PT1276547E - Filtros de cigarro com eficiência elevada possuindo fibras de microcavidade de forma definida, impregnadas com materiais adsorventes ou absorventes - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "FILTROS DE CIGARRO COM EFICIÊNCIA ELEVADA POSSUINDO FIBRAS DE MICROCAVIDADE DE FORMA DEFINIDA, IMPREGNADAS COM MATERIAIS ADSORVENTES OU ABSORVENTES"

Campo Técnico

Esta invenção pretende reduzir selectivamente certos componentes na corrente principal de fumo de cigarro através da utilização de um filtro eficiente que incorpora adsorventes e/ou absorventes de menor tamanho de partícula do que os tipicamente utilizados para o fabrico de filtros de cigarros. A invenção refere-se a uma nova classe de filtros de fumo de cigarro contendo partículas sólidas finas (cerca de 1 a cerca de 50 micrómetros em diâmetro) de adsorventes/absorventes aplicados nas microcavidades de fibras com disposição em secções definidas. A invenção refere-se, ainda, a um cigarro possuindo configuração de filtro em multi-componentes.

Antecedentes da Invenção

Uma vasta variedade de materiais fibrosos tem sido empregue em elementos de filtro de fumo de tabaco. O acetato de Celulose ("CA") tem sido considerado, desde há muito tempo, o material de selecção para esta aplicação. Contudo, a selecção de materiais tem sido limitada devido à necessidade de equilibrar vários requisitos comerciais. Uma propriedade muito importante é a 1 eficiência de filtração, i. e., a capacidade de remover ou reduzir selectivamente componentes indesejados da corrente principal da corrente de fumo de cigarro.

Para conseguir eficiência de filtração apropriada, materiais tal como carbono, foram incorporados nos filtros de cigarros. Um método actual para incorporar materiais adsorventes em filtros de cigarro é a captura física de partículas adsorventes entre fibras CA. 0 tamanho de partícula dos materiais utilizados nesta técnica anterior é, geralmente, limitado no intervalo de 500 a cerca de 1500 microns em diâmetro. De modo a conseguir uma integridade de produto razoável e queda de pressão, não podem ser utilizadas partículas mais pequenas nesta concepção. Adicionalmente, foi verificado que os adsorventes perdiam actividade com exposição a triacetina, um plasticizante utilizado como um ligante para as fibras CA.

Uma concepção melhorada e mais dispendiosa é colocar certos materiais na cavidade entre os blocos CA numa configuração de filtro Bloco/Espaço/Bloco (P/S/P) para limitar a exposição dos adsorventes ao ligante. De modo a manter a queda de pressão através do filtro em limites aceitáveis, são geralmente utilizados materiais granulados grosseiros, num tamanho de malha de cerca de 10 a cerca de 60. Foi conseguido um tempo de vida mais longo dos adsorventes, mas a eficiência dos filtros era limitada pelo tamanho de partícula relativamente grande utilizado. Partículas de adsorventes de tamanho mais fino, com vias de difusão interna mais curtas e maiores áreas de superfície eficaz, não podem ser utilizadas directamente nesta configuração devido a queda de pressão excessiva. 2

Materiais adsorventes/absorventes de tamanho de partícula mais pequeno melhoraram, na generalidade, a cinética da reacção com componentes da fase gás devido às suas curtas vias de difusão para a área de superfície interior destes materiais porosos dos e o corpo interior destes materiais absorventes. É conhecido que o emprego de partículas absorventes menores com vias de difusão curtas podem formar filtros com cinéticas melhoradas e capacidade para aplicações de filtração da fase gasosa.

Verificou-se que a fibra com microcavidades abertas ou semi-abertas é desejável para manter o material adsorvente/absorvente no lugar. 0 termo "cavidades semi-abertas" como aqui utilizado significa cavidades que possuem aberturas de menor dimensão do que o volume interno da fibra em que estas se formaram e que possuem a capacidade para capturar partículas sólidas finas no seu volume interno. O termo "cavidades abertas" significa que a abertura é a mesma ou de maior dimensão do que o volume interno da fibra em que se formaram. A patente US 5509430 refere-se a fibras poliméricas de bicomponente e à produção de filtros de fumo de tabaco de fibras de bicomponente compreendendo polímero termoplástico com um núcleo de baixo custo, de resistência elevada. Existe a necessidade de desenvolver um filtro melhorado que tem melhor eficiência em remover ou reduzir selectivamente componentes indesejados da corrente principal de fumo de cigarros. A patente US 5191905 de Berger descreve um filtro de cigarro. O filtro de cigarro possui um fragmento de filtro integralmente ligado à secção do cigarro. O fragmento do filtro é formado por combinação num feixe de, pelo menos, uma fibra 3 absorvente sintética seleccionada do grupo consistindo em (1) de fibras de polímero reticulado produzido de polipropileno irradiado, feito reagir com estireno em fase vapor e contendo grupos funcionais adsorventes, (2) fibras de carbono activadas, (3) fibras electreto carregadas e (4) fibras magnéticas de plástico e, depois, cortar as fibras combinadas para um comprimento pré-determinado. Contudo, Berger não ensina que as fibras (1) têm microcavidades e (2) que o carbono é aplicado nas microcavidades. A patente US 5057368 ("patente 368") descreve fibras de microcavidades dimensionadas que são multilobais, tais como trilobais ou quadrilobais. Outras patentes dos Estados Unidos que revelam fibras são: 5902384; 5744236; 5704966 e 5713971. A patente US 5744236 revela um meio ou tapete não tecido para utilização como um filtro de controlo de odor ou filtro de água sequestrador de metal, que é formado a partir de uma pluralidade de fibras alongadas, geralmente fio de pavio oco, possuindo cavidades internas longitudinais em que as partículas sólidas são permanentemente enredadas sem a utilização de um adesivo.

Adicionalmente, as patentes U.S. 5244614 e 4858629 revelam também fibras multilobais. Contudo, não é revelado nestas patentes que estas fibras podem ser utilizadas em filtros de cigarro. As patentes US 5356704 e 5275859 são atribuídas face às Patentes de Eastman Chemical Company ("Eastman") e estas patentes revelam filtros de fumo.

Os termos "adsorvente" ou "absorvente", como aqui utilizados, estão definidos para significar a capacidade de um material incorporar ou absorver componentes de gás na sua superfície ou para assimilar estes componentes no seu corpo. 4

Sumário da invenção

Um objectivo desta invenção é proporcionar filtros altamente eficientes para reduzir selectivamente certos constituintes do fumo da fase gasosa, tais como aldeídos, dienos, benzeno, tolueno e cianeto de hidrogénio, com interacção mínima com a distribuição da fase particulada e mantendo um queda de pressão desejável. A invenção refere-se, ainda, a um filtro utilizado em cigarros que compreende fibras que têm microcavidades abertas ou semi-abertas carregadas com carbono e sílica gel APS.

