KR20230085386A - 라이오셀 토우를 포함하는 담배 필터 및 이의 제조방법 - Google Patents

라이오셀 토우를 포함하는 담배 필터 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

복수개의 라이오셀 섬유로 이루어진 라이오셀 토우, 상기 라이오셀 섬유를 서로 결합하는 바인더, 및 상기 라이오셀 토우를 포함하는 담배 필터 내부 공간에 분산된 용매를 포함하고, 상기 용매는 다가 알코올을 포함하는 담배 필터를 제공한다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 다가 알코올은 C1 내지 C4의 알킬렌기를 가지는 디올이다. 본 발명의 일 구체예에 따른 담배 필터는 기존에 라이오셀 토우가 가지고 있던 소재적 문제점을 극복하고, 우수한 경도를 가진다.

Description

라이오셀 토우를 포함하는 담배 필터 및 이의 제조방법{CIGARETTE FILTER HAVING LYOCELL TOW AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 라이오셀 토우를 포함하는 담배 필터에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 복수개의 라이오셀 섬유로 이루어진 라이오셀 토우, 상기 라이오셀 섬유를 서로 결합하는 바인더, 상기 라이오셀 토우를 포함하는 담배 필터 내부 공간에 분산된 용매를 포함하고, 상기 용매가 다가 알코올을 포함하는 담배 필터에 관한 것이다.
일반적으로 담배를 제조하기 위해서, 먼저 다양한 종류의 잎담배(leaf tobacco)를 원하는 향과 맛이 나도록 배합하여 가공한다. 다음, 가공된 잎담배를 절각하여 담배 각초(cut tobacco leaf)를 제조하고, 궐련지(cigarette paper)로 담배 각초를 말아, 필터 없는 궐련을 제조한다. 다음으로, 필요에 따라 필터 없는 궐련에 필터를 부착한다.
궐련지는 마(flax), 목재펄프 등으로 제조될 수 있으며, 연소될 때 연소성과 담배의 맛이 유지될 것이 요구된다. 담배 필터는 활성탄, 향미 물질 등을 포함할 수 있으며, 모노필터 또는 다중필터로 이루어질 수 있으며, 담배 필터 권지(cigarette filter wrapping paper)에 의해 둘러싸여 있다. 팁 페이퍼(tipping paper)에 의해 담배 각초부와 담배 필터가 연결되며, 팁페이퍼는 미세한 구멍들을 포함할 수 있다.
일반적인 담배 필터는 목재 펄프로부터 셀룰로오스를 추출하여 아세틸화 시킨 셀룰로오스 아세테이트 토우(tow)를 사용하고 있으며, 최근에는 자연환경 보호와 원가절감을 위하여 친환경 소재로의 대체 소재의 개발이 진행되고 있다. 예를 들어, 셀룰로오스 아세테이트와 달리 셀룰로오스 자체를 섬유화 시킨 라이오셀(lyocell) 섬유를 이용한 토우의 개발이 진행되고 있다.
담배 필터에 있어서 경도는 소비자의 니즈 및 담배 제조의 작업성과 관련된 중요한 지표이다. 　섬유가닥의 다발체인 토우로 담배 필터를 제조하는 경우, 담배 필터의 경도가 낮아 적합하지 않으며, 담배 필터로 활용하기 위해서는 일정 수준 이상으로 경도를 향상시킬 필요가 있다. 예를 들어, 필터의 경도 향상방법은 경화제를 사용하는 방법과 가소제(plasticizer)를 사용하는 방법이 있다. 상기 경화제를 사용하는 방법은 바인더 성질의 물질을 이용하여 섬유가닥을 접합시켜 필터에 경도를 부여하는 방법이며, 필터를 단단하게 만든다. 상기 가소제를 사용하는 방법은 특정 물질을 이용하여 섬유 자체를 부분적으로 용해 또는 플라스틱화하여 섬유 간의 접합점을 형성한 후 가소화 시키는 방법이다.
기존의 셀룰로오스 아세테이트는 가소제(트리아세틴(Triacetin), 트리에틸시트레이트(Triethyl Citrate)를 활용하여, 섬유 가닥을 부분적으로 용해시키고, 섬유 가닥끼리 경화되는 원리를 이용하여 담배 필터에 경도를 부여한다. 하지만, 라이오셀 섬유는 현재 가소제가 없는 상황이기에 라이오셀 섬유에 맞는 경도 향상제를 개발하는 것이 필수적이다.
본 발명자는 상술한 라이오셀 섬유 소재에 대해서 기술적 과제를 인식하고 담배 필터로 적용하기 적합한 기능성이 우수한 라이오셀 토우에 대해서 지속적인 연구 끝에 본 발명을 완성하였다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0116612호
친환경 소재로서 라이오셀 토우를 포함하는 담배 필터에 있어서, 라이오셀 토우가 기본적으로 가지고 있는 경도, 경도 확보를 위해 가공 시 공정성 등의 소재적 문제점을 해결할 수 있는 담배 필터를 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 측면에 따르면,
본 발명은 복수개의 라이오셀 섬유로 이루어진 라이오셀 토우, 상기 라이오셀 섬유를 서로 결합하는 바인더, 및 상기 라이오셀 토우를 포함하는 담배 필터 내부 공간에 분산된 용매를 포함하고, 상기 용매는 다가 알코올을 포함하는 담배 필터를 제공한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 다가 알코올은 C1 내지 C4의 알킬렌기를 가지는 디올이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 다가 알코올은 라이오셀 토우 100 중량부를 기준으로 0.5 중량부 내지 25 중량부가 포함된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 바인더는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 프로필 셀룰로오스, 폴리 비닐 알코올, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리 비닐 아세테이트, 폴리 비닐 피롤리돈, 폴리에스테르 또는 이의 조합이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 바인더는 라이오셀 토우 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 내지 5 중량부가 포함된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 이의 조합인 1가 알코올을 더 포함한다.
