 동화된다. 방출된 이산화탄소를 포획하기 위해 KOH 용액이 사용되고, 이에 따라 유도된 압력 강하는 소모된 산소와 직접 관련되고, 따라서 시험 물질의 생분해의 간접 측정을 제공한다. 산소 소비에 기초한 생분해량은, 시험 물질의 이론적 산소 요구량(ThOD) 또는 화학적 산소 요구량(COD)에 대한 생화학적 산소 요구량(BOD, 대조군에 대해 보정됨)의 비율로 표현된다. 이산화탄소 생산에 기초한 생분해는 이산화탄소의 형태로 가스 무기 탄소로 변환된 시험 물질의 고형 탄소의 백분율로서 계산된다.
유럽 표준 EN 14987 최종 허용 및 규격을 위한 플라스틱-폐수 처리 공장에서의 처분 가능성의 평가-시험 계획(2006)에 따르면, 물질은 생분해의 백분율이 시험 후 56일 이내에 적합한 기준 항목의 최대 분해의 전체적으로 적어도 90% 또는 90%인 경우에 생분해성으로 불릴 수 있다. 실제로, 시험 물질에 대해 결정된 생분해의 양은 특정 특성을 갖는 셀룰로오스 기준 항목에 대해 결정된 생분해의 양과 비교된다.
실험 시작 시, 반응기를 동일한 양의 무기 배지 및 미리 결정된 양의 미생물 공급원(이노큘럼)으로 채워서 특정 농도의 현탁 고형분/리터를 갖는 시험 배지를 수득한다. 셀룰로오스 기준 항목 및 시험 물질(들)을 반응기에 첨가하고, 반응기를 제어된 주변 실온에서 적어도 28일 동안 암실에서 배양한다. 배양 기간에 걸쳐, 산소 소모량이 지속적으로 기록되는 반면, 생산되어 KOH 용액에서 포획된 이산화탄소의 양은 규칙적인 간격으로 적정법으로 결정된다. 시험 물질은 상기에 기재된 조건이 충족되는 경우 생분해성인 것으로 간주될 수 있다.
바람직하게는, 섬유상 종이 유사 물질은 IS 17556(2012)에 따라 시험된, 시험한 지 120일 이내에 셀룰로오스 기준 항목의 최대 분해의 적어도 80%의 토양 배지 내 생분해성을 갖는다. 보다 바람직하게는, 섬유상 종이 유사 물질은 IS 17556(2012)에 따라 시험된, 시험한 지 90일 이내에 셀룰로오스 기준 항목의 최대 분해의 적어도 80%의 토양 배지 내 생분해성을 갖는다. 보다 더 바람직하게는, 섬유상 종이 유사 물질은, IS 17556(2012)에 따라 시험된, 시험한 지 60일 이내에 셀룰로오스 기준 항목의 최대 분해의 적어도 80%의 토양 배지 내 생분해성을 갖는다.
섬유상 종이 유사 물질의 수성 생분해성 특성은 ISO 17556 토양에서의 궁극적인 호기성 생분해성의 결정(2012년)에 기술된 시험에 따라 호흡계에서 산소 수요 또는 방출된 이산화탄소의 양을 측정함으로써 결정된다. 시험 물질을 토양과 혼합하고, 주변 실온의 암실에서 배양된다. 미생물 활성을 통한 생분해 동안, 가스, 주로 이산화탄소와 물의 혼합물이 생성된다. 이산화탄소는 KOH 용액에서 포획되고, 적정에 의해 주기적으로 결정되며, 이는 누적 이산화탄소 생성량을 결정할 수 있게 한다. 생분해 백분율은 시험 물질의 고형 탄소의 백분율로서 계산될 수 있으며, 이는 이산화탄소의 형태로 기체 탄소로 변환되었다.
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의 생분해성 토양 적합성 마크를 충족하는 것을 고려하여, 시험 물질은 시험 물질과 기준 항목 모두에 대해 정체기에 도달한 후 적절한 기준 항목의 최대 분해의 전체적으로 적어도 90% 또는 90%인 생분해 백분율을 가질 필요가 있다. 실제로, 120일 동안 지속되는 시험 종료 시, 시험 물질에 대해 결정된 생분해의 양은 특정 특성을 갖는 셀룰로오스 기준 항목에 대해 결정된 생분해의 양과 비교된다. 시험 물질은 상기에 기재된 조건이 충족되는 경우 생분해성인 것으로 간주될 수 있다.
대조적으로, 종래의 셀룰로오스 아세테이트 시트 물질은 수성 배지에서 셀룰로오스 기준 항목의 최대 분해의 약 20 내지 25%인 생분해를 갖는다. 한편, 필터 및 에어로졸 발생 물질의 다른 구성 요소, 예컨대 종이 래퍼 및 티핑 종이의 제조에 일반적으로 사용되는 셀룰로오스 기반 물질은 수성 배지에서 일반적으로 기준 항목의 최대 분해의 90% 이상인 생분해를 가질 수 있다.
섬유상 종이 유사 물질 내의 친수성 섬유 대 소수성 섬유의 비율을 조정함으로써, 시트의 다른 특성을 제어하는 것도 유리하게 가능하다. 일반적으로, 친수성 섬유의 존재는 종이 제조 공정에서 섬유상 물질의 시트를 형성하는 것을 돕는다는 점에서 바람직하다.
바람직하게는, TAPPI T 432 cm-09에 따라 측정된 섬유상 종이 물질의 물 흡수성은 적어도 180초이다.
