KR20210115605A - 생분해성 향상을 위한 가소제, 필터 및 이를 포함하는 흡연 물품 - Google Patents

Abstract

필터의 생분해성을 향상시키는 수 있는 가소제, 이를 이용하여 제조된 필터 및 이를 포함하는 흡연 물품이 제공될 수 있다. 본 개시의 몇몇 실시예에 따른 가소제는 클로브 식물에서 추출된 천연 물질로 구성되어, 필터의 생분해성을 향상시킬 수 있다.

Description

생분해성 향상을 위한 가소제, 필터 및 이를 포함하는 흡연 물품{PLASTICIZER FOR IMPROVED BIO-DEGRADABILITY, FILTER, AND SMOKING ARTICLE INCLUDING THE SAME}

본 개시는 생분해성 향상을 위한 가소제, 필터 및 이를 포함하는 흡연 물품에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 필터의 생분해성을 향상시킬 수 있는 천연 가소제, 이를 이용하여 제조된 필터 및 이를 포함하는 흡연 물품에 관한 것이다.

섬유 가닥의 다발체인 토우(tow)로 담배 필터를 제조하는 경우, 제조 공정 중에 가소제가 첨가된다. 가소제는 토우를 구성하는 섬유들을 부분적으로 용해(가소화)시키고 섬유들 간에 다수의 접합점을 형성하도록 함으로써 토우의 경도를 향상시킬 수 있다. 토우(또는 섬유)의 종류에 따라 첨가되는 가소제는 달라질 수 있는데, 담배 필터에 주로 이용되는 셀룰로오스 아세테이트 토우에는 보통 트리아세틴(triacetin)과 같은 인공 가소제가 첨가된다.

그런데, 인공 가소제가 첨가된 셀룰로오스 아세테이트 필터(또는 토우)는 생분해가 잘 되지 않아 다양한 환경 문제를 유발할 수 있다. 일 예로, 하수구에 버려진 담배 꽁초는 배수를 막아 우기 시 홍수를 유발할 수 있다.

이러한 환경 문제를 예방하기 위해서는, 무엇보다 셀룰로오스 아세테이트 필터의 생분해성을 향상시키는 것이 중요한데, 이를 위해 트리아세틴과 같은 인공 가소제를 대체할 수 있는 천연 가소제에 대한 연구가 절실히 요구된다.

본 개시의 몇몇 실시예를 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는, 기존의 인공 가소제를 대체하여 필터의 생분해성을 향상시킬 수 있는 천연 가소제를 제공하는 것이다.

본 개시의 몇몇 실시예를 통해 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 천연 가소제를 통해 제조된 필터 및 이를 포함하는 흡연 물품을 제공하는 것이다.

본 개시의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시의 기술분야에서의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 개시의 몇몇 실시예에 따른 가소제는, 카리오필렌(Caryophyllene), 메틸-벤조산(Methyl-benzoate) 및 카리오필렌 옥시드(Caryophyllene oxide) 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 적어도 하나의 성분은 클로브(clove) 식물에서 추출된 것일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 가소제는 셀룰로오스 아세테이트 토우에 적용될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 가소제를 이용하여 셀룰로오스 아세테이트 필터가 제조될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 셀룰로오스 아세테이트 필터와, 흡연 물질부를 포함하는, 흡연 물품이 제공될 수 있다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 개시의 다른 몇몇 실시예에 따른 가소제는, 유게놀(Eugenol) 및 유게닐 아세테이트(Eugenyl acetate) 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 가소제를 이용하여 셀룰로오스 아세테이트 필터가 제조될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 셀룰로오스 아세테이트 필터와, 클로브 물질이 첨가된 흡연 물질부를 포함하는, 흡연 물품이 제공될 수 있다.

상술한 본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 클로브 식물에서 추출된 물질을 가소제로 이용하여 필터(e.g. 셀룰로오스 아세테이트 필터)가 제조될 수 있는데, 클로브 추출물은 천연/친환경 가소제에 해당하여 필터의 생분해성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 클로브향과 무관한 카리오필렌(Caryophyllene), 메틸-벤조산(Methyl-benzoate) 및 카리오필렌 옥시드(Caryophyllene oxide) 물질을 가소제로 이용함으로써, 일반적인 흡연 제품에 범용적으로 적용 가능한 필터(e.g. 셀룰로오스 아세테이트 필터)가 제공될 수 있다.

또한, 클로브향을 내는 유게놀(Eugenol) 및 유게닐 아세테이트(Eugenyl acetate) 물질을 가소제로 첨가함으로써, 흡연 시에 유게놀 이행량이 증진될 수 있다. 이에 따라, 흡연 제품(e.g. 크레텍 담배)의 클로브향과 풍미가 크게 향상될 수 있다.

본 개시의 기술적 사상에 따른 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1 및 도 2는 본 개시의 몇몇 실시예에 따른 가소제의 가소화 효과를 나타낸다.
도 3은 본 개시의 실험예1-1에 따른 클로브 추출물의 가소화 효과 실험에 대한 결과를 나타낸다.
도 4는 본 개시의 실험예1-2에 따른 클로브 추출물과 인공 가소제의 가소화 효과 비교 실험에 대한 결과를 나타낸다.
도 5 및 도 6은 본 개시의 실험예2에 따른 클로브 추출물의 성분 별 가소화 효과 시험에 대한 결과를 나타낸다.
도 7은 본 개시의 몇몇 실시예에 따른 흡연 물품을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 이하의 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시의 기술적 사상은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 개시를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 개시에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

먼저, 본 명세서에서 사용되는 몇몇 용어들에 대하여 명확하게 하기로 한다.