본 발명의 제2 측면에 따르면,
본 발명은 상술한 담배 필터의 제조방법을 제공하고, 상기 제조방법은 복수의 라이오셀 섬유를 이용하여 라이오셀 토우를 제조하는 단계, 바인더와 용매를 혼합하여 바인더 용액을 제조하는 단계, 상기 라이오셀 토우에 바인더 용액을 분무하고 바인더에 의해 라이오셀 섬유가 서로 결합할 수 있도록 보관하는 단계, 및 바인더에 의해 라이오셀 섬유가 결합된 라이오셀 토우를 권지로 둘러싸서 담배 필터를 제조하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 다가 알코올은 바인더 용액 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 50 중량부가 포함된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 용매는 1가 알코올을 더 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 1가 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 이의 조합이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 1가 알코올은 바인더 용액 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 60 중량부가 포함된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 바인더 용액은 라이오셀 토우 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 30 중량부를 라이오셀 토우에 분무한다.
본 발명의 일 구체예에 따른 담배 필터는 친환경 소재인 라이오셀 토우를 포함하면서도 기존에 라이오셀 토우가 가지고 있던 소재적 문제점을 극복하고, 우수한 경도를 가진다.
본 발명의 일 구체예에 따른 담배 필터는 라이오셀 토우를 적용한 다른 담배 필터와 달리, 상술한 우수한 경도를 고온으로 장시간 건조를 하지 않더라도 구현할 수 있다는 점에서 담배 필터의 제조에 있어서 공정성을 높여, 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 담배 필터는 다가 알코올을 포함하는데, 상기 다가 알코올은 기본적으로 바인더를 도와 담배 필터의 경도를 향상시킬 뿐만 아니라, 담배 필터 제조 과정에서 롤 가공 시 이형제로서의 역할을 하여 제품의 불량을 감소시키며, 작업성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 흡연물품의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
이하, 구체예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 구체예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 구체예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 구체예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 구체예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 구체예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 구체예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에서, 용어 “흡연물품”은 담배(궐련), 시가 등과 같이, 에어로졸을 발생시킬 수 있는 물건을 의미할 수 있다. 흡연물품은 에어로졸 발생 물질 또는 에어로졸 형성 기질을 포함할 수 있다. 또한, 흡연물품은 판상엽 담배, 각초, 재구성 담배 등 담배 원료를 기초로 하는 고체 물질을 포함할 수 있다. 흡연물질은 휘발성 화합물을 포함할 수 있다. 상기 흡연물품은 각각의 기능성을 가진 몇 개의 세그먼트를 포함할 수 있고, 이러한 세그먼트는 “… 부”로 표시된다. 본 명세서에서 흡연물품은 연소형 궐련뿐만 아니라, 전자담배기기 등의 에어로졸 생성 장치(미도시)와 함께 사용되는 가열식 궐련 등일 수 있다.
본 명세서에서, 용어 “상류” 및 “하류”는 사용자가 흡연물품을 사용하여 공기를 흡인하는 방향을 기준으로 하여, 흡연물품을 구성하는 세그먼트들의 상대적인 위치를 나타내기 위해 사용된 용어이다. 흡연물품은 상류 단부(즉, 공기가 들어오는 부분) 및 이에 대향하는 하류 단부(즉, 공기가 나가는 부분)를 포함한다. 흡연물품 사용시 사용자는 흡연물품의 하류 단부를 물 수 있다. 하류 단부는 상류 단부의 하류에 위치하며, 한편 용어 “단부”는 또한 “말단”으로 기술될 수 있다.
본 발명은 흡연물품에 적용될 수 있는 담배 필터에 관한 것으로, 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 담배 필터는 복수개의 라이오셀(lyocell) 섬유로 이루어진 라이오셀 토우(tow), 상기 라이오셀 섬유를 서로 결합하는 바인더, 및 상기 라이오셀 토우를 포함하는 담배 필터 내부 공간에 분산된 용매를 포함한다. 상기 라이오셀 섬유는 목재 펄프에서 추출한 셀룰로오스로 만든 친환경 섬유이다. 상기 라이오셀 토우는 인접한 라이오셀 섬유끼리 교차 연결되어 형성된 다발을 의미한다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 라이오셀 섬유는 1.0 데니어 내지 12.0 데니어의 섬도를 가질 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 라이오셀 토우를 구성하는 라이오셀 섬유 다발은 15,000 데니어 내지 45,000 데니어의 섬도를 가질 수 있다. 상기 라이오셀 섬유에 적합한 바인더를 용매와 혼합하여 바인더 용액을 제조하고, 이를 라이오셀 토우에 분무함으로써 라이오셀 토우는 일정 수준 이상의 경도를 가진 구조체를 형성할 수 있다. 분무하고 장시간 경과 후에도 바인더 및 일부 용매 성분은 유출되지 않고, 최종 담배 필터 내에 포함될 수 있다.