본 발명에 따른 필터의 섬유상 종이 유사 물질과 같은, 흡수성 기재의 물 흡수성은 TAPPI T 432 cm-09에 기술된 시험에 따라 결정된다. 이러한 시험 절차는, 지정된 양의 물을 완전히 흡수하기 위해 미결정 크기의 흡수성 종이 유사 물질에 필요한 시간을 결정한다. 이를 위해, 각각 대략 100X100mm인 섬유상 종이 유사 물질의 10개의 샘플들을 제어된 대기 하에서 컨디셔닝하고 시험한다. 시험 시편을 수평 지지체 상에 두고, 미리 결정된 양의 증류수 또는 탈이온수를 주어진 기간 동안 시편 상으로 흐르게 한다. 물이 시편과 접촉하고 물이 완전히 흡수될 필요가 있는 시간이 측정되는 즉시 타이머가 시작되며, 이는 습윤 스폿으로부터의 광택 또는 윤기 나는 영역의 소멸에 의해 시각적으로 표시된다. 시험은 10개의 시편들 모두에 대해 반복되고, 평균 흡수 시간(초 단위)은 시험 물질의 수분 흡수율로서 간주된다.
대조적으로, 100% 셀룰로오스 종이는 2초 이하의 TAPPI T 432 cm-09에 따라 측정된 물 흡수성을 갖는다. 에어로졸 발생 물품용 필터에 전통적으로 사용되는 유형의 셀룰로오스 아세테이트는 통상적으로 180초 이상의 TAPPI T 432 cm-09에 따라 측정된 물 흡수성을 갖는다. 섬유상 종이 유사 물질은, 건조 중량 기준으로, 친수성 섬유의 약 10% 내지 약 90% 및 건조 중량 기준으로, 소수성 섬유의 약 90% 내지 약 10%를 포함할 수 있다. 친수성 섬유 및 소수성 섬유는, 전체적으로 취해질 때, 섬유상 종이 유사 물질의 건조 중량 기준으로 적어도 50%를 나타낼 수 있다.
바람직하게는, 섬유상 종이 유사 물질은 건조 중량 기준으로 적어도 40중량%의 소수성 섬유를 포함하고, 나머지는 친수성 섬유이다. 보다 바람직하게는, 섬유상 종이 유사 물질은 건조 중량 기준으로 적어도 45중량%의 소수성 섬유를 포함하고 있다. 보다 더 바람직하게는, 섬유상 종이 유사 물질은 건조 중량 기준으로 적어도 50중량%의 소수성 섬유를 포함하고 있다.
섬유상 종이 유사 물질 내의 소수성 및 친수성 섬유의 비율은, 필터가 형성되는 시트 또는 시트들의 소수성을 제어하도록 조정될 수 있다. 바람직하게는, 필터 내의 소수성 섬유 대 친수성 섬유의 비율은 약 2:3 내지 3:2이다. 특히 바람직한 구현예에서, 필터 내의 소수성 섬유 대 친수성 섬유의 비율은 약 1:1이고, 약 50% 소수성 섬유 및 50% 친수성 섬유를 갖는다.
친수성 섬유는 바람직하게는 셀룰로오스 섬유를 포함하고 있다. 보다 바람직하게는, 친수성 섬유는 셀룰로오스 섬유로 구성되어 있다. 적절한 대안적인 친수성 섬유는 면, 울, 친수성 비스코스를 포함하고 있다. 추가로 적절한 대안적인 친수성 섬유가 당업자에게 공지될 것이다. 예로서, 경질목(유칼립투스, 자작나무, 너도밤나무), 연질목(소나무, 전나무) 및 비목(대나무) 공급원이 사용될 수 있다. 목재 칩은 화학적 방법 및 표백을 사용하여 펄프 등급 시트로 가공될 수 있다. 그런 다음, 섬유는 펄프 시트를 도프로 처리 및 용해시키고, 도프를 섬유로 회전시킴으로써 형성될 수 있다. 하나의 이러한 공정의 출력은 스테이플 섬유(절단된 및 발링된)의 형태 또는 필라멘트사의 형태일 수 있다.
일부 구현예에서, 친수성 섬유는 정제된 셀룰로오스 섬유를 포함하고 있다. 정제된 셀룰로오스 섬유는 통상적으로 9도SR 내지 90도SR, 바람직하게는 10도SR 내지 40도SR, 보다 바람직하게는 15도SR 내지 25도SR의 쇼퍼-리글러 도(SR도)를 가질 수 있다. 전술한 범위에서 SR도를 갖는 정제된 셀룰로오스 섬유는 유리하게는 개선된 인장 강도를 갖는 섬유상 종이 유사 물질의 시트를 부여하는 것을 도울 수 있다. SR도는 ISO 5267-1(2000년 7월)에 따라 측정된다.
통상적으로, 소수성 섬유의 직경은 0.015mm 내지 0.045mm, 바람직하게는 0.02mm 내지 0.04mm이다.
통상적으로, 친수성 섬유의 길이는 20mm 미만, 바람직하게는 1mm 내지 12mm, 보다 더 바람직하게는 2mm 내지 5mm이다. 이들 범위 내의 길이를 갖는 섬유는 유리하게는 섬유상 종이 유사 물질의 시트를 제조하기 쉽게 한다.
소수성 섬유는 바람직하게는 소수성 비스코스 섬유를 포함하고 있다. 보다 바람직하게는, 소수성 섬유는 소수성 비스코스 섬유로 구성되어 있다. 적절한 대안적인 소수성 섬유는 당업자에게 공지될 것이고, 폴리에스테르 섬유 및 아크릴 섬유를 포함할 수 있다.
특히 바람직한 구현예에서, 섬유상 종이 유사 물질은 50% 셀룰로오스 섬유 및 50% 소수성 비스코스 섬유로 이루어진 혼합물로 형성되어 있다.