Breve Descrição das Figuras

Uma melhor compreensão da presente invenção, assim como outros objectivos, características e suas vantagens, tornar-se-à evidente após consideração da descrição aqui detalhada, em ligação com as figuras acompanhantes. A Figura 1 é uma vista elevada lateral da secção apresentando um filtro bloco espaço bloco (P/S/P) ligado a um cigarro, que serve como um exemplo de um filtro de cigarro de acordo com a invenção: A Figura 2 é uma vista elevada lateral da secção apresenta um filtro bloco espaço (P/S) ligado a um cigarro que serve como um exemplo de um filtro de cigarro, de acordo com a invenção; 5 A Figura 3 é uma vista elevada alargada de uma fibra trilobal, que serve como um exemplo de fibras que possuem microcavidades semi-abertas que podem ser utilizadas em filtros de cigarro de acordo com invenção; A Figura 4 é uma vista elevada alargada de uma fibra quadrilobal, que serve como um exemplo de fibras que possuem microcavidades semi-abertas que podem ser utilizadas em filtros de cigarro de acordo com a invenção; A Figura 5 é uma vista alargada da Figura 1; A Figura 6 é um gráfico que apresenta o desempenho do filtro de pós sólidos proximamente compactados nos filtros de cigarro bloco/espaço/bloco sem ficarem retidos pelas fibras de microcavidade; A Figura 7 é um gráfico que apresenta o desempenho de filtração relativa de um filtro de cigarro; A Figura 8 é uma vista elevada alargada de uma fibra trilobal, que serve como um exemplo de fibras que possuem microcavidades abertas que podem ser utilizadas em filtros de cigarro de acordo com a invenção; A Figura 9 é uma vista elevada alargada de uma fibra quadrilobal que serve como um exemplo de fibras que possuem microcavidades abertas que podem ser utilizados em filtros de cigarro de acordo com a invenção; 6 A Figura 10 ilustra a fibra que possui cavidades abertas que pode ser utilizada em filtros de cigarro de acordo com a invenção; A Figura 11 ilustra os efeitos de APS em Filtro CA em Distribuição de HCN Puxada-a-Puxada; A Figura 12 ilustra os efeitos de APS sem Filtro CA em Distribuição de AA Puxada-a-Puxada; A Figura 13 ilustra uma comparação Puxada-a-Puxada no desempenho do filtro PP 4DG na Distribuição de AA; A Figura 14 ilustra uma comparação Puxada-a-Puxada no desempenho do filtro PP 4DG na Distribuição de HCN; A Figura 15 ilustra uma comparação Puxada-a-Puxada no desempenho do filtro PP 4DG na Distribuição de Isopreno; A Figura 16 ilustra uma comparação Puxada-a-Puxada no desempenho do filtro PP 4DG na Distribuição de MeOH e A Figura 17 ilustra o efeito da composição de partícula no factor de carga na fibra PP-4DG.

Descrição Detalhada da Invenção

Analisando as Figuras 1 e 2, são ilustrados dois exemplos de filtros de cigarro de elevada eficiência, de acordo com a presente invenção. Será, também, imediatamente entendido que o âmbito desta invenção não está limitado a estas duas 7 configurações dos designs do filtro. Em vez disso, o âmbito da presente invenção inclui as configurações alternativas de filtro de cigarro que incorporam fibras que possuem microcavidades abertas ou semi-abertas carregadas com carbono e sílica gel APS em qualquer parte do filtro de cigarro que pode interagir com o fluxo do fumo. A Figura 1 é uma vista elevada lateral da secção apresentando um filtro bloco/espaço/bloco (P/S/P) ligado a um cigarro 10. O cigarro 10 possui uma configuração de rolhão 12 a jusante, um espaço 14 e um rolhão 16 a montante com o rolhão 12 a jusante, o espaço 14 e o rolhão 16 a montante estando todos ligados. Desejavelmente, o rolhão 12 a jusante é fabricado de CA ou qualquer outro material adequado para esta posição num filtro de cigarro. O rolhão 16 a montante pode ser igual ou diferente do rolhão 12 a jusante. Um cilindro 18 de tabaco é ligado ao rolhão 16 a montante utilizando um papel de filtro, como é conhecido na técnica. Uma quantidade de uma fibra 22 de microcavidade impregnada com um material 23 adsorvente/adsorvente é inserida no espaço 14. Neste exemplo não limitante, as fibras 22 contêm microcavidades abertas ou semiabertas que incluem, mas não estão limitadas a fibras com formas multilobais, como descrito na patente 368 e na patente US 5509430. Dois exemplos de fibras 22 adequadas são ilustrados nas Figuras 3 e 4. Um exemplo não limitante dessa fibra é fibra TRIAD™ de Honeywell possuindo um volume morto fraccionário interno desde cerca de 0,5 até cerca de 0,6. Estas fibras são capazes de captar mecânica ou electrostaticamente partículas finas dentro dos canais de microcavidade da fibra. As fibras com forma multilobal contendo tampas terminais seriam consideradas fibras com cavidades semi-abertas (ver Figuras 3 e 4) . As fibras multilobais sem as tampas seriam consideradas fibras com cavidades abertas (ver Figuras 8, 9 e 10) . As fibras podem ser construídas de qualquer material adequado para utilização em cigarros. Numa forma de realização preferida, as fibras são construídas de polipropileno ("pp") . Podem ser utilizadas outras fibras de microcavidade possuindo as mesmas características de desempenho na prática da presente invenção. Um exemplo de outras fibras são aquelas descritas acima, por exemplo, fibras da Eastman Chemical Company.