상기 담배 필터에 포함되는 바인더는 라이오셀 섬유를 서로 결합하여 라이오셀 토우에 일정 수준 이상의 경도를 부여한다. 상기 바인더는 라이오셀 섬유에 적용하기에 적절한 물질로서 해당 기술분야에서 알려진 일반적인 물질이면 자유롭게 사용할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 바인더는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스(hydroxyl propyl methyl cellulose, HPMC), 하이드록시 프로필 셀룰로오스(hydoroxy propyl cellulose, HPC), 폴리 비닐 알코올(poly vinyl alcohol, PVA), 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA), 폴리 비닐 아세테이트(poly vinyl aceytate, PVAc), 폴리 비닐 피롤리돈(poly vinyl pyrrolidone, PVP), 폴리에스테르(polyester) 또는 이의 조합이 사용될 수 있으며, 구체적으로, 상기 바인더는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스, 폴리에스테르 또는 이의 조합이 사용될 수 있다.
상기 폴리에스테르는 다가 유기산과 다가 알코올을 반응시켜 만든 합성수지로서, 물과 다양한 화합물에 대한 적절한 저항을 가진다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 폴리에스테르는 방향족 단량체와 지방족 단량체의 공중합체이다. 상기 방향족 단량체는 폴리에스테르의 구조적 안정성을 부가하고, 상기 지방족 단량체는 폴리에스테르의 구조적 유연성을 부가하여, 상기 방향족 단량체와 지방족 단량체를 포함하는 폴리에스테르는 라이오셀 섬유 등 타성분과 쉽게 접착하여 바인더로서의 기능성을 부가할 수 있다. 상기 방향족 단량체는 다가 유기산 또는 다가 알코올일 수 있으며, 마찬가지로 상기 지방족 단량체도 다가 유기산 또는 다가 알코올일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 방향족 단량체는 C5 내지 C12의 아릴렌기 또는 헤테로아릴렌기를 가지는 디카르복실산이다. 예시적으로, 상기 C5 내지 C12의 아릴렌기 또는 헤테로아릴렌기를 가지는 디카르복실산은 프탈산, 테레프탈산, 이소프탈산일 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 지방족 단량체는 C1 내지 C6의 알킬렌기를 가지는 디올, C2 내지 C12의 알킬렌기를 가지는 디카르복실산 또는 이의 조합이다. 예시적으로, 상기 C1 내지 C6의 알킬렌기를 가지는 디올은 에틸렌 글리콜이고, 상기 C2 내지 C12의 알킬렌기를 가지는 디카르복실산은 세바스산이다. 폴리에스테르의 경우, 카르복실산기와 하이드록시기가 1:1의 비율로 축합 반응에 의해 형성될 수 있다는 점에서, 카르복실산기를 가지는 단량체로서, 상술한 C5 내지 C12의 아릴렌기 또는 헤테로아릴렌기를 가지는 디카르복실산, C2 내지 C12의 알킬렌기를 가지는 디카르복실산 또는 이의 조합이 사용될 수 있고, 하이드록시기를 가지는 단량체로서, C1 내지 C6의 알킬렌기를 가지는 디올이 사용될 수 있다. 상기 아릴렌기, 헤테로아릴렌기 또는 알킬렌기는 치환 또는 비치환된 상태로 존재하며, 치환된 상태의 경우, 아릴렌기, 헤테로아릴렌기 또는 알킬렌기의 주사슬에 C1 내지 C4의 알킬기, C1 내지 C4의 알콕시기, 할로겐기 등 해당 기술분야에서 일반적으로 알려진 치환기가 치환될 수 있다.
상기 바인더는 용매와 함께 바인더 용액 형태로 라이오셀 토우에 적용될 수 있고, 상기 바인더는 적용 후 라이오셀 토우가 건조되거나 장시간 방치되어도 유출되지 않고 라이오셀 섬유의 사이사이에 위치하여 라이오셀 토우의 경도를 향상시킨다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 바인더는 라이오셀 토우 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 내지 5 중량부가 포함된다. 구체적으로, 상기 바인더의 함량은 0.1 중량부 이상, 0.2 중량부 이상, 0.3 중량부 이상, 0.4 중량부 이상이고, 5 중량부 이하, 4.5 중량부 이하, 4 중량부 이하, 3.5 중량부 이하, 3 중량부 이하, 2.5 중량부 이하이며, 0.1 중량부 내지 5 중량부, 0.2 중량부 내지 4 중량부, 0.3 중량부 내지 3 중량부일 수 있다. 상기 바인더는 상기 범위 내로 적용할 때 라이오셀 토우의 기본적인 필터로서의 기능을 저하시키지 않으면서 경도를 적절한 수준까지 끌어올릴 수 있다.