본 명세서에서, "흡연 물품"(smoking article)이란, 담배, 담배 파생물, 팽화처리 담배(expanded tobacco), 재생 담배(reconstituted tobacco) 또는 담배 대용물에 기반하느냐에 상관 없이 흡연 가능한 임의의 제품 또는 흡연 체험을 제공할 수 있는 임의의 제품을 의미할 수 있다. 예를 들어, 흡연 물품은 궐련, 엽궐련(cigar) 및 작은 엽궐련(cigarillo) 등 같은 흡연 가능 제품을 포함할 수 있다.

본 명세서에서, "흡연 물질"(smoking material)이란, 흡연 물품에 사용될 수 있는 모든 종류의 물질을 의미할 수 있다.

본 명세서에서, "상류"(upstream) 또는 "상류 방향"은 흡연자의 구부로부터 멀어지는 방향을 의미하고, "하류"(downstream) 또는 "하류 방향"은 흡연자의 구부로부터 가까워지는 방향을 의미할 수 있다.

본 명세서에서, "길이 방향"(longitudinal direction)은 흡연 물품의 길이 방향 축에 상응하는 방향을 의미할 수 있다.

이하에서는, 본 개시의 다양한 실시예들에 대하여 상세하게 설명한다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 흡연 물품용 필터 제조에 적합한 천연/친환경 가소제가 제공될 수 있다. 또한, 천연 가소제를 이용하여 제조된 필터와 이를 포함하는 흡연 물품이 제공될 수 있다. 상기 흡연 물품용 필터는 예를 들어 셀룰로오스 아세테이트 토우로 제조되는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 그러나, 본 개시의 기술적 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 이하에서는, 이해의 편의를 제공하기 위해, 다른 언급이 없는 한 상기 흡연 물품용 필터가 셀룰로오스 아세테이트 필터인 것을 가정하여 설명을 이어가도록 한다.

천연 가소제

셀룰로오스 아세테이트 필터는 흡연 물품에 주로 이용되는 필터로써, 셀룰로오스 아세테이트 토우에 기반하여 제조되며, 필터 제조 공정 중에 가소제가 토우에 첨가된다. 셀룰로오스 아세테이트 토우에 첨가되는 가소제는 트리아세틴(이하, "TA"), 트라이에틸 시트레이트(triethyl citrate; 이하, "TEC")과 같은 인공 가소제이다.

그런데, 이와 같은 가소제로 제조된 셀룰로오스 아세테이트 필터는 생분해가 잘 되지 않아 환경 문제를 야기한다는 우려가 늘 있어왔다. 따라서, 본 개시의 발명자들은 TA 또는 TEC와 같은 인공 가소제의 대체제이자 셀룰로오스 아세테이트 필터의 생분해성을 향상시킬 수 있는 새로운 가소제 개발을 위해 지속적으로 연구를 수행하였다.

연구 결과, 놀랍게도, 본 발명자들은 클로브 식물에서 추출된 물질이 셀룰로오스 아세테이트 토우를 녹이는(가소화하는) 특성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

도 1 및 도 2는 클로브 추출물이 첨가된 셀룰로오스 아세테이트 토우(1)의 일부분을 확대하여 도시한 것이다. 구체적으로, 도 1은 셀룰로오스 아세테이트 토우(1)의 일부분을 약 50배 확대하여 도시한 것이고, 도 2는 셀룰로오스 아세테이트 토우(1)에서 가소화가 나타난 부분(2)을 약 200배 확대하여 도시한 것이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 클로브 추출물이 셀룰로오스 아세테이트 토우에 첨가되면, 토우를 구성하는 섬유에 녹는 현상(가소화 현상)이 나타나는 것을 확인할 수 있다.

이하에서는, 다양한 실험예를 통해 클로브 추출물의 가소화 효과와 성능을 보다 명확하게 하도록 한다.

실험예1: 가소화 효과 비교 실험

실험예1은 셀룰로오스 아세테이트 토우의 가소화 현상이 클로브 추출물로부터 기인한 것이라는 점을 명확하게 하기 위해 수행되었다. 본 실험예에서는, 아래와 같이 2가지 실험이 수행되었는데, 첫번째 실험("실험예1-1")은 물과 일반 향액을 비교 대상으로 하여 수행되고, 두번째 실험("실험예1-2")은 기존 가소제인 TA와 TEC를 비교 대상으로 하여 수행되었다.

실험예1-1: 물, 일반 향액과 비교 실험

실험예1-1에서는, 셀룰로오스 아세테이트 토우를 물, 일반 향액 및 클로브 추출물 용액과 각각 혼합한 후, 셀룰로오스 아세테이트 토우의 가소화 상태가 비교되었다. 상기 일반 향액은 흡연 물품에 사용될 수 있는 일반적인 향액으로, 본 실험예에서는 과일향이 발현되는 조합 향료가 이용되었으나, 다른 향액이 이용되더라도 무방할 것이다. 본 실험예에 따른 결과는 도 3에 도시되어 있다.

도 3에서 좌측의 비이커(11)는 물과 셀룰로오스 아세테이트 토우의 혼합 상태를 나타내고, 중간의 비이커(12)는 클로브 추출물과 셀룰로오스 아세테이트 토우의 혼합 상태를 나타내며, 우측의 비이커(13)는 일반 향액과 셀룰로오스 아세테이트 토우의 혼합 상태를 나타내고 있다.