As partículas 23 finas adsorventes/absorventes para utilização nesta invenção são partículas de carbono e sílica gel APS que possuem capacidade para reagir ou reter componentes seleccionados do fumo da corrente principal do cigarro. Os pós de carbono utilizados podem ser, mas não estão limitados a base de madeira, base de carvão ou base de cascas de coco ou derivados de qualquer material carbonáceo. Opcionalmente, o pó sólido pode ser tratado com reagentes químicos desejados, de modo a modificar as superfícies da partícula para incluir um grupo funcional particular ou estrutura funcional. O pó de carbono de casca de coco disponível de Pica e uma sílica gel em pó de Amino Propil Sililo (APS) são exemplos das partículas 23 utilizadas para preparar as fibras impregnadas. Um modo de preparar as fibras impregnadas é utilizando uma quantidade em excesso das partículas 23 adsorventes/absorventes. As partículas 23 adsorventes/absorventes são, primeiro, misturadas mecanicamente com a fibra 22 num volume fechado. As partículas 23 em excesso são removidas através de qualquer meio convencional, tal como, mas não limitando, insuflando com uma corrente de ar ou separação com uma peneira, tal como uma peneira de malha N° 70. As fibras impregnadas resultantes possuirão, assim, um Factor de Carga (LF), cujo termo é definido 9 como a proporção do peso do material nas microcavidades da fibra divididas pelo peso da própria fibra. 0 Factor de Carga pode ser expresso como uma percentagem ou como um número decimal. Na prática da presente invenção, o Factor de Carga pode variar largamente, possuindo um valor de mais ou menos de 1,0 (quando expresso como um número decimal) dependendo dos materiais adsorventes/absorventes utilizados. O Factor de Carga pode variar entre cerca de 1% e cerca de 150%. Mais desejavelmente, o Factor de Carga é entre cerca de 20% e cerca de 80%. De um modo mais preferido, para pó de carbono de coco Pica, o Factor de Carga é de cerca de 50%. O tamanho de partícula de carbono é, de um modo preferido, desde cerca de 1 micron até cerca de 50 microns. As partículas 23 são mantidas nas fibras 22 com formas de microcavidades abertas ou semi-abertas através de interacção mecânica ou electrostática, evitando desse modo a exposição a ligantes ou plasticizantes utilizados nos processos de fabrico de filtros de cigarro. Não há necessidade da utilização de ligandos ou plasticizantes para obter as partículas para aderirem à fibra. Nos exemplos, as fibras 22 que são impregnadas com as partículas 23 são, então, inseridas no espaço 14 de um cigarro com um a configuração de filtro bloco/espaço/bloco e empacotados para uma densidade para alcançar o resultado desejado, para filtrar os componentes seleccionados da fase de gás do fumo, tais como aldeídos, dienos, benzeno, tolueno e cianeto de hidrogénio. Um invólucro 20 circundando o cilindro 18 de tabaco, rolhão 16 a montante, o espaço 14, a fibra 22 impregnada, e o rolhão 12 a jusante. 10 A Figura 2 ilustra uma forma de realização de filtro de cigarro alternativa da presente invenção possuindo uma configuração de rolhão/espaço. 0 cigarro 10A possui um rolhão 12 a jusante e um espaço 14. A fibra 22 impregnada com o adsorvente/absorvente 23 é inserida no espaço 14. A prática da presente invenção inclui a utilização de outras configurações de filtro multi-componente. A fibra 22 impregnada com o adsorvente/absorvente 23 actua como um componente do filtro e pode ser colocada em qualquer localização no ciqarro que é exposta ao fluxo do fumo, tal como as localizações do rolhão 12 e 16.

As Figuras 3 e 4 ilustram dois exemplos de fibras de microcavidade semi-aberta que são úteis na prática da presente invenção, como descrito na patente 368. A Figura 5 é uma ampliação da Figura 1 e ilustra as fibras 22 multilobais com as microcavidades semi-abertas estando impregnadas com partículas 23 finas adsorventes/absorventes numa configuração P/S/P. A Figura 6 é um gráfico que apresenta a obstrução ao fluxo (também descrita como o desempenho do filtro na "resistência à aspiração" (RTD)) de um filtro de cigarro P/S/P construído utilizando técnicas de carregamento de pó da técnica anterior. Os cigarros foram construídos utilizando o pó de carbono, curva 60 e sílica gel APS, curva 62. O gráfico ilustra o desempenho da filtração na obstrução ao fluxo em termos da percentagem de redução de metano (CH4) versus carga do filtro em miligramas. O metano não interage com os materiais de filtração e é utilizado como um indicador ou "padrão interno" para a distribuição global 11 de fumo à base de gás e como uma linha de base para o desempenho da filtração selectiva dos constituintes de fumo à base de gás. Isto é semelhante no conceito de utilizar "Matéria-Particulada-Total" ("TPM") como um indicador para a distribuição global de fumo de fase particulada. Isto é, foi preparado um cigarro P/S/P possuindo um espaço completamente vazio entre os rolhões. A distribuição do metano desse cigarro foi comparada com a de um cigarro possuindo uma quantidade de pó de adsorvente/absorvente solto colocado no espaço entre os rolhões. Este último cigarro apresentou, geralmente, alguma redução na distribuição do metano comparada com a do cigarro anterior. Contudo, como será explicado abaixo, a niveis muito baixos de pó adsorvente/absorvente adicionado, o último cigarro, na verdade, não apresenta redução de metano.

Quanto maior for a redução do componente do fumo do fluxo principal do metano, maior RTD é observado indicando redução do fumo global em vez de filtração selectiva de certos componentes de fumo.

Para chegar aos resultados apresentados na Figura 6, foi utilizado um cigarro experimental número 2280 com uma concepção de filtro P/S/P. A seguinte nomenclatura é utilizada nas tabelas de resultados para descrever as concepções de filtro alternado. A designação "Pl" refere-se a um rolhão a jusante e a designação "P2" refere-se a um rolhão a montante. Entre estes dois rolhões Pl, P2 há um espaço "S" que foi cheio com um determinado tipo de material. As designações seguintes são utilizadas para os vários materiais de fibra impregnada e não impregnada, utilizados no espaço: 12

Designação Descrição

F F(C) F(APS)

Fibra de Microcavidade não impregnada Fibra de Microcavidade impregnada com carbono Fibra de Microcavidade impregnada com APS

Assim, uma designação "Pl/F(C)/P2" refere-se a uma configuração de filtro P/S/P em que o espaço entre rolhões é preenchido com uma fibra de microcavidade que é impregnada com carbono. Uma designação "Pl/F(C)" refere-se a uma configuração de filtro de rolhão/espaço em que um rolhão é posicionado adjacente ao espaço contendo fibra de microcavidade impregnada com carbono.

Para criar os resultados ilustrados na Figura 6, os rolhões PI e P2 possuem um diâmetro de 7,5 mm e comprimentos de 14,5 mm e 8 mm respectivamente. Os pesos dos rolhões Pl e P2 foram de cerca de 77 e 45 mg, respectivamente. Os pós foram carregados no espaço cilindrico entre estes dois rolhões que possuem uma dimensão de cerca de 7,5 mm OD x 4,5 mm de comprimento. Os cigarros foram fumados em condições FTC e foi utilizado um sistema de detecção de IR desenvolvido no laboratório para medir a sua distribuição do metano. 0 carbono utilizado para as experiências foi a amostra N°99-2-3 à base de coco Pica com uma mediana do diâmetro de partícula de cerca de 10 micrómetros e a sílica gel APS utilizada foi uma sílica gel moída com tratamento de superfície específico com mediana do diâmetro de partícula de cerca de 5 micrómetros. A área de superfície da sílica gel APS foi de cerca de 300 m2/g e a área de superfície do carbono activado foi cerca de 2000 m2/g. A partir dos resultados apresentados na Figura 6, pode ser observado que quando a carga das partículas é de 40 mg ou menos, 13 o fluxo do fumo passou através do espaço entre os rolhões sem interacção suficiente entre os materiais absorventes/adsorventes e o fumo da corrente principal. De modo a alcançar melhor a interacção, foi aplicado mais pó no espaço. Tanto a poeira de carbono Pica como as amostras de silica gel APS moida apresentaram a redução de metano quando os seus niveis de carga foram superiores a 50 mg. Novamente, nestas experiências, os adsorventes/absorventes em pó ficam no fundo do espaço entre os rolhões, de modo que se criou um vazio acima do pó. Esse vazio permitiria que o fumo do fluxo principal passe com uma eficiência de filtração resultante inferior à desejada.