상기 담배 필터에 포함되는 용매는 기본적으로는 바인더를 분산시키기 위해 바인더 용액에 포함되며, 바인더 용액을 라이오셀 토우에 분무한 후 건조하거나 장시간 방치하면 용매 일부는 제거된다. 제거되지 않은 용매는 라이오셀 토우를 포함하는 담배 필터 내부에 하나의 구성성분으로서 위치하며, 담배 필터에 추가적인 기능성을 부여한다. 담배 필터에 남은 용매는 다가 알코올을 포함한다. 여기서, 다가 알코올은 둘 이상의 하이드록시기를 포함하는 화합물을 의미한다. 상기 다가 알코올은 담배 필터에 라이오셀 토우를 적용하기 위해 기계 롤 등으로 가공 시 이형제로서의 역할을 한다. 구체적으로, 이형제가 없이 라이오셀 토우를 기계 롤 등으로 가공한다면 바인더 등의 접착력으로 인해 기계 롤 등에 라이오셀 토우가 말려들어가는 현상이 발생할 수 있는데, 다가 알코올을 포함하는 라이오셀 토우는 이러한 현상이 줄어들어 가공성을 높일 수 있다. 또한, 상기 다가 알코올은 라이오셀 토우에 적용되면 특별히 고온으로 장시간 건조되지 않더라도 바인더와 함께 라이오셀 섬유 사이사이에 위치하여 빠른 시간 내에 라이오셀 토우의 경도를 향상시킬 수 있도록 돕니다. 이에 따라, 다가 알코올을 포함하는 용매를 사용하는 경우, 건조 시간이 현저하게 단축될 수 있어, 담배 필터의 제조에 있어서 공정성을 높일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 다가 알코올은 C1 내지 C4의 알킬렌기를 가지는 디올이다. 상기 디올은 2개의 하이드록시기를 가진 화합물을 의미하며, 글리콜이라고도 한다. 상기 2개의 하이드록시기 사이는 C1 내지 C4의 알킬렌기로 연결될 수 있으며, 여기서 알킬렌기의 탄소수는 2개의 하이드록시기 사이에 직접적으로 연결된 탄소수를 의미한다. 상기 알킬렌기는 치환 또는 비치환된 상태로 존재하며, 치환된 상태의 경우, 알킬렌기의 주사슬에 C1 내지 C3의 알킬기, C1 내지 C3의 알콕시기, 할로겐기 등 해당 기술분야에서 일반적으로 알려진 치환기가 치환될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 다가 알코올은 프로필렌 글리콜일 수 있다. 상기 프로필렌 글리콜은 적당한 길이의 사슬을 갖는 다가 알코올로서 상술한 기능성을 갖기에 보다 바람직한 화합물일 수 있다.
상기 다가 알코올은 바인더 및 기타 용매와 함께 바인더 용액 형태로 라이오셀 토우에 적용될 수 있고, 건조 전후에도 라이오셀 토우 또는 이를 적용한 담배 필터에 변함없이 남아 경도 뿐만 아니라 공정성 향상 등의 상술한 기능성을 부여한다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 다가 알코올은 라이오셀 토우 100 중량부를 기준으로 0.5 중량부 내지 25 중량부가 포함된다. 구체적으로, 상기 다가 알코올의 함량은 0.5 중량부 이상, 0.6 중량부 이상, 0.7 중량부 이상, 0.8 중량부 이상, 0.9 중량부 이상, 1 중량부 이상이고, 25 중량부 이하, 20 중량부 이하, 15 중량부 이하, 10 중량부 이하, 5 중량부 이하이며, 0.5 중량부 내지 10 중량부, 0.7 중량부 내지 7 중량부, 1 중량부 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 다가 알코올은 상기 범위 내로 적용할 때 라이오셀 토우의 기본적인 필터로서의 기능을 저하시키지 않으면서 담배 필터에 추가적인 기능성을 부여할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 이의 조합인 1가 알코올을 포함한다. 상기 1가 알코올의 구체적인 투입 방법에 대해서는 제조방법 부분에서 설명된다. 상기 1가 알코올은 물보다도 휘발도가 높은 성분으로, 건조 후에는 많은 양이 소실될 수 있으나, 건조 과정을 거치지 않고 상온에서 보관하는 경우 최종 담배 필터에서는 일정 수준 이상의 양이 검출될 수 있다. 상기 1가 알코올은 바인더 용액의 용매에서 물을 대체할 수 있기 때문에, 담배 필터의 경도 향상에 도움이 될 뿐만 아니라, 살균력을 가지고 있다는 점에서 라이오셀 토우에 적용 시 추가적인 기능성을 발현할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 1가 알코올은 라이오셀 토우 10000 중량부를 기준으로 1 중량부 내지 500 중량부가 포함된다. 상기 1가 알코올은 다가 알코올 또는 물보다도 휘발성이 높아 상기 1가 알코올의 함량은 변동성이 크지만, 본 발명의 일 구체예에 따라 건조 과정을 줄이고 상온에서 보관하는 경우, 1가 알코올을 투입하지 않는 경우와 대비하여 일정 수준 이상의 1가 알코올이 검출될 수 있다는 점에서 상기 함량 범위에서 상한보다는 하한이 보다 의미 있게 고려된다.
본 발명의 일 구체예에 따른 라이오셀 토우를 포함하는 담배 필터는 바인더의 결합에 의해 우수한 경도를 가진다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 담배 필터는 85% 이상의 경도를 가진다. 구체적으로, 상기 담배 필터의 경도는 85% 이상, 86% 이상, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상일 수 있다. 상기 담배 필터의 경도는 수직 방향의 일정 수준의 힘으로 담배 필터를 누를 때 담배 필터의 직경이 유지되는 정도를 수치화한 값이며, 구체적으로는 하기 계산식 1에 의해 계산될 수 있다.