도 3을 참조하면, 물과 일반 향액 내에서는 셀룰로오스 아세테이트 토우가 형태를 유지하는 반면(11, 13 참조), 클로브 추출물 용액 내에서는 가소화되는 것(12 참조)을 확인할 수 있다. 따라서, 이로부터 클로브 추출물이 셀룰로오스 아세테이트 토우에 가소성을 부여하는 특성을 지니는 것을 확인할 수 있다.

실험예1-2: TA 및 TEC와 비교 시험

실험예1-2는 두가지 목적으로 수행되었는데, 첫번째 목적은 클로브 추출물이 인공 가소제인 TA와 TEC를 대체할 수 있는지를 확인하는 것이고, 두번째 목적은 클로브 추출물의 가소제 성능이 농도에 따라 조절될 수 있는지를 확인하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 실험예에서는, 셀룰로오스 아세테이트 토우를 농축된 클로브 추출물 용액, 희석된 클로브 추출물 용액, TA 및 TEC 각각과 혼합한 다음 셀룰로오스 아세테이트 토우의 가소화 상태를 비교하는 실험이 수행되었다. 본 실험예에서, 농축된 클로브 추출물 용액으로 약 50% 농도의 용액이 이용되었고, 희석된 클로브 추출물 용액으로는 약 25% 농도의 용액이 이용되었다. 이에 대한 실험 결과는 도 4에 도시되어 있다.

도 4에서 좌측 첫번째 비이커(21)는 TA와 셀룰로오스 아세테이트 토우의 혼합 상태를 나타내고, 두번째 비이커(22)는 TEC와 셀룰로오스 아세테이트 토우의 혼합 상태를 나타내며, 세번째 비이커(23)는 농축된 클로브 추출물 용액과 셀룰로오스 아세테이트 토우의 혼합 상태를 나타낸다. 또한, 마지막 비이커(24)는 희석된 클로브 추출물 용액과 셀룰로오스 아세테이트 토우의 혼합 상태를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 농축된 클로브 추출물은 TEC와 유사한 수준으로 셀룰로오스 아세테이트 토우를 가소화하는 것을 확인할 수 있고(22, 23 참조), 희석된 클로브 추출물은 TA와 유사한 수준으로 셀룰로오스 아세테이트 토우를 가소화하는 것을 확인할 수 있다(21, 24 참조). 따라서, 이로부터 클로브 추출물의 가소화 성능이 인공 가소제를 대체할 수 있을 정도로 충분히 우수하다는 것을 확인할 수 있다.

또한, 희석된 클로브 추출물보다 농축된 클로브 추출물 내에서 셀룰로오스 아세테이트 토우가 더욱 가소화되는 것을 확인할 수 있는데, 이로부터 인공 가소제를 대체하기 위한 클로브 추출물의 적정 농도가 확인될 수 있고, 농도 제어를 통해 클로브 추출물의 가소화 성능이 조절될 수 있음이 확인될 수 있다.

실험예2: 성분 별 비교 실험

실험예2는 클로브 추출물의 어떤 성분이 셀룰로오스 아세테이트 토우의 가소화 현상을 유발하는지를 특정하기 위해 또는 클로브 추출물의 어떤 성분이 가소화 현상과 더 밀접하게 연관되었는지를 확인하기 위해 수행되었다. 클로브 추출물은 복수의 성분을 포함하는 혼합물이기 때문에, 성분 별로 토우의 가소화에 미치는 영향이 달라질 수 있기 때문이다. 클로브 추출물의 주요 성분에 대해서는 하기의 표 1을 참조하도록 한다.

No.	성분
1	베타-카리오필렌(beta-caryophyllene)
2	메틸-벤조산(methyl-benzoate)
3	카리오필렌 옥시드(caryophyllene oxide)
4	유게놀(eugenol)
5	유게닐 아세테이트(eugenyl acetate)
6	알파-후물렌(alpha-humulene)
7	후물렌 옥시드(humulene oxide)
8	1-알파-카디놀(1-alpha-cadinol)
...	...

본 실험예에서는, 상기 표 1의 각 성분들이 셀룰로오스 아세테이트 토우에 미치는 영향이 실험되었다. 실험 결과, 베타-카리오필렌, 메틸-벤조산, 카리오필렌 옥시드, 유게놀 및 유게닐 아세테이트 성분이 다른 성분들에 비해 셀룰로오스 아세테이트 토우의 가소화에 더 영향을 미치는 점이 확인되었다.또한, 베타-카리오필렌, 메틸-벤조산, 카리오필렌 옥시드, 유게놀 및 유게닐 아세테이트 성분의 가소화 성능을 상호 비교하기 위해 추가 실험이 수행되었는데, 이에 대한 실험 결과는 도 5에 도시되어 있다.

도 5는 상기 5가지 성분의 용액들 각각을 셀룰로오스 아세테이트 토우와 혼합한 상태를 보여주고 있는데, 비커(31 내지 35)의 태그에 기재된 약어 "B-CP", "E", "MB", "CO", "EA"는 각각 베타-카리오필렌, 유게놀, 메틸-벤조산, 카리오필렌 옥시드 및 유게닐 아세테이트 성분을 가리킨다.