바람직하게는, 소수성 섬유는 0.5dtex 내지 40dtex의 역가를 갖는다. 보다 바람직하게는, 소수성 섬유는 1dtex 내지 6dtex의 역가를 갖는다. 보다 더 바람직하게는, 소수성 섬유는 1.7dtex 내지 3.3dtex의 역가를 갖는다. 추가적으로 또는 대안적으로, 소수성 섬유는 바람직하게는 약 5dtex 미만의 역가를 갖는다. 보다 바람직하게는, 소수성 섬유는 약 3dtex 미만의 역가를 갖는다.
통상적으로, 소수성 섬유의 길이는 20mm 미만, 바람직하게는 1mm 내지 12mm, 보다 더 바람직하게는 2mm 내지 5mm이다. 이들 범위 내의 길이를 갖는 섬유는 유리하게는 섬유상 종이 유사 물질의 시트를 제조하기 쉽게 한다.
섬유상 종이 유사 물질은 약 15g/m2 내지 약 60g/m2인 평량을 가질 수 있다. 바람직한 구현예에서, 섬유상 종이 유사 물질은 적어도 약 20g/m2의 평량을 갖는다. 보다 더 바람직하게는, 섬유상 종이 유사 물질은 적어도 25g/m2의 평량을 갖는다. 추가적으로 또는 대안적으로, 섬유상 종이 유사 물질은 약 50g/m2 미만의 평량을 갖는다. 보다 바람직하게는, 섬유상 종이 유사 물질은 40g/m2 미만의 평량을 갖는다. 특히 바람직한 구현예에서, 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 약 20g/m2 내지 약 50g/m2, 보다 바람직하게는 약 25g/m2 내지 약 40g/m2의 평량을 갖는다.
섬유상 종이 유사 물질의 시트는 약 0.025mm 내지 약 0.2mm의 두께를 가질 수 있다. 바람직한 구현예에서, 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 적어도 약 0.05mm, 보다 바람직하게는 적어도 0.07mm의 두께를 갖는다. 추가적으로 또는 대안적으로, 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 바람직하게는 약 0.175mm 미만, 보다 바람직하게는 약 0.16mm 미만의 두께를 갖는다. 특히 바람직한 구현예에서, 대안적으로, 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 약 0.05mm 내지 약 0.175mm, 보다 바람직하게는 약 0.07mm 내지 약 0.16mm의 두께를 갖는다.
섬유상 종이 유사 물질의 시트는 약 1000CORESTA 단위 내지 약 50000CORESTA 단위인 다공도를 가질 수 있다. 바람직한 구현예에서, 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 적어도 약 5000CORESTA 단위, 보다 바람직하게는 적어도 10000CORESTA 단위의 다공도를 갖는다. 추가적으로 또는 대안적으로, 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 바람직하게는 40000CORESTA 단위 미만, 보다 바람직하게는 35000CORESTA 단위 미만의 다공도를 갖는다. 특히 바람직한 구현예에서, 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 바람직하게는 약 5000CORESTA 단위 내지 약 40000CORESTA 단위, 보다 바람직하게는 약 10000CORESTA 단위 내지 약 35000CORESTA 단위의 다공도를 갖는다. 시트의 다공도는 IS 2965:2009에 따라 측정된다.
섬유상 종이 유사 물질의 시트는 통상적으로 적어도 약 1500cN/30mm의 인장 강도 MD(기계 방향으로)를 가질 수 있다. 바람직하게는, 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 적어도 약 2000cN/30mm, 보다 바람직하게는 적어도 약 2510cN/30mm의 인장 강도 MD를 갖는다. 추가적으로 또는 대안적으로, 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 바람직하게는 약 3500cN/30mm 미만, 보다 바람직하게는 약 3200cN/30mm 미만의 인장 강도 MD를 갖는다. 특히 바람직한 구현예에서, 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 약 2000cN/30mm 내지 약 3500cN/30mm, 보다 바람직하게는 약 2510cN/30mm 내지 약 3200cN/30mm의 인장 강도 MD를 갖는다.
섬유상 종이 유사 물질의 시트는 통상적으로 적어도 약 100cN/30mm의 인장 강도 CD(교차 기계 방향으로)를 가질 수 있다. 바람직하게는, 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 적어도 약 500cN/30mm, 보다 바람직하게는 적어도 약 900cN/30mm의 인장 강도 CD를 갖는다. 추가적으로 또는 대안적으로, 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 약 2000cN/30mm 미만, 보다 바람직하게는 약 1750cN/30mm 미만의 인장 강도 CD를 갖는다. 특히 바람직한 구현예에서, 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 약 500cN/30mm 내지 약 2000cN/30mm, 보다 바람직하게는 약 900cN/30mm 내지 약 1750cN/30mm의 인장 강도 CD를 갖는다.
인장 강도는 ISO 1924-2(2008년 12월)에 따라 측정된다. 단, 20mm/분 대신에 10mm/분(MD로) 및 30mm/분(CD로)인 속도; 15mm 대신 30mm인 시험한 샘플의 폭은 예외이다.
일부 구현예에서, 섬유상 종이 유사 물질은 사이징제, 습윤제, 선택적 여과제 및 이들의 혼합물로부터 선택된 하나의 첨가제를 포함하고 있다.
사이징제는 알킬 케텐 이량체, 알케닐 케텐 이량체, 알케닐 숙신산 무수물, 로진 및 이들의 혼합물 중 하나일 수 있다. 사이징제는 유리하게는 섬유상 종이 유사 물질의 시트의 소수성, 표면 강도 및 인쇄성을 개선할 수 있다.