[계산식 1]
필터 경도(%)=[D-a]/D×100
여기서, D는 필터 직경(mm)이고, a는 300g 추로 하강(필터가 눌리는)하는 거리(mm)를 나타낸다. 상기 담배 필터의 경도를 계산함에 있어서 필요한 측정치는 해당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 장치를 이용하여 얻을 수 있으며, 예를 들어, Filtrona 사의 DHT 200TM가 사용될 수 있다. 경도를 측정함에 있어서, 가하는 힘은 실제 흡연자가 담배를 파지할 때 가해지는 힘을 고려한 것이다. 본 발명의 일 구체예에 따른 담배 필터를 통해 얻어진 85% 이상의 경도 값은 친환경 소재인 라이오셀 토우를 이용하여 종래의 셀룰로오스 아세테이트로 구성된 담배 필터를 대체할 수 있는 수준으로 경도를 확보할 수 있다는 점에서 기술적 의의가 있다. 또한, 본 발명의 일 구체예에 따른 담배 필터는 고온에서 건조 과정을 거치지 않고, 상온에서 바인더가 정착할 수 있는 시간 정도의 경과 후에도 상술한 바와 같이 85% 이상의 우수한 경도 값을 구현할 수 있다는 점에서, 제품 제조에 있어서의 공정성이 현저하게 향상될 수 있다.
상술한 담배 필터는 다음과 같은 제조방법을 통해 제조될 수 있다. 상기 제조방법은 라이오셀 섬유를 이용하여 라이오셀 토우를 제조하는 단계, 바인더와 용매를 혼합하여 바인더 용액을 제조하는 단계, 상기 라이오셀 토우에 바인더 용액을 분무하고 바인더에 의해 라이오셀 섬유가 서로 결합할 수 있도록 보관하는 단계, 및 바인더에 의해 라이오셀 섬유가 결합된 라이오셀 토우를 권지로 둘러싸서 담배 필터를 제조하는 단계를 포함한다. 상기 제조방법은 기본적으로는 상술한 담배 필터를 제조하는 방법에 관한 것이기 때문에, 상술한 내용에서 구체화된 부분에 대한 설명은 생략하고, 이하에서는 제조방법 상의 특징에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 복수의 라이오셀 섬유를 이용하여 라이오셀 토우를 제조한다. 제조된 라이오셀 토우는 인접한 라이오셀 섬유끼리 교차 연결되어 형성된 다발 형상을 가진다. 이 때, 블루밍(blooming)을 통해 토우를 부풀게 하는 단계가 추가로 수행된다. 상기 블루밍 단계를 통해 토우를 부풀게 하면, 이후에 분무되는 바인더 용액이 라이오셀 토우를 구성하는 라이오셀 섬유 사이로 쉽게 침투할 수 있다.
이 후, 바인더와 용매를 혼합하여 바인더 용액을 제조한다. 상기 바인더 용액은 라이오셀 토우의 경도 등의 기능성 향상을 위해 라이오셀 토우에 분무하는 물질이다. 분무 후에 건조 또는 보관 과정을 통해 바인더 용액의 일부 성분이 소실될 수 있기 때문에, 바인더 용액의 조성은 담배 필터를 구성하는 성분의 조성과 차이가 있을 수 있다. 상기 바인더는 상술한 내용에 따라 구체화될 수 있고, 건조 또는 보관 후에도 성분이 특별히 소실되지 않기 때문에, 분무를 통해 라이오셀 토우에 공급한 양이 최종 담배 필터에도 거의 그대로 잔존한다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 바인더는 바인더 용액 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 40 중량부가 포함된다. 구체적으로, 상기 바인더의 함량은 5 중량부 이상, 6 중량부 이상, 7 중량부 이상, 8 중량부 이상, 9 중량부 이상, 10 중량부 이상이고, 40 중량부 이하, 35 중량부 이하, 30 중량부 이하, 25 중량부 이하, 20 중량부 이하이며, 5 중량부 내지 40 중량부, 7 중량부 내지 30 중량부, 10 중량부 내지 20 중량부일 수 있다. 상기 바인더는 상기 범위 내로 바인더 용액을 형성할 때 분무하여 라이오셀 토우에 적용하기 용이하다.
상기 용매는 다가 알코올과 함께 물을 포함한다. 다가 알코올로 용매의 전체를 구성하는 경우, 점도가 지나치게 높아져서 바인더의 분산이 용이하지 않을 수 있다. 물은 다가 알코올 등의 용매가 차지하는 비율의 잔량만큼이 포함될 수 있고, 건조 과정에서 일부가 소실된다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 다가 알코올은 바인더 용액 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 50 중량부가 포함된다. 구체적으로, 상기 다가 알코올의 함량은 5 중량부 이상, 6 중량부 이상, 7 중량부 이상, 8 중량부 이상, 9 중량부 이상, 10 중량부 이상이고, 50 중량부 이하, 45 중량부 이하, 40 중량부 이하, 35 중량부 이하, 30 중량부 이하이며, 5 중량부 내지 50 중량부, 7 중량부 내지 40 중량부, 10 중량부 내지 30 중량부일 수 있다. 상기 다가 알코올은 상기 범위 내로 적용할 때 라이오셀 토우의 기본적인 필터로서의 기능을 저하시키지 않으면서 담배 필터에 추가적인 기능성을 부여할 수 있다.