도 5를 참조하면, 셀룰로오스 아세테이트 토우의 가소화 정도가 카리오필렌 옥시드, 메틸-벤조산, 베타-카리오필렌, 유게놀, 유게닐 아세테이트 순서로 나타내는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 카리오필렌 옥시드와 메틸-벤조산 성분을 가소제의 주요 성분으로 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 다만, 셀룰로오스 아세테이트 필터에 클로브향을 첨가하여 흡연 물품의 클로브향을 증진시키고자 하는 경우라면, 유게놀 또는 유게닐 아세테이트를 가소제의 주요 성분으로 이용하는 것이 바람직할 수 있다.

도 6은 도 5에 도시된 가소화된 셀룰로오스 아세테이트 토우의 경화 정도를 나타내고 있다.

도 6을 참조하면, 베타-카리오필렌, 유게놀, 메틸-벤조산, 카리오필렌 옥시드 및 유게닐 아세테이트 성분이 첨가된 셀룰로오스 아세테이트 토우(41 내지 45) 모두에 경화 현상이 나타나는 것을 확인할 수 있다.

하기의 표 2는 도 6에 도시된 셀룰로오스 아세테이트 토우(41 내지 45)의 경화 정도를 성분 별로 측정한 것이다. 하기의 표 2의 경화 정도는 토우의 변경 저항을 백분율(%)로 표현한 것으로, 하기의 수학식 1에 의해 산출될 수 있다. 하기의 수학식 1에서, W는 하중(F)이 인가되기 전 토우(즉, 눌리지 않은 상태의 토우)의 두께(e.g. 직경)를 의미하고, W_F는 하중이 인가된 후 토우(즉, 눌린 상태의 토우)의 두께를 의미한다. 하기 수학식 1에 따르면, 토우가 단단할수록(즉, 눌림 정도가 작을수록) 경화 정도는 100%에 더 가까워질 수 있다.

하기의 표 2의 경화 정도는 약 20 초의 시간 동안, 약 2 kg의 전체 하중을 받게 하여, 셀룰로오스 아세테이트 토우의 압축 전후의 두께를 측정함으로써 산출된 것이다. 이 같은 측정을 위해 공지된 덴시미터 디바이스가 사용될 수 있으나, 경화 정도 측정 방법은 다른 방식으로 측정되더라도 무방하다.

또한, 하기의 표 2를 참조하면, 셀룰로오스 아세테이트 토우(41 내지 45)의 경화 정도는 서로 유사하다는 것을 확인할 수 있다. 다만, 카리오필렌 옥시드와 메틸 벤조산 성분이 첨가된 셀룰로오스 아세테이트 토우(44, 43)가 상대적으로 더 경화되므로, 셀룰로오스 아세테이트 필터 제작 시 카리오필렌 옥시드와 메틸 벤조산 성분을 가소제의 주요 성분으로 이용하는 것이 더 바람직할 수 있다.

또한, 셀룰로오스 아세테이트 토우(41 내지 45)의 경화 정도는 모두 80% 이상인데, 이는 TA 또는 TEC가 첨가된 경우와 유사한 정도에 해당한다. 따라서, 이로부터 하기 표 2의 각 성분들이 TA 또는 TEC 등의 인공 가소제와 함께 상업적인 용도로 이용될 수 있음을 알 수 있다.

성분	경화 정도(%)
베타-카리오필렌	84
유게놀	83
메틸 벤조산	86
카리오필렌 옥시드	87
유게닐 아세테이트	81

하기의 표 3은 베타-카리오필렌, 유게놀, 메틸-벤조산, 카리오필렌 옥시드 및 유게닐 아세테이트 성분을 TA와 함께 첨가하였을 때, 셀룰로오스 아세테이트 토우가 경화되는 정도를 성분 별로 측정한 것이다. 구체적으로, TA(100%)를 단독으로 첨가한 경우와 TA(50%)와 위 성분들(50%)을 함께 첨가한 경우(첨가량은 동일)에 토우가 경화되는 정도를 측정하였다. 경화 정도는 표 2와 동일한 방식으로 측정되었다.하기의 표 3에 나타난 바와 같이, TA와 베타-카리오필렌 등의 성분을 함께 첨가한 경우에도(즉, TA 첨가량 중 일부를 클로브 추출물의 성분으로 대체하더라도) TA와 거의 동일한 가소화 성능이 나타나는 것을 확인할 수 있다.

성분	경화 정도(%)
TA	95
베타-카리오필렌+TA	93
유게놀+TA	92
메틸 벤조산+TA	94
카리오필렌 옥시드+TA	94
유게닐 아세테이트+TA	93

지금까지 클로브 추출물에 관한 다양한 실험예들을 설명하였다. 상술한 바에 따르면, 클로브 식물에서 추출된 천연 물질인 클로브 추출물이 셀룰로오스 아세테이트 토우의 가소제로 이용될 수 있음이 명확하게 확인되었다. 또한, 클로브 추출물의 가소화 성능이 TA 및 TEC와 같은 기존의 인공 가소제를 대체할 만큼 우수하다는 점이 명확하게 확인되었다. 아울러, 클로브 추출물에 포함된 다양한 성분 중에 베타-카리오필렌, 메틸-벤조산, 카리오필렌 옥시드, 유게놀 및 유게닐 아세테이트 성분이 셀룰로오스 아세테이트 토우의 가소제 현상과 밀접한 관계가 있음이 확인되었다.이하에서는, 이상의 내용을 바탕으로 천연 가소제의 몇가지 예에 대하여 설명하도록 한다.