Os resultados de outra ronda de experiências realizadas com apenas 25 mg de pó entre os rolhões são ilustrados na Tabela 1. Nos exemplos, qualquer vazio no espaço acima do pó sólido fino foi eliminado após os dois rolhões Pl e P2 serem empurrados conjuntamente na estrutura do filtro de modo a comprimir o pó entre os rolhões. No exemplo 3, uma secção adicional do material de rolhão CA foi adicionada à estrutura do filtro após os rolhões terem sido comprimidos contra o pó. Foram observados niveis relativamente elevados de redução de metano para ambos os casos. Embora o tamanho de partícula pequeno seja desejado para o melhoramento da cinética de filtração, as partículas pequenas tendem a empacotar firmemente e bloquear o fluxo de fumo da corrente principal.

Tabela 1

Exemplo Tipo de Filtro X é Carbono X é APS 1 Pl/S(X)/P2 sem fibra -1% -7% 2 S/Pl/x/P2 94% 24% 14 (continuação)

Exemplo Tipo de Filtro X é Carbono X é APS 3 P/Pl/x/P2 94% 31% 4 P2/F(x) 3% -1% 5 P2/F(X)* -3% -1%

Para abordar os problemas acima descritos associados com a utilização de partículas pequenas em filtros de cigarro, a presente invenção compreende a utilização de fibras que possuem microcavidades abertas ou semi-abertas para reter pequenas partículas de carbono e sílica gel APS. As partículas de carbono finas e a sílica gel APS são, primeiro, impregnadas nas microcavidades das fibras e as fibras impregnadas são, então, incorporadas nos filtros de cigarro de acordo com a invenção de algum modo. As partículas pequenas podem ser distribuídas uniformemente no filtro de cigarro para interagir com o fluxo de fumo sem provocar a obstrução observada no fluxo que resulta das partículas pequenas estreitamente empacotadas. Como demonstrado pelos resultados na Tabela, 2,25 mg de pós sólidos, tais como carbono ou sílica gel APS carregados em cerca de 100 mg de fibras de microcavidade semi-abertas de configuração P/F(x), produziram filtração muito mais elevada de acetaldeído e cianeto de hidrogénio do que a configuração P/S(x)/P sem essas fibras de microcavidade carregadas, embora não tenha ocorrido redução óbvia de metano nestes exemplos, como apresentado na Tabela 1.

Tabela 2

Exp Tipo de Filtro Pó (mg) Tríade (mg) AA HCN 6 Pl/S(c)/P2 25 0 -19% -36% 7 P2/F(c) 25 106 -29% -69% 8 Pl/S(APS)/P2 25 0 -15% -26% 15 (continuação)

Exp Tipo de Filtro Pó (mg) Tríade (mg) AA HCN 9 P2/F(APS) 25 96 -36% -75%

Na Tabela 2, são utilizadas as seguintes abreviaturas: aa Acetaldeído HCN Cianeto de hidrogénio

As fibras de microcavidade impregnadas podem ter como alvos selectivos vários componentes de fumo do fluxo principal através da escolha dos materiais absorventes/absorventes utilizados. Um material preferido é pó de carbono, que pode ter como alvo uma vasta gama de componentes do fumo de cigarro, como ilustrado na Tabela 3 abaixo. TABELA 3

Amostra Exemplo Comparativo 10 Exemplo 11 Tipo de Filtro P3/F/P4 P3/F(C)/P4 P/F, mg 43 42 Carbono, mg 0 35 Acetaldeído -11% -29% Cianeto de hidrogénio 12% -27% 1,3-Pentadieno -8% -50% 1,3-Butadieno -21% -30% Isopreno -14% -46% Acroleína -27% -56% Benzeno -11% -63% Estireno -22% -91% Sulfureto de Hidrogénio 34% -34%

Na Tabela 3, são utilizadas as seguintes abreviaturas: 16 P/F/P: configuração de rolhão/fibra de microcavidade não impregnada/rolhão P/F(C)/P: configuração de rolhão/fibra de microcavidade impregnada com carbono/rolhão

No Exemplo 11 da Tabela 3, 35 mg de poeira de carbono à base de coco foram impregnados em 42 mg de tapete não tecido ligado por pontos produzido de fibra de microcavidade de 3 denier por filamento (dpf) Triad™. Esta amostra foi, então, inserida num espaço criado em filtros de cigarro referência N°1 R4F removendo 43 mg do cilindro de CA na secção do filtro. Havia uma redução significativa numa vasta variedade de componentes da fase de gás de acetaldeido para sulfureto de hidrogénio. 0 Exemplo 10 é um exemplo comparativo que demonstra que um efeito de redução de componente muito mais pequeno foi obtido utilizando fibra não impregnada para todos os compostos apresentados na tabela. O espaço nestas experiências foi criado de modo a que o comprimento de P3 seja cerca de 4 mm, P4 é 18 mm e o espaço entre eles é de cerca de 4,5 mm. A eficiência e selectividade da filtração podem ser ainda aumentadas para uma gama mais vasta de componentes se os reagentes químicos forem co-impregnados com os pós finos sólidos, como discutido por Xue et al., em "Highly Efficient Acid-Gas Removing Shaped Fiber Filters", "Fundamental and Applied Aspects of Chemically Modified Surfaces: The Royal

Society of Chemistry", 1999. A superfície do pó fino sólido impregnado adsorvente/absorvente pode ser modificada quimicamente e/ou fisicamente para possuir grupos funcionais e estruturas específicos para se dirigirem a certos componentes alvo. 17

Foi proporcionada uma sílica gel APS com a sua superfície modificada para possuir um grupo de amina primária -NH2 activo, que pode reagir selectivamente com componentes de fumo da corrente principal, tal como cianeto de hidrogénio e acetaldeído. Os exemplos apresentados na Tabela 4, foram criados utilizando um cigarro de referência N°2280 modificado para possuir uma configuração de filtro P/S. Primeiro, mais do que 20 cigarros, brancos, referência N°2280, "o controlo", foram fumados em condições ftc através de uma pilha de Cambridge e as distribuições do componente da fase de gás de metano, acetaldeído, cianeto de hidrogénio, metanol e isopreno foram medidos. A matéria particulada total ("TPM") foi derivada do peso ganho pela pilha de Cambridge como um resultado de fumar. As médias, desvio padrão ("SD") e desvio padrão relativo ("RSD") da TPM e os números de distribuição da fase de gás do metano destas experiências de branco são registadas na porção inferior da Tabela 4 e na porção superior da Tabela 6. A alteração nos resultados de distribuição para acetaldeído, cianeto de hidrogénio, metanol e isopreno registada nas Tabelas 4, 6 e 7 foram números calibrados utilizando o número da distribuição do metano. O SD e RSD destes números de distribuição relativa são também apresentados.