상기 용매는 1가 알코올을 더 포함할 수 있다. 상기 1가 알코올은 물보다도 휘발도가 높은 성분으로, 건조 후에는 많은 양이 소실될 수 있으나, 건조 과정을 거치지 않고 상온에서 보관하는 경우 최종 담배 필터에서는 일정 수준 이상의 양이 검출될 수 있다. 상기 1가 알코올은 바인더 용액의 용매에서 물을 대체할 수 있는 성분으로 최종 담배 필터의 물의 함량을 조절할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 1가 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 이의 조합이다. 구체적으로, 상기 1가 알코올은 에탄올일 수 있다.
상기 1가 알코올은 물을 대체하기 위해 일정 수준 이상이 포함될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 1가 알코올은 바인더 용액 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 60 중량부가 포함된다. 구체적으로, 상기 1가 알코올의 함량은 5 중량부 이상, 6 중량부 이상, 7 중량부 이상, 8 중량부 이상, 9 중량부 이상, 10 중량부 이상이고, 60 중량부 이하, 55 중량부 이하, 50 중량부 이하, 45 중량부 이하, 40 중량부 이하, 35 중량부 이하, 30 중량부 이하이며, 5 중량부 내지 60 중량부, 7 중량부 내지 45 중량부, 10 중량부 내지 30 중량부일 수 있다. 상기 1가 알코올은 상기 범위 내로 적용할 때 효과 상 의미있는 수치로 담배 필터 내의 물의 함량을 감소시킬 수 있다.
상술한 내용에 따라 제조된 바인더 용액을 라이오셀 토우에 분무한다. 상기 바인더 용액은 라이오셀 토우의 기본적인 필터로서의 기능을 저하시키지 않으면서 라이오셀 토우가 소재 상 갖게 되는 경도 등의 문제점을 해소할 수 있는 정도로 라이오셀 토우에 분무될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 바인더 용액은 라이오셀 토우 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 30 중량부를 라이오셀 토우에 분무한다. 구체적으로, 상기 바인더 용액의 분무량은 5 중량부 이상, 6 중량부 이상, 7 중량부 이상, 8 중량부 이상, 9 중량부 이상, 10 중량부 이상이고, 30 중량부 이하, 28 중량부 이하, 26 중량부 이하, 24 중량부 이하, 22 중량부 이하, 20 중량부 이하이며, 5 중량부 내지 30 중량부, 7 중량부 내지 24 중량부, 10 중량부 내지 20 중량부일 수 있다. 상기 바인더 용액은 상술한 범위 내로 분무할 때, 라이오셀 토우의 경도 등의 기능성을 개선할 수 있다. 상기 바인더 용액을 분무하는 방법은 해당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 방법이 사용될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 바인더 용액의 분무는 노즐 분무, 브러쉬 분무 또는 전기 분무 등을 활용할 수 있다.
바인더 용액을 라이오셀 토우에 분무한 후, 바인더가 정착하여 바인더에 의해 라이오셀 섬유가 서로 결합할 수 있도록 보관한다. 이러한 과정은 고온의 장시간 건조와는 구분되는 과정으로, 상기 바인더 용액은 예를 들어, 상온에서 6시간 동안 보관하는 정도로도 충분히 다음 작업을 진행할 수 있기 때문에, 제품 제조에 있어서의 공정성을 높일 수 있다.
바인더에 의해 라이오셀 섬유가 결합된 라이오셀 토우를 권지로 둘러싸서 담배 필터를 제조한다. 필요에 따라 상기 라이오셀 토우는 기계식 롤, 또는 절단기 등을 이용하여 담배 필터에 적용하기 적당한 규격으로 가공될 수 있다.
상술한 담배 필터는 흡연물품에 적용될 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 흡연물품의 개략적인 구성을 도시한 도면을 제공한다. 상기 흡연물품(100)은 흡연물질부(10) 및 필터부(20)를 포함하고, 상술한 담배 필터는 흡연물품(100)의 필터부(20)에 적용된다. 상기 흡연물품(100)에서 흡연물질부(10)는 필터부(20)에 비해 상류에 위치한다.
상기 흡연물질부(10)은 원료 잎담배, 판상엽 또는 잎담배와 판상엽이 배합된 혼합물과 같은 흡연물질로 충전될 수 있다. 가공된 흡연물질은 시트 형태 또는 각초 형태로 흡연물질부(10)에 충전될 수 있다. 상기 흡연물질부(10)은 길게 연장된 로드 형태를 가질 수 있고, 그 길이, 둘레 및 직경은 특별히 한정되는 것은 아니나 흡연물질의 충전량, 사용자의 기호 등을 고려한 해당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 크기로 조절될 수 있다. 상기 흡연물질부(10)는 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나의 에어로졸 발생 물질을 포함할 수 있다. 상기 흡연물질부(10)는 풍미제, 습윤제 및/또는 아세테이트 화합물과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 상기 에어로졸 발생 물질 및 첨가 물질은 흡연물질에 함유될 수 있다.