천연 가소제(a)

천연 가소제(a)는 클로브 추출물에 포함된 복수의 성분 중 적어도 일부의 성분으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 천연 가소제(a)는 베타-카리오필렌, 메틸-벤조산, 카리오필렌 옥시드, 유게놀 및 유게닐 아세테이트 성분 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

천연 가소제(a)는 셀룰로오스 아세테이트 토우에 적용될 수 있을 것이나, 적용 대상이 이에 한정되는 것은 아니다. 천연 가소제(a)는 셀룰로오스 아세테이트 필터를 제조하기 위해, 필터 제조 공정 중에 셀룰로오스 아세테이트 토우에 첨가될 수 있다.

천연 가소제(b)

천연 가소제(b)는 클로브 추출물에 포함된 복수의 성분 중 클로브향과 연관되지 않은 성분들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 천연 가소제(b)는 베타-카리오필렌, 메틸-벤조산 및 카리오필렌 옥시드 중 적어도 일부의 성분을 포함할 수 있다.

천연 가소제(b)는 셀룰로오스 아세테이트 토우에 적용될 수 있을 것이나, 적용 대상이 이에 한정되는 것은 아니다. 천연 가소제(b)는 셀룰로오스 아세테이트 필터를 제조하기 위해, 필터 제조 공정 중에 셀룰로오스 아세테이트 토우에 첨가될 수 있다.

천연 가소제(b)를 통해 제조된 셀룰로오스 아세테이트 필터는 다양한 흡연 물품에 범용적으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 셀룰로오스 아세테이트 필터는 클로브향이 나는 흡연 물품에 적용될 수 있고, 클로브향이 나지 않는 흡연 물품에도 적용될 수 있다.

천연 가소제(c)

천연 가소제(c)는 클로브 추출물에 포함된 복수의 성분 중 클로브향과 연관된 성분으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 천연 가소제(c)는 유게놀 및 유게닐 아세테이트 중 적어도 일부의 성분을 포함할 수 있다.

천연 가소제(c)는 셀룰로오스 아세테이트 토우에 적용될 수 있을 것이나, 적용 대상이 이에 한정되는 것은 아니다. 천연 가소제(c)는 셀룰로오스 아세테이트 필터를 제조하기 위해, 필터 제조 공정 중에 셀룰로오스 아세테이트 토우에 첨가될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 천연 가소제(c)를 통해 제조된 셀룰로오스 아세테이트 필터는 클로브향이 나는 흡연 물품(e.g. 크레텍 담배)에 적용될 수 있다. 이와 같은 경우, 흡연 시 유게놀 이행량이 더욱 증대되어 흡연 물품의 클로브향과 풍미가 증진될 수 있다.

다른 몇몇 실시예에서, 상기 셀룰로오스 아세테이트 필터는 클로브향이 나지 않는 흡연 물품에 적용될 수도 있다. 클로브 물질이 향미제의 형태로 흡연 물품에 첨가되면, 클로브향이 강하게 전달되어 클로브향에 익숙하지 않은 흡연자에게 부정적인 영향을 미칠 수도 있다. 이와 같은 경우, 향미 과립 대신 클로브 추출물이 첨가된 셀룰로오스 아세테이트 필터를 통해 클로브향이 은은하게 전달될 수 있도록 본 실시예가 고려될 수 있다.

셀룰로오스 아세테이트 필터

앞서 언급한 천연 가소제들을 이용하여 셀룰로오스 아세테이트 필터가 제조될 수 있다. 셀룰로오스 아세테이트 필터는 흡연 물품의 필터로 이용될 수 있을 것이나, 적용 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 셀룰로오스 아세테이트 필터는 당해 기술 분야에서 널리 알려진 필터 제조 공정을 통해 제조될 수 있다. 당해 기술 분야의 종사자라면 필터 제조 공정에 대하여 자명하게 이해할 수 있을 것인 바, 필터 제조 공정 자체에 대한 설명은 생략하도록 한다.

몇몇 실시예에서는, 셀룰로오스 아세테이트 필터에 클로브 추출물이 함유된 다공성 구조의 향미 과립이 첨가될 수 있다. 클로브 추출물을 다공성 과립의 형태로 첨가하는 이유는 다공성 구조의 고형화된 과립이 클로브 추출물의 휘발성을 억제하는데 매우 효과적이기 때문이다. 향미 과립의 직경은 약 0.4mm 이상인 것이 바람직할 수 있는데, 이는 매우 미세한 크기의 향미 과립이 필터 물질에 첨가되면, 필터 내에 분진이 발생하거나 향미 과립이 필터에 흡착되어 필터의 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 또한, 향미 과립(23)의 직경은 약 1.4mm 미만인 것이 바람직할 수 있는데, 이는 향미 과립(23)의 직경이 커질수록 흡인 저항이 증가하여 흡연자의 편안한 흡연 경험에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 본 실시예에 따르면, 향미 과립을 통해 유게놀 이행량이 극대화되기 때문에, 흡연 물품의 클로브향과 풍미가 크게 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 다공성의 향미 과립이 클로브 추출물의 휘발성을 억제하기 때문에, 시간이 경과하더라도 흡연 물품의 클로브향과 풍미가 유지될 수 있다.

상기 셀룰로오스 아세테이트 필터는 단일 필터 또는 다중 필터로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 셀룰로오스 아세테이트 필터의 세부 구조는 실시예에 따라 다양하게 변형되거나 설계될 수 있어서, 본 개시의 기술적 범위는 특정한 필터 구조에 의해 한정되는 것은 아니다.