Para examinar os efeitos de fibras de microcavidade absorventes/adsorventes impregnadas, foi, primeiro, misturado um excesso de pós de carbono de coco ou sílica gel APS (cerca de 5-10 micron de mediana de diâmetro) e agitados com feixes de fibra de microcavidade (3 dpf., PP, pré-cortado para cerca de 1 polegada de comprimento) num saco de plástico fechado. O carregamento do pó foi derivado através do ganho em peso após o excesso do pó ter sido removido por peneira através de uma 18 peneira N°70. 0 Factor de Carga foi, de um modo preferido, mantido no intervalo entre cerca de 0,5 até cerca de 0,8 para o pó de carbono e entre cerca de 0,5 até cerca de 0,6 para o pó de APS. As amostras de fibra preparadas foram, então, inseridas no espaço de filtração no filtro de cigarro N°2280 após a remoção dos rolhões Pl e P2. O rolhão P2 foi então reinserido no filtro de cigarro para criar uma configuração P2/F (x) como descrito nas Tabelas 4 e 6. O cigarro resultante foi, então, testado sob protocolos de teste de FTC bem conhecidos. A sua TPM, percentagem de desvio do número de metano e a percentagem do desvio de acetaldeido, números de distribuição de cianeto de hidrogénio, metanol e isopreno, como calibrados utilizando metano como o padrão interno estão registados nas Tabelas 4 e 6.

Tabela 4 TIPO DE FILTRO CARB. (MG) MICROCAVIDADE FIBRA (MG) CH4 AA HCN MEOH ISOPR TPM (MG) P2/F (c) 25 106 -3% -29% -69% -43% -45% 9,2 P2/F(c)* 25 104 3% -31% -58% -46% -57% 5,3 P2/F(APS) 25 96 1% -36% -75% -13% -32% 9,0 P2/F(APS) 25 98 1% -46% -73% -5% -23% 7,3 P1/S/P2 avg, 0 0 434 1,33 0,22 0,26 0,18 14, 1 SD 30 0,08 0,03 0,02 0, 02 1,0 RS D 7% 6% 12% 7% 11% 7%

Para comparação, o carregamento das partículas nestas experiências foi mantido a cerca de 25 mg por 100 mg de fibra nos exemplos listados na Tabela 4. Considerou-se o número da percentagem do desvio para os componentes da fase de gás apenas significativos se os valores absolutos do componente foram 19 superiores a três vezes aquele do Desvio Padrão Relativo Correspondente (RSD). Isto foi comparado com o branco do filtro P1/S/P2. Todos os quatro exemplos na Tabela 4 não apresentaram aumento significativo no desempenho da obstrução-do-fluxo quando o rolhão Pl (77 mg) foi substituído por cerca de 100 mg de fibra de microcavidade carregada com 25 mg de pós finos sólidos na configuração P2/F(x). O número de alterações na distribuição do metano é muito menor do que RSD. Os pós foram principalmente retidos no espaço interno das microcavidades internas semi-abertas das fibras, por isso não restringem o fluxo de gás. O pó de sílica gel APS apresentou, selectivamente, reduções significativas elevadas da percentagem para acetaldeído (36-46%) e cianeto de hidrogénio (73-75%), mas números de redução de percentagem não significativos para metanol (5-13%) e isopreno (23-32%). Os pós de carbono apresentam reduções ligeiramente mais baixas e significativas de acetaldeído (29-31%) e cianeto de hidrogénio (58-69%), mas percentagens de redução mais elevadas e significativas para metanol (43-46%) e isopreno (45-57%). A selectividade dos filtros para vários componentes pode ser controlada pelo material adsorvente/absorvente utilizado. Exemplos adicionais que utilizam fibras de microcavidade de carbono ou sílica gel APS em pó impregnadas apresentando redução nas composições de fase de gás do fumo de acetaldeído, cianeto de hidrogénio, metanol, e isopreno encontram-se nas Tabelas 6 e 7.

Um objectivo adicional desta invenção é desenvolver filtros de fumo de cigarro que não podem apenas reduzir selectivamente certos componentes de fase gás, mas também controlar a distribuição de TPM. Uma vantagem particular dos filtros de cigarro novos da presente invenção é que eles permitem que os materiais adsorventes/absorventes sejam fixos numa configuração 20 favorável para interagir com o fluxo de gás sem bloquear a distribuição dos componentes desejáveis na fase particulada do fumo. As vias de passagem da fase particulada do fumo podem ser controladas ou optimizadas modificando a geometria de empacotamento e a densidade da fibra para a distribuição de TPM desejável no mesmo tipo de cilindros de cigarro. Isto pode ser ilustrado nos dois exemplos apresentados na Tabela 4, nos quais as fibras impregnadas incluídas foram posteriormente cortadas para metade dos comprimentos e empacotadas mais estreitamente no mesmo espaço. A distribuição da TPM do mesmo tipo de cigarro pode ser fortemente reduzida, de 9 mg para 5 mg, devido a um espaço inter-fibra menor, embora a redução da quantidade dos componentes da fase de gás não apresente alterações óbvias. A partir dos resultados apresentados na Tabela 5, verificou-se que baixando a densidade do empacotamento da fibra pode diminuir a redução de TPM. As configurações P2/F(x) com menos fibras de microcavidade impregnadas permitem maiores distribuições de fase particulada de fumo. Uma série de exemplos de filtros P2/F(x) construídos utilizando o cigarro N°2280, com cargas decrescentes em pó de carbono e fibra, foram preparados e testados. Os resultados de TPM e de distribuição da fase de gás estão registados na Tabela 5. Como esperado, a distribuição de TPM aumentou rapidamente à medida que o carregamento diminuiu. Ao mesmo tempo, a distribuição do componente da fase de gás também aumentou quando foi incluído menos carbono para a interacção da fase de gás. 21

Tabela 5 CARBONO (MG) FIBRA DE MICROCAVIDADE (MG) TOT.-L (MG) TPM (MG) AA (pG) HCN (pG) MEOH ISOPR ch4 40 80 120 5,4 211 5, 6 17 7 443 28 40 68 13, 5 380 22 43 36 502 15 20 35 21, 6 599 81 139 77 465 5 7 12 28, 4 730 108 177 90 494 0 0 0 26 706 139 166 94 522

Na Tabela 5 são utilizadas as seguintes abreviaturas: MEOH metanol ISOPR isopreno MG miligramas pG microgramas A Figura 7 é um gráfico derivado dos dados da Tabela 5.