상기 필터부(20)는　흡연물질부(10)의 하류에 배치되어, 흡연물질부(10)에서 발생한 에어로졸 물질을 사용자가 흡입하기 직전 통과하는 필터로서의 역할을 수행하게 된다. 상기 필터부(20)는 다양한 재질 또는 형태로 제조될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따른 필터부(20)는 기본적으로 복수개의 라이오셀 섬유가 바인더에 의해 결합된 라이오셀 토우를 포함하는 상술한 담배 필터를 포함한다. 상기 라이오셀 토우를 포함하는 담배 필터는 기존 흡연물품의 필터부(20) 전체 또는 일부를 대체할 수 있고, 일부를 대체하는 경우, 기존에 사용하였던 필터 소재를 함께 사용할 수 있다. 기존의 필터 소재는 예를 들어, 셀룰로오스 아세테이트 필터, 중공 튜브 필터 등이 사용될 수 있다.
도 1에서는 필터부(20)가 단일 필터로 이루어진 모노 필터로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 필터부(20)는 필터 효율을 높이기 위해 2개의 아세테이트 필터를 구비한 듀얼 필터 또는 삼중 필터 등으로 마련될 수도 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 필터부(20)의 내부에는 향료를 포함하는 내용액을 피막으로 감싼 구조의 파쇄가능한 캡슐(미도시)이 포함될 수 있다.
상기 흡연물질부(10) 및 필터부(20)의 외부는 래퍼(30a 또는 30b)에 의해 포장될 수 있다.
상기 흡연물질부(10)는 흡연물질부 래퍼(30a)에 의하여 포장될 수 있다. 일반적인 흡연물질부(10)의 연소 과정에서 발생되는 담배연기 중 일부는 담배 필터를 통과하기 전에 흡연물질부 래퍼(30a)를 통해 대기 중으로 방출되게 되며, 부류연은 간접흡연자들에게 불쾌감을 주게 된다. 이러한 부류연 저감을 위한 종래 궐련지에 산화 마그네슘, 산화 티탄, 산화 세륨, 산화 알루미늄, 탄산칼슘, 탄산 지르코늄 등의 충전재를 넣는 등 다양한 시도가 있어 왔으나, 단순히 이러한 충전재를 적용하여 부류연을 저감 시 끽미감이 저하되거나 연소꺼짐, 회고결성 저하 등이 발생하여, 충전재에 들어가는 물질의 적절한 조합을 통해 상기한 문제점을 해결하기에 어려움이 있어 왔다. 본 발명의 일 구체예에 따른 흡연물질부 래퍼(30a)는 부류연을 저감시킴과 동시에 끽미감, 회고결성 저하 및 연소꺼짐을 방지하고자 마그네슘 산화물(MgO 및/또는 Mg(OH)2) 및 탄산칼슘(CaCO3)이 혼합된 충전제가 적용된다.
상기 필터부(20)는 필터부 래퍼(30b)에 의하여 포장될 수 있다. 필터부 래퍼(30b)는 내유성을 갖는 권지로 제작될 수 있으며, 필터부 래퍼(30b)의 안쪽 면에는 알루미늄 호일이 더 포함될 수도 있다.
상기 흡연물질부 래퍼(30a)에 의해 포장된 흡연물질부(10) 및 필터부 래퍼(30b)에 의해 포장된 필터부(20)는 팁페이퍼(40)에 의해 결합 포장될 수 있다. 상기 팁페이퍼(40)는 도 1에서 도시된 것과 같이 흡연물질부 래퍼(30a)의 적어도 일부분(예를 들어, 하류 일부 영역) 및 필터부 래퍼(30b)의 외곽에 둘러질 수 있다. 다시 말해, 흡연물질부(10)의 적어도 일부분 및 필터부(20)는 팁페이퍼(40)에 의해 더 포장되며 물리적으로 결합될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 팁페이퍼(40)는 내유 처리가 되지 않은 비다공성 권지로 제작될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 상기 팁페이퍼(40)는 불연성 물질을 포함함으로써 필터부(20)가 연소되는 현상을 방지할 수도 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
섬유 1 가닥이 약 3.0 데니어인 라이오셀 섬유를 이용하여, 토우 섬유 다발이 약 35,000 데니어인 라이오셀 토우를 사용하였다. 또한, 바인더와 용매의 혼합물인 바인더 용액을 제조하였다. 구체적으로, 상기 바인더 용액은 바인더 용액 전체 중량을 기준으로 10 중량%의 폴리에스테르(프탈산 및 세바스산과 에틸렌 글리콜의 공중합체, 중량 평균 분자량(Mw) = 3,000~6,000)를 90 중량%의 용매(30 중량%의 프로필렌 글리콜, 10 중량%의 에탄올, 50 중량%의 물의 혼합 용매)에 첨가하여 제조되었다. 제조된 바인더 용액을 노즐 분무를 통해 라이오셀 토우에 분무하였다. 상기 바인더 용액을 라이오셀 토우의 중량을 기준으로 15 중량%를 분무하고 상온에서 6시간 동안 보관하여 바인더를 포함하는 라이오셀 토우를 제조하였다. 제조된 라이오셀 토우를 권지로 둘러싸서 축방향 길이가 약 108mm이고, 원주가 약 24.20mm인 담배 필터를 제조하였다.
실시예 2
바인더 용액에서 10 중량%의 폴리에스테르 대신 3 중량%의 폴리에스테르 및 7 중량%의 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스(Pharmacoat 606)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 담배 필터를 제조하였다.