한편, 본 개시의 다른 몇몇 실시예에서는, 인공 가소제(e.g. TA, TEC)와 앞서 언급한 천연 가소제와 적절하게 배합된 물질을 적절하게 배합하여 셀룰로오스 아세테이트 필터가 제조될 수도 있다. 인공 가소제는 아무래도 전반적인 가소화 성능이 천연 가소제보다 우수할 수 있을 것이나, 제조된 필터의 생분해성은 천연 가소제보다 현저하게 떨어질 수 있다. 따라서, 가소화 성능과 필터의 생분해성을 고려하여 두 가소제의 배합 비율이 적절하게 결정될 수 있는데, 바람직하게는 천연 가소제의 함량이 10% 내지 70% 또는 15% 내지 65%일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 천연 가소제의 함량이 20% 내지 60%, 20% 내지 50%, 30% 내지 50%, 35% 내지 50% 또는 45% 내지 50%일 수 있다.

실험예3: 셀룰로오스 아세테이트 토우(필터)의 생분해성 비교 실험

실험예3은 클로브 추출물이 필터의 생분해성에 미치는 영향을 판단하기 위해 수행되었다. 구체적으로, 클로브 추출물 성분(베타-카리오필렌, 유게놀, 메틸-벤조산, 카리오필렌 옥시드 및 유게닐 아세테이트)과 TA를 가소제로 첨가하여 셀룰로오스 아세테이트 필터를 제작한 다음, 제작된 필터를 22℃ 상대습도 60% 조건에서 용매(물)에 7일 동안 보관하고, 보관 전후의 무게를 측정하였다. 측정 결과는 하기의 표 4에 기재되어 있다.

참고로, 셀룰로오스 아세테이트 필터를 제작할 때, TA(50%)와 클로브 추출물 성분(50%)을 혼합하여 첨가하였는데(표 4 참조), 이는 공정상의 이유 때문이다.

성분	무게(mg)		무게 차이
	생분해 전	생분해 후	차이(mg)	차이(%)
TA	941	905	36	3.8
베타-카리오필렌+TA	1,327	1,235	92	6.9
유게놀+TA	1,607	1,434	173	10.8
메틸 벤조산+TA	1,435	1,342	93	6.5
카리오필렌 옥시드+TA	1,521	1,435	86	5.7
유게닐 아세테이트+TA	1,637	1,458	179	10.9

상기의 표 4를 참조하면, 클로브 추출물과 TA가 함께 첨가된 필터가 TA가 단독으로 첨가된 필터에 비해 대략 2배 이상 생분해가 잘 되는 것을 확인할 수 있다. 이는 클로브 추출물이 필터의 생분해성을 크게 증진시킬 수 있다는 것을 의미한다.특히, TA와 유게놀 또는 유게닐 아세테이트가 첨가된 필터는 대략 3배 정도 생분해가 잘 되는 것을 확인할 수 있는데, 이는 다른 성분에 비해 유게놀과 유게놀 아세테이트가 필터의 생분해성 증진에 더 효과적이라는 것을 의미한다.

또한, 상기 표 4의 실험 결과는 클로브 추출물이 TA와 함께 가소제로 첨가되더라도 생분해성 증진 효과가 있다는 것을 나타내며, 클로브 추출물이 단독으로 첨가된다면 필터의 생분해성은 더욱 크게 향상될 것으로 판단된다.

흡연 물품

앞서 언급한 셀룰로오스 아세테이트 필터를 이용하여 흡연 물품이 제조될 수 있다. 상기 흡연 물품은 클로브향이 나는 흡연 물품(A)와 클로브향이 나지 않는 흡연 물품(B)를 포함할 수 있다.

흡연 물품(A)

흡연 물품(A)는 클로브향이 나는 흡연 물품(e.g. 크레텍 담배)으로, 이에 대한 예시적인 구조는 도 7에 도시되어 있다. 다만, 도 7에 도시된 구조는 이해의 편의를 제공하기 위한 일 예시에 불과할 뿐이므로, 본 개시의 기술적 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

도 7에 도시된 바와 같이, 흡연 물품(50)은 필터부(51)와 흡연 물질부(52)를 포함할 수 있다. 다만, 도 7에는 본 개시의 실시예와 관련 있는 구성 요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 개시가 속한 기술분야의 통상의 기술자라면 도 7에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 더 포함될 수 있음을 알 수 있다.

필터부(51)는 셀룰로오스 아세테이트 필터와 이를 래핑하는 필터 래퍼(filter wrapper)를 포함할 수 있고, 흡연 물질부(52)의 양단부 중 적어도 하나의 단부와 연결될 수 있다. 예를 들어, 필터부(51)와 흡연 물질부(52)는 원기둥의 형상을 갖고 길이 축 방향으로 정렬되며, 필터부(51)는 흡연 물질부(52)보다 하류 측에 위치할 수 있다. 또한, 필터부(51)와 흡연 물질부(52)는 티핑 래퍼(tipping wrapper)에 의해 연결될 수 있다. 티핑 래퍼는 필터부(51)의 적어도 일부와 흡연 물질부(52)의 적어도 일부를 함께 래핑하여 필터부(51)와 흡연 물질부(52)를 연결할 수 있다. 필터부(51)가 흡연 물품(50)의 하류 단부에 위치한 경우, 필터부(51)는 마우스피스의 역할을 겸할 수 있다.