Mostra os efeitos de carga na TPM e distribuição de componente de fase gás. No gráfico, identifica-se uma janela 72 de carga preferida de 45-65 mg de fibra impregnada com carbono (contendo cerca de 26-38 mg de fibra de microcavidade PP de 3 dpf e 19-27 mg de poeira de carbono). Neste intervalo de carga, a configuração P2/F(x) não só reduziu os componentes alvo da fase gás de acetaldeido, cianeto de hidrogénio, metanol e isopreno, mas melhorou também a distribuição de TPM. Na configuração P2/F(x), o espaço ocupado pela fibra impregnada é cerca de 7,5 mm OD X 18 mm (cerca de 800 mm3), de modo que a densidade de carga preferida para a fibra de microcavidade de 3-dpf é cerca de 32,5-47,5 mg/cm3. Enquanto o desempenho óptimo é observado na janela 72 de carga, o âmbito da presente invenção compreende a 22 utilização de outras cargas dependendo do desempenho de filtração desejado.

Para explorar ainda mais a acima mencionada janela 72 de carga preferida, os exemplos adicionais do cigarro N° 2280 com a configuração de filtro P2/F(x) foram preparados e testados. Os resultados são incluídos na Tabela 6. Os resultados na Tabela 6 mostram que todos os exemplos contendo 31 ou mais mg de fibra de microcavidade carregada com carbono têm reduções significativas de componentes da fase gás. Quando os filtros continham 40 ou mais mg de fibra, a redução de TPM torna-se significativa. Os exemplos utilizando fibras de microcavidade carregadas com silica gel APS de 3-dpf ilustradas na Tabela 7 mostraram as mesmas tendências. Mais interessante, a distribuição por tpm de certos componentes da fase gás (tais como acetaldeido, cianeto de hidrogénio, metanol e isopreno) do cigarro de referência N°2280, como apresentado na Tabela 8, pode ser altamente diminuído quando as fibras de microcavidade carregadas com pó absorvente/adsorvente são utilizadas numa configuração P2/F(x).

Tabela 6 A Redução das Quantidades de Componentes da Fase Gás do Fumo a partir da utilização de fibra com Microcavidades Impregnada com Pó de Sílica gel APS Sob a Configuração P2/F(x) no Cigarro de Referência Ns2280 Processamento Tipo de Filtro Carbono (mg) F (mg) TPM (mg) cf4 AA/ ch4 HCN/ ch4 MeOH/ ch4 Isopr/ ch4 TPM/ ch4 Média P1/S/P2 0 0 14,1 440, 7 1,33 0,21 0,25 0,17 0,032 SD 0 0 1,1 28,8 0, 08 0, 03 0,04 0,02 0,001 RS D 8% 7% 6% 14% 15% 9% 4% Exemplo 15 P/F(c) 25 106 9,2 420 -29% -6 7% -41% -43% -32% Exemplo 16 P/F(c) 25 104 5,3 447 -31% -58% -44% -55% -63% Exemplo 17 P/F(c) 40 80 5,4 443 -64% -94% -85% -91% -82% Exemplo 18 P/F(c) 28 40 13,5 502 -43% -79% -66% -58% -16% Exemplo 19 P/F(c) 21 40 12, 6 479 -28% -62% -34% -47% -15% 23 (continuação)

Processamento Tipo de Filtro Carbono (mg) F (mg) TPH (mg) cf4 AA/ ch4 HCN/ ch4 MeOH/ ch4 Isopr/ ch4 TPM/ ch4 Exemplo 20 P/F(c) 31 38 16,8 495 -31% -54% -29% -49% 6% Exemplo 20A P/F 0 37 16,7 477 +2,2% + 24% + 16% 0 + 9% Exemplo 21 P/F(c) 27 36 13, 8 438 -43% -59% -19% -54% -2% Exemplo 22 P/F(c) 16 31 14, 6 441 -20% -69% -15% -17% 3% Exemplo 23 P/F(c) 15 20 21,6 465 -3% -17% 20% -3% 45% Exemplo 24 P/F(c) 5 7 28, 4 494 11% 4% 43% 7% 80% Exemplo 25 P/S 0 0 26 522 2% 27% 27% 6% 56%

Tabela 7 A Redução das Quantidades de Componentes da Fase Gás do Fumo a partir da utilização de fibra com Microcavidades Impregnada com Pó de Sílica gel APS Sob a Configuração P2/F(x) no Cigarro de Referência Ns2280 Processamento Tipo de Filtro APS (mg) F (mg) TPM (mg) ch4 AA/ ch4 HCN/ ch4 MeOH/ ch4 Isopr/ ch4 TPM/ ch4 Média P1/S/P2 0 0 14,1 440, 7 1,33 0,21 0,25 0,17 0,032 SD 0 0 1,1 28,8 0,08 0, 03 0, 04 0, 02 0,001 RS D 8% 7% 6% 14% 15% 9% 4% Exemplo 26 P/F (APS) 25 98 7,3 439 -45% -72% -1% -20% -48% Exemplo 27 P/F (APS) 25 96 9,0 438 -36% -74% -10% -29% -36% Exemplo 28 P/F (APS) 24 43 12,1 396 -37% -62% 29% 5% -5% Exemplo 29 P/F_ (APS) 16 38 14,2 441 -21% -32% 42% 11% 1%

Tabela 8

Distribuição dos Componentes da Fase Gás de Fumo Por TPM do Cigarro de Referência Ne2280 com Filtros P2/F(x) Processamento Tipo de Filtro Pdr (mg) Microca— vidade (mg) TPM (mg) AA/TPM HCN/TPM MeOH/TPM Isopr/TPM Média P/S/P 0 0 14,1 41,47 6,68 7,85 5,35 SD P/S/P 0 0 1,1 2,32 0,87 1,00 0,38 RSD 8% 6% 13% 13% 7% 24 (continuação)

Distribuição dos Componentes da Fase Gás de Fumo Por TPM do Cigarro de Referência N22280 com Filtros P2/F(x) Processamento Tipo de Filtro Pdr (mg) Microca vidade (mg) TPM (mg) AA/TPM HCN/TPM MeOH/TPM Isopr/TPM CARBONO Diferença Relativa a PSP Exemplo 3 P/F(c) 25 105 9,2 5% -53% -14% -17% Exemplo 4 P/F(c) 40 80 5,4 -6% -84% -60% -76% Exemplo 5 P/F(c) 28 40 13, 5 -32% -75% -60% -50% Exemplo 6 P/F(c) 31 38 16,8 -35% -57% -33% -52% Exemplo 6A P/F 0 37 16,7 -6% + 11% + 9% -9% Exemplo 7 P/F(c) 27 36 13,8 -42% -60% -18% -54% Exemplo 8 P/F(c) 16 31 14,6 -23% -71% -18% -21% Exemplo 9 P/F(c) 15 20 21,6 -33% -44% -18% -33% Exemplo 10 P/F(c) 5 7 28,4 -38% -43% -21% -41% Exemplo 11 P/S 0 0 26 34% -20% -19% -33% APS Exemplo 12 P/F (APS) 25 98 7, 3 4% -46% 90% 53% Exemplo 13 P/F (APS) 25 95 9,0 0% -80% 40% 10% Exemplo 12 P/F (APS) 24 43 12,1 -34% -80% 34% 9% Exemplo 14 P/F (APS) 16 38 14, 2 -21% -34% 40% 9%

As fibras de microcavidades abertas podem ter qualquer forma desde que se encontrem na definição de microcavidade aberta. É apenas importante que a fibra tenha microcavidades abertas para permitir a impregnação da fibra com sílica gel amorfa e carbono. Por exemplo, as microcavidades abertas podem ser fibras convencionais em forma de Y de Acetato de Celulose, como ilustrado na Figura 8, ou de forma quadrilobal como ilustrado na Figura 9, fibras de forma 4-DG de Polipropileno (PP) de 25

Filtration Innovation Technology Inc. (FIT) ou uma das suas formas descritas em uma das Patentes de Eastman Chemical acima (tal como a Figura 10).