습윤제는 폴리에테르, 예컨대 적어도 약 500g/mol의 평균 분자량을 갖는 폴리알킬렌 글리콜일 수 있다. 적절한 습윤제의 다른 예는 모노프로필렌 글리콜, 소르비톨, 글리세린, 트리아세틴, 및 이들의 혼합물을 포함하고 있다.
선택적 여과제는 아미노산 또는 아미노산 염, 특히 염기성 아미노산 또는 염기성 아미노산 염, 또는 이들의 조합일 수 있다.
통상적으로, 섬유상 종이 유사 물질은 45건조 중량% 미만의 첨가제를 포함하고 있다. 바람직하게는, 섬유상 종이 유사 물질은 약 30중량% 미만의 첨가제를 포함하고 있다. 첨가제는 유리하게는 섬유상 종이 유사 물질의 생분해 동역학을 가속시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 섬유상 종이 유사 물질은 결합제를 포함하고 있다. 결합제는 폴리비닐 알코올(PVOH), 에틸렌 비닐 알코올(EVOH), 폴리비닐 아세테이트(PVA), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 에스테르, 알킬 숙신산 무수물, 로진, 스티렌 아크릴 공중합체와 같은 아크릴 공중합체, 개질된 전분, 젤라틴과 같은 하이드로콜로이드, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
일 구현예에서, 결합제는 섬유 형태일 수 있다. 하나의 이러한 결합제는 폴리비닐 알코올(PVOH) 섬유, 폴리비닐 아세테이트(PVA) 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 셀룰로오스 아세테이트 섬유, 나일론, 셀룰로오스 에스테르 섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
통상적으로, 섬유상 종이 유사 물질은 20건조 중량% 이하의 결합제를 포함할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 섬유상 종이 유사 물질은 약 5건조 중량% 내지 15건조 중량%의 결합제를 포함하고 있다.
결합제를 포함하는 본 발명의 섬유상 종이 유사 물질의 구현예는 증가된 인장 강도(MD 및 CD 둘 다로)를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이는 유리하게는 본 발명의 섬유상 종이 유사 물질의 기계 가공성을 개선하는 데 추가로 기여한다. 또한, 본 발명의 섬유상 종이 유사 물질은 일반적으로 마찰의 감소로 이어질 수 있는 더 매끄러운 마감을 갖는다.
특히 바람직한 구현예에서, 종이 유사 섬유상 물질의 시트는 친수성 섬유로서 37건조 중량% 내지 39건조 중량%의 정제된 셀룰로오스 섬유, 37건조 중량% 내지 39건조 중량%의 소수성 비스코스 섬유, 7건조 중량% 내지 8건조 중량%의 사이징제 및 15건조 중량% 내지 18건조 중량%의 습윤제를 포함하고 있다.
또 다른 특히 바람직한 구현예에서, 종이 유사 섬유상 물질의 시트는 상기 친수성 섬유로서 27건조 중량% 내지 29건조 중량%의 정제된 셀룰로오스 섬유, 27건조 중량% 내지 29건조 중량%의 소수성 비스코스 섬유, 15건조 중량% 내지 25건조 중량%의 결합제, 7건조 중량% 내지 8건조 중량%의 사이징제 및 15건조 중량% 내지 18건조 중량%의 습윤제를 포함하고 있다
본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품의 필터에 사용하기 위한 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 종래의 종이 제조 공정 및 장비를 사용하여 전술한 바와 같은 소수성 섬유 및 친수성 섬유의 조합으로부터 생성될 수 있다. 따라서, 섬유는, 예를 들어, 포드리니어 종이 기계 상에서 종이 유사 시트로 변환될 수 있는 수성 현탁액 또는 슬러리로 가져올 수 있다. 본 발명에 사용하기 위한 섬유상 종이 유사 물질의 습식 시트는 경사형 와이어, 평평한 와이어 또는 실린더 기계 상에서 또는 다른 종이 제조 수단에 의해 제조될 수 있다. 경사형 와이어 기계를 사용하는 것이 바람직하다. 그런 다음 이에 따라 형성된 습식 시트는 건조되어서 섬유상 종이 유사 물질의 시트를 수득한다.
건조 작업은 통상적으로 약 60℃ 내지 약 175℃, 바람직하게는 약 70℃ 내지 약 150℃, 더욱 더 바람직하게는 약 80℃ 내지 130℃의 온도에서 수행될 수 있다.
종이 유사 섬유상 물질의 시트가 상기에 언급된 첨가제 중 하나 이상을 함유하는 경우, 소수성 섬유 및 친수성 섬유가 물과 혼합되는 동일한 단계에서 또는 섬유를 함유하는 현탁액 또는 슬러리가 형성된 후에 첨가제가 수성 현탁액 또는 슬러리에 첨가될 수 있다. 대안으로서, 하나 이상의 첨가제는 건조 작동 전에, 형성된 바와 같이 습식 종이 유사 시트에 첨가될 수 있다. 추가의 대안적인 공정에서, 하나 이상의 첨가제는 건조 작업이 완료된 후에 종이 유사 시트에 첨가될 수 있다.
통상적으로, 사이징제는, 배스 사이징을 사용하여, 사이즈 프레스를 사용하여, 분무를 통해, 스무딩 프레스의 사용을 통해, 게이트 롤 사이즈 프레스의 사용을 통해, 캘린더 사이징을 사용하여, 블레이드 코팅 등을 통해, 습식 종이에 첨가된다. 사이즈 프레스를 사용하여 사이징제를 도포할 때, 새로 형성된 습식 종이는 사이징제를 종이 시트 내로 가압하는 롤러를 통해 통과될 수 있고, 선택적으로 과량의 첨가제 또는 크기를 제거할 수 있다.