필터부(51)는 단일 필터 또는 다중 필터로 이루어질 수 있다. 또한, 필터부(51)는 다중 필터에 의해 형성되는 캐비티(cavity)를 포함할 수 있고, 필터부(51)의 내부(e.g. 캐비티)에는 향미 물질이 함유된 캡슐이 위치할 수도 있다. 이와 같이, 필터부(51)의 세부 구성 또는 구현 형태는 실시예에 따라 변형될 수 있어서, 본 개시의 기술적 범위는 필터부(51)의 세부 구성 또는 구현 형태에 의해 한정되지 않는다.

몇몇 실시예에서, 필터부(51)는 천연 가소제(c)(e.g. 유게놀, 유게닐 아세테이트)를 통해 제조된 셀룰로오스 아세테이트 필터를 포함할 수 있다. 이와 같은 경우, 흡연 시 유게놀 이행량이 증대되어 흡연 물품(50)의 클로브향과 풍미가 더욱 증진될 수 있다.

다음으로, 흡연 물질부(52)는 흡연 물질과 이를 래핑하는 래퍼를 포함할 수 있다. 흡연 물질부(52)는 원기둥 형상을 가질 수 있을 것이나, 본 개시의 기술적 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 흡연 물질은 연기 및/또는 에어로졸(aerosol)을 발생시키거나 흡연에 이용되는 다양한 종류의 물질을 포함할 수 있다. 흡연자는 흡연 물품(50)을 통해 연기 및/또는 에어로졸을 발생시키고, 발생된 연기 및/또는 에어로졸은 필터부(51)를 통해 흡연자에게 흡입될 수 있다.

상기 흡연 물질은 예를 들어 담배 물질을 포함할 수 있다. 담배 물질은 예를 들어 담배 잎 조각, 담배 줄기 또는 이들로부터 가공된 물질 등을 포함할 수 있다. 보다 구체적인 예로써, 담배 물질은 분쇄된 담배의 잎, 분쇄된 재구성 담배, 팽화각초, 팽화주맥 및 판상엽 등을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 흡연 물질은 습윤제, 향미제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 첨가 물질을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 습윤제는 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 습윤제는 담배 물질 내의 수분을 적정 수준으로 유지하여 고유의 맛을 부드럽게 하고, 무화량을 풍부하게 할 수 있다. 또한, 향미제는 예를 들어 감초, 자당, 과당 시럽, 이소감미제(isosweet), 코코아, 라벤더, 시나몬, 카르다몸, 셀러리, 호로파, 카스카릴라, 백단, 베르가못, 제라늄, 벌꿀 에센스, 장미 오일, 바닐라, 레몬 오일, 오렌지 오일, 민트 오일, 계피, 케러웨이, 코냑, 자스민, 카모마일, 멘톨, 계피, 일랑일랑, 샐비어, 스피어민트, 생강, 고수, 클로브 추출물(또는 클로브 물질) 또는 커피 등을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 흡연 물질은 클로브 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 클로브 물질은 클로브 식물(e.g. 클로브 잎)을 분쇄 또는 가공하여 생성된 클로브 분말, 클로브 식물 절편 등을 포함할 수 있다. 이와 같은 경우, 흡연 중에 타닥타닥(또는 크리텍-크리텍)하는 크래클링 사운드(crackling sound)가 발생하기 때문에, 클로브 맛과 풍미에 청각적인 효과가 더해져 흡연자에게 보다 향상된 흡연 체험이 제공될 수 있다.

또한, 몇몇 실시예에서는, 흡연 물품(50)의 소리 발생 효과를 증대시키기 위해 흡연 물질부(52)에 다당류 물질(e.g. 셀룰로오스, 스타치, 글리코겐 등)이 첨가될 수 있다. 다당류 물질이 연소 시 소리가 발생된다는 놀라운 사실은 지속적인 연구 과정 중에 밝혀진 것인데, 본 발명자들은 실험을 통해 다당류 물질이 연소될 때 결정 구조가 깨지면서 일정한 소리가 발생하는 것을 확인하였다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 흡연 물질부(52)에 첨가된 다당류 물질이 흡연 시 소리 발생 인자의 작용하여, 흡연 물품(50)의 소리 발생 효과가 증대될 수 있다.

상술한 실시예에서, 다당류 물질은 클로브 물질을 대신하여 첨가될 수 있고, 클로브 물질과 함께 첨가될 수도 있다. 다당류 물질은 예를 들어 입자(particle), 시트(sheet) 및 세장형 물체(e.g. 이쑤시개 형상)로 가공되어 흡연 물질부(52)에 첨가될 수 있으나, 본 개시의 기술적 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 보다 구체적인 예를 들어, 입자 형태의 다당류 물질은 흡연 물질부(52) 또는 흡연 물질을 래핑하는 래퍼에 첨가될 수 있다. 다른 예로써, 시트 형태의 다당류 물질은 담배 시트와 함께 흡연 물질부(52)에 첨가되거나, 상기 래퍼에 배치될 수 있다. 또 다른 예로써, 세장형 물체 형태의 다당류 물질은 흡연 물질부(52)에 절각된 상태 또는 절각되지 않은 상태로 흡연 물질부(52)에 첨가될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 흡연 물품(50)의 소리 발생 효과 증대되어, 흡연자에 보다 향상된 흡연 체험이 제공될 수 있다. 뿐만 아니라, 다당류 물질(e.g. 스타치)은 일반적으로 매우 저렴하기 때문에, 흡연 물품(50)의 재료비가 감소될 수 있다. 나아가, 다당류 물질(e.g. 스타치)은 사람이 음식으로 섭취하는 안전한 물질이기 때문에, 흡연 물품(50)의 안전성이 담보되어 안전성 시험에 소요되는 비용이 절감될 수 있다.