Também se verificou que quando as partículas absorventes utilizadas são suficientemente pequenas para serem capazes de serem impregnadas nas microcavidades internas das fibras, estas não vão obstruir o fluxo de gás entre fibras. Ao controlar a densidade e a distribuição das fibras, pode ser evitada uma RTD elevada na formação de um filtro de gás eficaz. Para ser impregnada nas cavidades superficiais das fibras convencionais 3dpf CA em forma de "Y', as partículas finas de carbono e sílica gel APS utilizadas devem ser menores do que 10 pm de diâmetro. Para fibras maiores, tais como as fibras de polipropileno ("pp") de 15 dpf em forma 4DG, o tamanho de partícula adequado pode ser maior do que 20 pm de diâmetro.

As partículas testadas nos exemplos que se seguem foram pó de carbono de coco de Pica e sílica gel tratada com APS (3-aminopropilsilanol) de Grace Davison. As fibras com forma impregnadas com partículas foram preparadas com o processo seguinte: Um certo peso em gramas, W0, da fibra acima é misturado com excesso de pó sólido num saco de plástico selado. Depois de agitação e mistura completas e em alguns casos, pressão manual, a mistura foi passada através de uma peneira N°20. O excesso adicional de pó nas fibras foi retirado numa câmara. A amostra foi, então, pesada e o peso alterou-se para Wx (em gramas) e a percentagem ganha através deste processo foi registada como retenção de partículas. Os dados de retenção de partículas dos exemplos estão listados na Tabela 9. É óbvio que estas partículas são impregnadas no espaço interno entre os lobos de 26 filamentos, de modo a não obstruírem o fluxo de gás entre as fibras.

Tabela 9

Capacidade de Retenção de Partículas de Várias Amostras de Fibra com Forma Exenqplo Fibra W0 Partícula Wi Retenção% 1 CA/Y2 179,72 APS1 195,71 9,20 2* CA/Y 840,51 APS 1052,50 22,0* 3 CA/Y 581,98 Carbono 3 640,83 10,11 4 CA/Y 1918,5 Carbono 2119,5 10, 48 5 CA/Y 185,97 Carbono 206,63 11,10* 6 PP/4DG1 246,73 APS 332,33 34, 70 7 PP/4DG 246,06 APS 348,86 40, 50 8* PP/4DG 270,91 APS 412,47 52,25* 9 * PP/4DG 302,31 APS 480,42 58,91* 10 PP/4DG 266,68 Carbono 396,47 48, 67 11 PP/4DG 272,83 Carbono 447,12 63,88* 12 PET/4DG1 251,94 APS 301,90 19,50 * Certa pressão manual em adiçao a agitação foi aplicada durante a impregnação do pó. 1) A fibra PP/4DG é a amostra DPL-283, dobrada 15 dpf, 2-num filamento longo; e PET/4DG é da amostra DPL-672, um 31-filament Yam, de 6 dpf,; ambos de FIT. 2) CA/Y é fibra de Acetato de Celulose trilobal normalmente utilizada na preparação de blocos de Cigarros 3) Pó de Carbono é poeira de carbono de casca de coco N°99-2-3 (diâmetro de partículas a variar de 1-10 micrómetros) de Pica 4) Pó de sílica gel APS foi pós de sílica gel tratado com 3-aminopropilsilanol de Grace Davison.

As fibras de retenção de partículas com microcavidades abertas não dependem apenas de uma coincidência geométrica entre as partículas e as microcavidades nas fibras, mas, também, do processo de impregnação. Como apresentado na Tabela 9, certo 27 nível depressão mecânica manual pode melhorar a retenção das partículas significativamente. A fibra CA 3dpf/ com forma de Y pode reter 9-22% de pó de sílica gel APS dependendo da força aplicada na impregnação, enquanto a sua retenção para a poeira do carbono de coco é apenas cerca de 10% devido à menor coincidência geométrica. Quase todas as partículas de sílica gel APS utilizadas possuem diâmetros no intervalo de 2-4 pm. as poeiras de carbono utilizadas são, contudo, de forma irregular, e algumas delas possuem uma dimensão de direcção única com um excesso de 5 pm, a profundidade das cavidades das fibras CA com forma de Y de 3dpf. Isto torna a poeira de carbono mais dura de empacotar no pequeno espaço superficial entre lobos da fibra CA mesmo com força mecânica. Para fibras com microcavidades mais profundas, tais como as das fibras de 15 dpf PP 4DG, os pós aqui utilizados devem ser capazes de ser empacotados nas cavidades. Como esperado, foi obtido um número de retenção superior no intervalo de 30-70%. As fibras de 6 dpf PET/4DG testadas mostraram uma menor retenção de partículas do que as fibras de 15 dpf PP/4DG para microcavidades superficiais.

Para formar filtros filtração de fase de gás eficazes, alguns dos materiais fibrosos preparados acima foram utilizados para substituir os blocos CA nas secções de filtro 1 de cigarros R4F. Depois, a RTD e índice de Diluição (DDI) das amostras de cigarro que resultaram terem sido determinadas como razoáveis, estas foram fumadas sob um Protocolo que executa puxadas de 55 mL durante 2 segundos em intervalos de 30 segundos entre as puxadas. A matéria particulada total (TPM) foi recolhida numa almofada Cambridge enquanto os componentes da fase gás foram medidos através de um sistema Laser FT-IR calibrado. Os resultados estão registados na Tabela 10 e Figuras 11 a 16. 28