사이즈 프레스를 사용하여 사이징제를 도포하는 것에는 소정의 이점이 있을 수 있다. 예를 들어, 사이징제는 습식 종이를 더 소수성으로 만들 수 있거나 표면 강도 또는 내수성 또는 둘 다를 개선할 수 있다. 따라서, 습식 종이는 더 쉽게 탈수될 수 있다.
임의의 적절한 기술을 사용해 습윤제를 종이에 도포할 수 있다. 예를 들어, 습윤제는 사이즈 프레스, 분무, 나이프 코팅, 메이어 로드 코팅, 먼지 제거, 전사 롤 코팅기에 의해 또는 임의의 적절한 인쇄 공정을 통해 도포될 수 있다. 적절한 인쇄 공정은 플렉소그래픽 인쇄, 그라비어 인쇄 등을 포함하고 있다. 일 구현예에서, 습윤제는 종이 유사 섬유상 물질의 시트의 일측 또는 양측의 표면적의 실질적으로 100%를 덮을 수 있다.
일 구현예에서, 습윤제는 종이 유사 섬유상 물질의 시트의 일측 또는 양측에 인쇄될 수 있다. 따라서, 습윤제는 이점을 계속 유지하면서 종이를 코팅하는 데 사용된다. 예로서, 습윤제는, 종이 유사 섬유상 물질의 시트의 표면적의 10% 내지 100%, 바람직하게는 종이 유사 섬유상 물질의 시트의 표면적의 20% 내지 90%, 보다 바람직하게는 종이 유사 섬유상 물질의 시트의 40% 내지 60%를 덮도록 종이 유사 섬유상 물질의 시트의 하나의 표면에 도포될 수 있다. 대안적인 구현예에서, 또는 추가적으로, 습윤제는 반응성 영역을 증가시키기 위한 목적으로 종이 유사 섬유상 물질의 시트의 두께로 분포될 수 있다.
선택적 여과제는 예를 들어 사이징제 또는 습윤제와 조합되고 동시에 도포될 수 있다.
이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 건조 작동은, 주름잡기, 권취, 양각, 물결주름 중 하나 이상에 의해 건조된 시트를 성형하는 추가 단계가 뒤따를 수 있다. 바람직하게는, 여과 물질의 부위는 섬유상 종이 유사 물질의 하나 이상의 주름진 시트로 형성되어 있다. 보다 바람직하게는, 여과 물질의 부위에서, 섬유상 종이 유사 물질의 하나 이상의 주름진 시트는 종래의 (종이) 필터 플러그 랩과 같은 래퍼에 의해 둘러싸여 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '주름진(gathered)'은 섬유상 종이 유사 물질의 시트가 필터 부위의 원통형 축에 실질적으로 가로방향으로 둘둘 말리거나, 접히거나, 또는 그렇지 않으면 압축되거나 수축된 것을 가리킨다.
섬유상 종이 유사 물질의 주름진 시트는 바람직하게는 실질적으로 필터 부위의 전체 길이를 따라서, 그리고 실질적으로 필터 부위의 전체 횡단면적에 걸쳐서 연장되어 있다.
본 발명에 따른 섬유상 종이 유사 물질의 하나 이상의 주름진 시트로 형성된 필터 부위는 유리하게는 상당히 낮은 중량 표준 편차를 나타낼 수 있다. 하나 이상의 주름진 시트로 형성되고 특정 길이를 갖는 필터 부위의 중량은, 필터 부위를 형성하기 위해 주름진 섬유상 종이 유사 물질의 시트의 밀도, 폭 및 두께에 의해 결정된다. 따라서, 이러한 필터 부위의 중량은 섬유상 종이 유사 물질의 시트의 밀도 및 치수를 제어함으로써 조절될 수 있다. 이는 동일한 치수의 본 발명에 따른 필터 부위 간의 중량 불일치를 유리하게 감소시켜서, 결과적으로 중량이 선택된 허용 범위 밖에 있게 되는 필터 부위의 더 낮은 거부율을 초래한다.
또한, 균질화 담배 물질, 본 발명에 따른 섬유상 종이 유사 물질의 하나 이상의 주름진 시트로 형성된 필터 부위는 유리하게는 종래의 필터 부위보다 더 균일한 밀도를 나타낼 수 있다.
바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 필터 부위는 래퍼에 의해 둘러싸인 섬유상 종이 유사 물질의 하나 이상의 주름진 질감 있는 시트로 형성되어 있다. 섬유상 종이 유사 물질의 질감 있는 시트를 사용하면 유리하게는 섬유상 종이 유사 물질의 시트의 주름 형성을 용이하게 하여 본 발명에 따른 필터 부위를 형성할 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "질감 있는 시트"는 권축된(crimped), 양각된, 음각된, 천공된 또는 그렇지 않으면 변형된 시트를 나타낸다. 본 발명에서 사용하기 위한 섬유상 종이 유사 물질의 질감 있는 시트는 복수의 이격된 압입부, 돌기, 천공 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 용어 "권축된 시트"는 용어 "크레이프 가공 시트(creped sheet)"와 동의어인 것으로 의도되어 있고 복수의 실질적으로 평행한 리지(ridge) 또는 물결주름(corrugation)을 갖는 시트를 가리킨다.
바람직하게는, 섬유상 종이 유사 물질의 권축된 시트는 본 발명에 따른 필터 부위 및 에어로졸 발생 물품의 원통형 축에 실질적으로 평행한 복수의 리지 또는 물결주름을 갖는다. 이것은 섬유상 종이 유사 물질의 권축된 시트의 주름형성을 유리하게 용이하게 해서 필터 부위를 형성한다. 그러나, 본 발명에서 사용하기 위한 섬유상 종이 유사 물질의 권축된 시트는 대안적으로 또는 추가적으로 필터 부위의 원통형 축에 예각 또는 둔각으로 배치된 복수의 실질적으로 평행한 리지 및 물결주름을 가질 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다.