실시예 3
바인더 용액의 용매로 90 중량%의 용매(30 중량%의 프로필렌 글리콜, 10 중량%의 에탄올, 50 중량%의 물의 혼합 용매) 대신에 90 중량%의 용매(30 중량%의 프로필렌 글리콜, 30 중량%의 에탄올, 30 중량%의 물의 혼합 용매)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 담배 필터를 제조하였다.
비교예 1
라이오셀 토우에 바인더 용액을 분무하지 않고 담배 필터를 제조하였다.
비교예 2
바인더 용액의 용매로 90 중량%의 용매(30 중량%의 프로필렌 글리콜, 10 중량%의 에탄올, 50 중량%의 물의 혼합 용매) 대신에 90 중량%의 물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 담배 필터를 제조하였다.
비교예 3
바인더 용액의 용매로 90 중량%의 용매(30 중량%의 프로필렌 글리콜, 10 중량%의 에탄올, 50 중량%의 물의 혼합 용매) 대신에 90 중량%의 물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 담배 필터를 제조하였다.
실험예
실험예 1: 담배 필터의 경도 평가
실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 담배 필터의 경도를 측정하였다. 구체적으로, 담배 필터의 경도 측정은 필터 경도 측정기(Filtrona 사의 DHT 200TM) 및 하기의 계산식 1을 이용하여 측정하였다.
[계산식 1]
필터 경도(%)=[D-a]/D×100
여기서, D는 필터 직경이고, a는 300g 추로 하강(필터가 눌리는)하는 거리(mm)를 나타낸다.
경도(%)
실시예 1 92.1
실시예 2 89.8
실시예 3 93.3
비교예 1 83.5
비교예 2 82.8
비교예 3 81.3
상기 표 1에 따르면, 바인더에 대한 용매로서 다가 알코올을 포함하는 바인더 용액을 사용하는 경우, 특별히 고온에서 장시간 건조하지 않더라도 상온에서 6시간 동안 보관하는 것만으로도 85% 이상의 우수한 경도를 확보할 수 있다. 이는 건조 시간을 현저하게 단축할 뿐만 아니라 건조에 따른 경도의 변화가 적어 안정적인 경도 확보를 통해 담배 필터의 제조에 있어서 공정성 및 생산성을 향상시키는데 도움을 준다.
또한, 다가 알코올과 함께 1가 알코올을 사용하는 경우, 수분의 함량을 유의미하게 감소시킬 수 있기 때문에, 비교예 2 및 3과 같이 바인더 용액의 분무 초기에 수분에 의해 바인더의 기능성이 충분하게 발현되지 못하는 현상을 방지할 수 있다.
추가적으로, 바인더 용액에 포함된 다가 알코올은 이후 롤 가공 공정 등에 적용 시 이형제로서 역할을 하여 라이오셀 토우가 롤에 말려들어가는 현상을 방지할 수 있고, 1가 알코올은 물보다는 휘발성 성분으로 적당량이 담배 필터에 남아 살균을 하는 등 추가적인 기능성을 발현할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
10: 흡연물질부
20: 필터부
30a: 흡연물질부 래퍼
30b: 필터부 래퍼
40: 팁페이퍼
100: 흡연물품

Claims (12)

  1. 복수개의 라이오셀 섬유로 이루어진 라이오셀 토우;
    상기 라이오셀 섬유를 서로 결합하는 바인더; 및
    상기 라이오셀 토우를 포함하는 담배 필터 내부 공간에 분산된 용매;를 포함하고,
    상기 용매는 다가 알코올을 포함하는 담배 필터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다가 알코올은 C1 내지 C4의 알킬렌기를 가지는 디올인 것을 특징으로 하는 담배 필터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다가 알코올은 라이오셀 토우 100 중량부를 기준으로 0.5 중량부 내지 25 중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 담배 필터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 바인더는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 프로필 셀룰로오스, 폴리 비닐 알코올, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리 비닐 아세테이트, 폴리 비닐 피롤리돈, 폴리에스테르 또는 이의 조합인 것을 특징으로 하는 담배 필터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 바인더는 라이오셀 토우 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 내지 5 중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 담배 필터.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 이의 조합인 1가 알코올을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 담배 필터.
  7. 청구항 1에 따른 담배 필터의 제조방법으로서, 상기 제조방법은
    (1) 복수의 라이오셀 섬유를 이용하여 라이오셀 토우를 제조하는 단계;
    (2) 바인더와 용매를 혼합하여 바인더 용액을 제조하는 단계;
    (3) 상기 라이오셀 토우에 바인더 용액을 분무하고 바인더에 의해 라이오셀 섬유가 서로 결합할 수 있도록 보관하는 단계; 및
    (4) 바인더에 의해 라이오셀 섬유가 결합된 라이오셀 토우를 권지로 둘러싸서 담배 필터를 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 용매는 다가 알코올을 포함하는 담배 필터의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 다가 알코올은 바인더 용액 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 50 중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 담배 필터의 제조방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 용매는 1가 알코올을 더 포함하는 담배 필터의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 1가 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 이의 조합인 것을 특징으로 하는 담배 필터의 제조방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 1가 알코올은 바인더 용액 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 60 중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 담배 필터의 제조방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 바인더 용액은 라이오셀 토우 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 30 중량부를 라이오셀 토우에 분무하는 것을 특징으로 하는 담배 필터의 제조방법.
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