또한, 본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 클로브향과 풍미를 더하기 위해 유게놀 성분을 포함하는 클로브 추출물(e.g. 클로브 오일)이 향미제로써 흡연 물품(50)에 첨가될 수 있다. 이때, 클로브 추출물의 향 보존성을 향상시키기 위해 향미제가 고형화된 다공성 과립의 형태로 흡연 물품(50)에 첨가될 수 있고, 향미 과립을 첨가하는 위치는 향미 과립의 직경, 흡연 물품의 세부 구조 등의 요인에 기초하여 달라질 수 있다.

일 예로, 전술한 바와 같이, 상기 향미 과립이 필터부(51)를 구성하는 셀룰로오스 아세테이트 필터에 첨가될 수 있다.

다른 예로, 필터부(51)는 다중 필터 사이에 형성되는 캐비티(미도시)를 포함하고, 상기 향미 과립이 캐비티 내부에 첨가될 수 있다. 그렇게 함으로써, 향미 과립의 첨가가 필터 성능에 영향을 미치는 것이 미연에 방지될 수 있다. 또한, 향미 과립이 캐비티 내부에 밀집되도록 첨가됨으로써, 향미 과립의 발향 효과가 증진될 수 있다.

또 다른 예로, 상기 향미 과립이 필터부(51)가 아니라 흡연 물질부(52)에 첨가될 수 있다. 그렇게 함으로써, 향미 과립이 필터 성능에 영향을 미치는 점이 미연에 방지될 수 있고, 유게놀 이행량은 크게 증대될 수 있다. 흡연 물질부(52)에 첨가되는 향미 과립의 직경은 예를 들어 약 0.8mm 이하일 수 있고, 바람직하게는 약 0.6mm 또는 약 0.5mm 이하일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 향미 과립의 직경이 약 0.4mm 또는 약 0.3mm 이하일 수 있는데, 이는 향미 과립의 크기가 커지는 경우 흡인 저항이 증가하거나 흡연 물질의 연소 속도에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문이다.

또 다른 예로, 상기 향미 과립이 흡연 물품(50)에 포함된 적어도 하나의 래퍼에 첨가될 수 있다. 래퍼는 예를 들어 티핑 래퍼, 필터 래퍼, 흡연 물질부(52)의 래퍼 등을 포함할 수 있을 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같은 경우, 흡연 물품(50)의 흡인 저항이나 필터 성능에 영향을 미치지 않고 흡연 물품(50)의 클로브향과 풍미가 증진될 수 있다.

흡연 물품(B)

흡연 물품(B)(미도시)는 클로브향이 나지 않는 흡연 물품으로, 도 7에 도시된 흡연 물품(50)과 유사한 구조를 가질 수 있다. 다만, 클로브향이 나지 않으므로, 흡연 물품(B)는 클로브 물질을 포함하지 않는다.

흡연 물품(B)의 필터부는 천연 가소제(b)를 통해 제조된 셀룰로오스 아세테이트 필터를 포함할 수 있다. 이와 같은 경우, 필터의 생분해성이 향상되어, 인공 가소제로 인해 야기되는 환경 문제가 미연에 방지될 수 있다.

다른 몇몇 실시예에서, 흡연 물품(B)의 필터부는 천연 가소제(c)를 통해 제조된 셀룰로오스 아세테이트 필터를 포함할 수도 있다. 이와 같은 경우, 흡연 시에 은은하게 클로브향이 발현될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시예들을 설명하였지만, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 개시가 다른 구체적인 형태로도 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시에 의해 정의되는 기술적 사상의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

1. 카리오필렌(Caryophyllene), 메틸-벤조산(Methyl-benzoate) 및 카리오필렌 옥시드(Caryophyllene oxide) 중 적어도 하나의 성분을 포함하는,
   가소제.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 성분은 클로브(clove) 식물에서 추출된 것인,
   가소제.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 가소제는 셀룰로오스 아세테이트 토우에 적용되는 것인,
   가소제.
4. 제1 항의 가소제를 이용하여 제조된,
   셀룰로오스 아세테이트 필터.
5. 제4 항의 셀룰로오스 아세테이트 필터와,
   흡연 물질부를 포함하는,
   흡연 물품.
6. 유게놀(Eugenol) 및 유게닐 아세테이트(Eugenyl acetate) 중 적어도 하나의 성분을 포함하는,
   가소제.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 성분은 클로브(clove) 식물에서 추출된 것인,
   가소제.
8. 제6 항에 있어서,
   상기 가소제는 셀룰로오스 아세테이트 토우에 적용되는 것인,
   가소제.
9. 제6 항의 가소제를 이용하여 제조된,
   셀룰로오스 아세테이트 필터.
10. 제9 항의 셀룰로오스 아세테이트 필터와,
    클로브 물질이 첨가된 흡연 물질부를 포함하는,
    흡연 물품.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 셀룰로오스 아세테이트 필터 또는 상기 흡연 물질부에 클로브 추출물을 포함하는 다공성 구조의 향미 과립이 첨가되는,
    흡연 물품.

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