소정의 구현예들에서, 본 발명에서 사용하기 위한 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 실질적으로 그들의 전체 표면 위로 실질적으로 균일하게 질감을 가질 수 있다. 예를 들면, 본 발명에서 사용하기 위한 섬유상 종이 유사 물질의 권축된 시트는 시트의 폭에 걸쳐서 실질적으로 균일하게 이격되어 있는 복수의 실질적으로 평행한 리지 또는 물결주름을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 섬유상 종이 유사 물질의 하나 이상의 시트를 주름지게 함으로써 여과 물질의 부위를 형성하는 것에 대한 대안으로서, 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품에 사용하기 위한 필터 부위는 섬유상 종이 유사 물질의 시트 상에서 절단 작업 또는 파쇄 작업을 수행하여 얻어진 조각 또는 스트랜드로부터 형성될 수 있다. 예로서, 상기에 기재된 바와 같은 섬유의 조합을 포함하는 섬유상 종이 유사 물질의 시트는 미리 결정된 폭을 갖는 조각 또는 스트랜드로 절단될 수 있다. 조각 또는 스트랜드는 예를 들어 약 10mm 내지 15mm와 같은 미리 결정된 길이로 추가적으로 절단될 수 있다. 조각 또는 스트랜드는, 종래의 궐련용 각초의 로드를 형성하기 위한 공정과 유사한 공정에서 여과 물질의 부위를 형성하기 위해, (종이) 필터 플러그 랩과 같은 래퍼에 의해 둘러싸일 수 있다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품에 사용하기 위한 필터는 통상적으로 약 45% 내지 약 60%의 여과 효율을 가질 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품에 사용하기 위한 필터는 약 50% 내지 약 55%의 여과 효율을 갖는다. 여과 효율은 IS0 4387에 따라 측정된다: 2000-04-01 (제3판) -궐련-통상적인 분석적 흡연 기계를 사용하여 니코틴이 없는 총 건조 미립자 물질의 결정. 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품에 사용하기 위한 필터는 전술한 섬유상 종이 유사 물질로 형성된 하나 이상의 필터 요소 또는 부위를 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품에 사용하기 위한 필터 요소는 대안적인 여과 물질로 형성된 하나 이상의 부위를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 에어로졸 발생 기재는 종래의 궐련에서와 같이, 종이 래퍼에 의해 둘러싸인, 무작위로 배향된 담배 물질의 조각 스트랜드 또는 스트립의 로드 형태일 수 있다. 필터 부위 또는 요소는 티핑 종이에 의해 로드에 부착될 수 있다.
다른 구현예에서, 에어로졸 형성 기재는 균질화 담배 물질의 주름진 시트의 형태일 수 있다. 이러한 유형의 로드는 국제 특허 출원 WO-A-2012/164009에서 설명되었으며, 가열식 에어로졸 발생 물품에 특히 적합하다. 또 다른 대안은 균질화 담배 재료의 스트랜드로 형성된 가열식 에어로졸 발생 물품에 대한 로드를 개시하는, 국제 특허 출원 WO-A-2011/101164로부터 공지되어 있으며, 이는 균질화 담배 재료의 시트를 형성하기 위해 미립자 담배와 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함하는 혼합물을 주조, 압연, 캘린더링 또는 압출함으로써 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품은, 바람직하게는 에어로졸 발생 기재의 로드 및 필터에 더하여 하나 이상의 요소를 포함하고, 여기서 로드, 필터 및 하나 이상의 요소는 기재 래퍼 내부에 조립된다. 예를 들어, 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품은 마우스피스, 에어로졸 냉각 요소 및 중공 아세테이트 관과 같은 지지 요소 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 바람직한 구현예에서, 에어로졸 발생 물품은 선형의 순차 배열로, 전술한 바와 같은 에어로졸 발생 기재의 로드, 에어로졸 발생 기재의 바로 하류에 위치된 지지 요소, 지지 요소의 하류에 위치된 에어로졸 냉각 요소, 그리고 로드, 지지 요소 및 에어로졸 냉각 요소를 둘러싸는 외부 래퍼를 포함하고 있다.
본 발명은 이제 하기 실시예 및 첨부 도면을 참조하여 추가로 설명될 것이고, 여기서:
도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품의 개략적인 측단면도이고; 그리고
도 2는 하기 실시예에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품에 사용하기 위한 섬유상 종이 유사 물질의 샘플에 대해 수행된 생분해 시험의 결과를 보여주는 그래프이다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품(10)의 구현예는 도 1에 도시되어 있다. 에어로졸 발생 물품(10)은 에어로졸 발생 기재의 로드(12) 및 에어로졸 발생 기재와 축방향으로 정렬된 마우스피스 필터(14)를 포함하고 있다. 필터(14)는 에어로졸 발생 기재(12)의 하류에 배열되어 있다.
필터(14)는 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 제조된 본 발명에 따른 섬유상 종이 유사 물질의 하나 이상의 시트로 형성된 여과 물질의 부위를 포함하고 있다. 보다 상세하게는, 여과 물질의 부위에서, 섬유상 종이 유사 물질의 하나 이상의 시트가 주름지고 부위의 실질적으로 전체 길이를 따라 그리고 부위의 실질적으로 전체 횡단면적에 걸쳐 연장되어 있다.
또한, 에어로졸 발생 물품(10)은, 4개의 요소 모두가 순차적으로 및 동축 정렬로 배열되도록, 중공형 셀룰로오스 아세테이트 튜브(16) 및 로드(12)와 필터(14) 사이에 배열된 스페이서 요소(18)를 포함하고 있다. 4개의 요소 모두는 동일 래퍼(20)에 의해 둘러싸여서 에어로졸 발생 물품을 형성한다.
에어로졸 발생 기재(12)의 로드는 대략 12mm의 길이 및 대략 7mm의 직경을 갖는다. 로드(12)는 원통형 형상이고 실질적으로 원형 단면을 가진다. 필터(14)는 실질적으로 원통형 형상이고, 실질적으로 원형 단면을 가지며, 대략 7mm의 길이 및 대략 7mm의 직경을 갖는다.
실시예 1
본 발명의 섬유상 종이 유사 물질의 몇몇 실시예들은 실험실 규모에서 제조하였고 산업 표준 기술에 의해 시험하였다. 소수성 섬유는 KelheimFibers GmbH에 의해 제조된 DANUFIL OLEA® 비스코스 섬유였다. 이들 섬유는 1.7dtex(1.53데니어) 내지 3.3dtex(2.97데니어)의 역가 및 5mm의 길이를 갖는다. 표백된 또는 미표백된 연질목 섬유, 또는 모두 15SR도의 SR도를 갖는 표백된 셀룰로오스 섬유와 같은, 다양한 유형의 친수성 섬유를 사용하였다. 섬유상 종이 유사 물질을 제조하기 위해, 두 유형의 섬유를 물과 혼합하여 슬러리를 수득하였다. 그런 다음, 이렇게 형성된 수성 슬러리를 경사형 와이어 종이 기계의 다공성 형성 표면 상에 증착하여 습식 종이를 형성하였다. 그런 다음, 습식 종이를 80℃ 내지 100℃의 온도에서 건조시켰다.
5개의 시료의 조성 및 특성은 아래에 나타나 있다.
Figure pct00002
샘플 5는 또한, 사이징제인, 0.15 건조 중량%의 알킬 케텐 이량체를 함유하였다.
종이 시트의 모세관 현상 상승은 ISO 8787:1986에 따라 측정된다.
물방울 값은 1964년 TAPPI T432에 의해 측정된 섬유상 종이 유사 물질의 시트에 의해 물방울이 흡수되는 데 필요한 시간에 대응한다.
비교를 위해, 100중량%의 정제되지 않은 연질목 섬유를 함유하는 섬유상 종이 유사 물질을 유사하게 제조하고 시험하였다. 이러한 대조 종이는 96mm/10분의 모세관 현상 상승 값 및 2초 미만의 물방울 값을 나타냈다.
실시예 2
섬유상 종이 유사 물질로 만들어진 필터 요소를 수성 생분해 시험을 수행하였다. ISO 14851-수성 배지에서 플라스틱 물질의 궁극적인 호기성 생분해성의 결정에 기술된 표준 방법론을 따랐다. 시험은 조건부 슬러지에 의해 야기된 실험실 조건 하에서 시험 항목의 생분해를 결정한다. 보다 상세하게는, 시험 재료는 본질적으로 다른 유기 탄소 공급원이 없으며, 미생물이 첨가된 화학적으로 정의된 액체 배지로 운반된다. 수성 배지에서 유기 물질의 호기성 생분해 동안, 산소가 소모되고 탄소가 이산화탄소로 변환된다. 일정한 간격으로, 생성된 CO2의 양은 CO2를 흡수하는 KOH 용액의 적정에 의해 결정된다. CO2 생산에 기초한 생분해는 CO2형태의 기체, 무기질 C로 변환된 시험 화합물의 고형 탄소의 백분율로서 계산된다.
2개의 시험 항목들 및 1개의 참조 표준물을 시험하였다. 셀룰로오스 참조 표준은 박층 크로마토그래피(Avicel, FMC)에 적합한 미정질 셀룰로오스 분말이다. 시험 항목 1은 1.7dtex(1.53데니어) 및 5mm 길이에서 50 건조 중량%의 표백된 연질목 섬유 및 50 건조 중량%의 다누필 올레아 비스코스 섬유로 제조된, 본 발명의 티핑 종이 및 26gsm의 섬유상 종이 유사 여과 물질을 포함하는 흡연된 궐련 버트였다. 항목 1에서 이러한 물질의 접촉각은 95도를 초과하는 것으로 밝혀졌다. 시험 항목 2는 여과 물질과 동일한 유형의 티핑 종이 및 종래의 부직포 셀룰로오스 아세테이트를 포함하는 흡연된 궐련 버트였다. 항목 2에서 셀룰로오스 아세테이트의 접촉각은 90도였다. 항목 1 및 2 둘 다는 유사한 길이(27mm) 및 유사한 직경(7.7mm)을 가졌다. 둘 다 시험 시작 시 크기가 2mm 미만인 작은 조각으로 절단하였다.
시험은 3회 수행되었다. 시험 시작 시, 12개의 반응기 각각을 동일한 양의 무기 배지 및 이노큘럼으로 채워 대략 30mg의 현탁 고형분/리터의 농도를 갖는 시험 배지를 수득하였다. 기준 및 시험 항목을 반응기에 직접 첨가하였다. 3개의 블랭크 대조군으로 이루어진 하나의 세트도 포함시켰다. 미생물(이노큘럼)의 공급원은 상이한 폐수 처리 공장에서 얻은 활성화된 슬러지의 혼합물이었다. 반응기를 교반하고, 56일의 기간 동안 어두운 곳에서 일정한 온도(21℃±1℃)에서 배양하였다.
14, 28, 42 및 56일 후, 생분해는 시험 중에 KOH 용액에서 포획된 CO2의 양을 측정함으로써 결정하였다. 도 2 참조.
표 1은 56일 후의 결과를 보여준다. 시험 종료 시, 기준 및 시험 항목의 ThCO2(=유기 탄소% 및 샘플의 투입량에 기초한 이론적인 CO2 생산), net CO2 생산 및 생분해 백분율.
실험 시리즈 ThCO2 (mg) NetCO2 (mg) 평균 생분해(퍼센트) 표준 편차 상대 생분해(퍼센트)
셀룰로오스 기준 표준 38.3 33.6 87.8 2.8 100
항목1 26gsm 섬유상 종이 유사 물질 39.3 32.5 82.7 3.0 94.2
항목 2
셀룰로오스 아세테이트 토우		 41.3 12.3 29.8 1.5 33.9
섬유상 종이 유사 물질을 포함하는 항목 2의 생분해 패턴은 기준 표준 셀룰로오스의 생분해 패턴과 유사하였다. 14일 후, 59.5%의 생분해에 도달하였다. 그때부터 생분해 속도가 느려지기 시작했다. 28일 후, 78.0%±3.1%의 절대 생분해를 측정하였다. 시험 종료 시(56일), 82.7%±3.0%의 수준으로 생분해의 정체기에 도달하였다. 상대 기준으로, 참조 표준과 비교하여, 94.2%의 생분해 백분율을 계산하였다.
대조적으로, 셀룰로오스 아세테이트-함유 항목 1의 생분해는 거의 즉시 적당한 속도로 시작되었지만, 14일 이후부터는 계속 안정화되었다. 56일 후, 29.8%±1.5%의 절대 생분해를 측정하고, 순수 셀룰로오스 참조 표준과 비교하여 상대적으로 33.9%였다.
이들 결과로부터, 본 발명의 섬유상 종이 유사 물질을 포함하는 시험 항목 1은 시험 후 56일 이내에 90% 생분해성 요건을 충족시켰다는 결론을 내릴 수 있다.

Claims (13)

  1. 에어로졸 발생 물품으로서,
    에어로졸 발생 기재;
    상기 에어로졸 발생 기재와 축방향으로 정렬된 필터를 포함하되, 상기 필터는 섬유상 종이 유사 물질의 하나 이상의 시트로 형성된 여과 물질의 적어도 하나의 부위를 포함하고, 여기서 상기 섬유상 종이 유사 물질은 소수성 섬유 및 친수성 섬유의 조합을 포함하여, 상기 섬유상 종이 유사 물질이 TAPPI/ANSI T 558 om-15에 따라 측정된, 90도 초과의 물 접촉각을 가지도록 하고, 여기서 상기 섬유상 종이 유사 물질은 ISO 14851 (2005)에 따라 시험된, 시험 후 56일 이내에 셀룰로오스 기준의 분해의 적어도 70%의 수성 배지 내 생분해성을 가지며, 여기서 상기 소수성 섬유는 소수성 비스코스 섬유를 포함하는, 에어로졸 발생 물품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 섬유상 종이 유사 물질은 TAPPI/ANSI T 558 om-15에 따라 측정된, 95도 내지 105도의 물 접촉각을 가지는, 에어로졸 발생 물품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유상 종이 유사 물질은, ISO 14851 (2005)에 따라 시험된, 시험 후 56일 이내에 셀룰로오스 기준의 분해의 적어도 90%의 수성 배지 내 생분해성을 갖는, 에어로졸 발생 물품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유상 종이 유사 물질의 물 흡수성은 180초를 초과하는, 에어로졸 발생 물품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 친수성 섬유 및 상기 소수성 섬유는 상기 섬유상 종이 유사 물질의 건조물의 적어도 50중량%를 나타내는, 에어로졸 발생 물품.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 소수성 섬유 대 친수성 섬유의 비율은 2:3 내지 3:2, 또는 2:1 내지 1:2인, 에어로졸 발생 물품.
  7. 제6항에 있어서, 상기 섬유상 종이 유사 물질 내의 소수성 섬유 대 친수성 섬유의 비율은 약 1:1인, 에어로졸 발생 물품.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 친수성 섬유는 식물 섬유, 연질목 섬유, 또는 셀룰로오스 섬유를 포함하는, 에어로졸 발생 물품.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유상 종이 유사 물질은 적어도 25g/㎡의 평량을 갖는, 에어로졸 발생 물품.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여과 물질의 부위는 상기 섬유상 종이 유사 물질의 하나 이상의 주름진 시트로 형성되어 있는, 에어로졸 발생 물품.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유상 종이 유사 물질의 하나 이상의 시트는 권축되어 있는(crimped), 에어로졸 발생 물품.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유상 종이 유사 물질은 폴리비닐 알코올(PVOH), 에틸렌 비닐 알코올(EVOH), 폴리비닐 아세테이트(PVA), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 에스테르, 알킬 숙신산 무수물, 로진, 아크릴 공중합체, 개질된 전분, 하이드로콜로이드, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 결합제를 포함하는, 에어로졸 발생 물품.
  13. 래퍼에 의해 둘러싸여 있는 여과 물질을 포함하는 에어로졸 발생 물품에 사용하기 위한 필터 부위로서, 상기 여과 물질은 섬유상 종이 유사 물질의 시트를 포함하고, 여기서 상기 섬유상 종이 유사 물질은 소수성 섬유와 친수성 섬유의 조합을 포함하고, 여기서 상기 섬유상 종이 유사 물질은 TAPPI/ANSI T 558 om-15에 따라 측정된 90도 초과의 물 접촉각 및 ISO 14851 (2005)에 따라 시험된, 시험 후 56일 이내에 셀룰로오스 기준의 분해의 적어도 70%의 수성 배지 내 생분해성을 가지며, 상기 소수성 섬유는 소수성 비스코스 섬유를 포함하는, 필터 부위.
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