Tabela 10 Dados do Fumo de Cigarros 1R4F com Filtros

Substituídos

Exemplo/Ref. Fibra Forma/ Pdr. Fibra/ mg pdr./mg DDI/ RTD/em H20 TPM (mg) / Puxada Intervalo IR4F CA (plasticizada) Y 186-194 0 26-32 128-149 1,88-2,85 Ε1/959Θ—52—3 CA Y 145 0 19 121 3, 43 E2/9598-52-4 CA Y 154 0 21 129 3,20 E 3/9 5 98-52-1 CA Y 229 0 27 203 2,12 E4/9598-52-2 CA Y 229 0 24 230 1,78 E5/9598-52-6 CA/Exemp-2 Y (APS) 104 23 27 93 2,37 E6/9598-52-5 CA/Exemp-2 Y (APS) 178 39 25 121 2,11 E7/9598-52-7* CA/Exemp- 2** P/Y(APS) 106 23 22 143 1,89** E8/9598-44-4 CA/Exemp-5 Y(Carbono) 120 13 22 118 2, 18 E9/9598-44-3 CA/Exemp-5 Y(Carbono) 130 14 22 146 2,08 E10/9598-43-5 CA/Exemp-4 Y(Carbono) 160 17 29 174 1,68 Ell/9598-43-3 CA/Exemp-4 Y (Carbono) 167 18 28 183 1, 47 E12/9598-53-1 PP 4DG 167 0 21 178 3,41 E13/9598-53—3 PP 4DG 155 0 21 133 3,38 El4/95 9 8-53-2 PP 4DG 143 0 21 108 3,89 E15/9598—53 — 8 PP/Exemp-7 4DG(APS) 104 36 25 95 3, 06 E16/9598—53—6 PP/Exemp-8 4DG(APS) 103 57 18 106 3,36 E17/9598-53-7 PP/Exemp-8 4DG(APS) 109 60 24 116 2,51 E18/9598-54-1 PP/Exemp- 11 4DG(C) 97 62 21 126 2, 91 *Sob Condições de Fumo de 55mL/2s por puxada com 30 s de intervalo entre puxadas ** Comprimento do filtro de 22 mm com mais 5 m de bloco plasticizado CA. O intervalo de valores para 1R4F listados na Tabela 10 foi derivada de mais de 10 amostras réplicas fumadas entre outros processamentos de amostras. Os seus filtros foram preparados utilizando plasticizantes. Para isolar os efeitos de plasticizantes, no exemplo El a E4, as amostras 1 de cigarro R4F com filtros foram preparadas a partir de fibras CA virgens sem a utilização de plasticizantes. O processo de preparação destas amostras começou com o passo de puxar uma quantidade de fibras a 29 reboque através de um papel de invólucro de extremidade pré-feito cilíndrico com um gancho. Após entrelaçamento, as partes homogéneas dos filtros envolvidos foram cortados em secções de 27 mm de comprimento e inseridos em cigarros 1 R4F para substituir os filtros CA originais. Os valores do peso da fibra CA listados são os do peso actual da fibra derivado do peso total do filtro excluindo o peso do invólucro da extremidade de cerca de 37,5 mg. Devido à maior carga da fibra CA, E3 e E4 possuíam distribuições maiores de RTD e menores de TPM do que EI e E2. Estas amostras podem servir como um melhor controlo do que o 1 R4F regular para mostrar os efeitos da inclusão de pós nas amostras de cigarro seguintes preparadas sob condições semelhantes.

Nas amostras de cigarro E5 e E6, a fibra CA impregnada com pó de sílica gel APS do Exemplo 2 (Tabela 10) foi utilizada na preparação dos seus filtros de 27 mm de comprimento. Dependendo da carga da fibra, 23 a 39 mg de pó de sílica gel APS foram incluídos nos filtros após o processo. Em E7, um bloco CA regular de 5-mm de comprimento foi adicionado como um bocal, de modo que a fibra CA listada e o pó de APS foi comprimida numa secção de 22-mm de comprimento. Esta compressão resulta numa distribuição de RTD ligeiramente maior e menor de TPM, mas ambos os valores são ainda comparáveis com os de 1R4F regular. Os efeitos deste pó APS incluído nos componentes da fase gás podem ser claramente apresentados pelos dados da distribuição de AA e HCN puxada a puxada nas Figuras 11 e 12. Sob RTD iguais, com APS no filtro, E6 mostrou uma distribuição significativamente reduzida de AA e HCN puxada a puxada em relação à de E2 e controlos regulares 1R4F. 30

As amostras de cigarro E8-11 foram preparadas a partir de fibras CA impregnadas com pó de carbono do Exemplo 4 e 5 (Tabela 10) utilizando o processo descrito em El-4. Devido a baixa retenção de partículas, apenas 13 a 18 mg de pó de carbono foram incluídos nas amostras. Uma carga elevada de fibra em E10 e Eli resultou numa carga de carbono mais elevada, mas a sua RTD e TPM estavam ambas fora do intervalo comparativo para 1R4F. Com uma carga de fibra inferior, E8 e E9 possuem valores de RTD e TPM comparáveis com os das amostras 1R4F. Foram preparados duplicados das amostras E8 e E9, E8A e 9A foram preparadas para avaliar a eficácia do pó de carbono incluído. Sob condições FTC, a 4a puxada do cigarro foi analisada com o método ("GC/MS"). Utilizando etano como o padrão interno e o cigarro 1R4F como o controlo, está listada na Tabela 11 uma lista seleccionada de constituintes de fumo da fase de gás foi reduzida na distribuição destas duas amostras. Os valores listados na Tabela 11 são apenas utilizados para demonstrar o conceito de benefícios incluindo carbono nos filtros de cigarro nesta técnica. Crê-se que estes valores podem ser ainda amplificados se a retenção de pó de carbono for aumentada com partículas de carbono mais pequenas ou maiores fibras CA.

Tabela 11. Efeitos da inclusão de Partículas de Carbono Finas na Alteração dos Componentes do Fumo

Amostra IR4F E9A/9598-44-1 E8A/9598-44-2 Tipo de Filtro CA- Plasticizada CA/Y(Carbono) * * CA/Y(Carbono) * * CA/mg 186-194 136 122 Carbono/mg 0 15 13 RTD/mmH20 128-149 128 120 DDI/_% 25-30 22 22 Acroleína Controlo -22,3% -18,8% 1,3-Butadieno Controlo -23,7% -11,4% 31 (continuação)

Amostra IR4F E9A/9598-44-1 E8A/9598-44-2 Isopreno Controlo -36,6% -14,2% Ciolopentadieno Controlo -32,2% -17,5% AA Controlo -10,5% -8,9% 2.4-hexadienal Controlo -24,4% -11,5% ch2ci2 Controlo -41,7% -98,1% Estireno Controlo -35.5% -19,2% O-xileno Controlo -37.6% -32,3% Me-Mercaptano Controlo -22.9% -10,6% COS Controlo -21.1% -14,8% *4a puxada sob condições FTC, GC/MS detector/etano interno **Bloco com 37,5 mg de invólucro de papel de topo.

Os E12-14 da Tabela 10, são amostras de cigarros de controlo preparadas a partir da inserção de amostra de fibra virgem PP 4DG prensada de 15 dpf nas secções do filtro de 1 R4F. Como esperado, quanto maior for a carga de fibras virgens, maior é a RTD. Os E15-18 da Tabela 10, são amostras de cigarro preparadas a partir de fibras 4DG PP carregadas com pó de APS ou pó de carbono obtidas dos exemplos 7, 8 e 11 na Tabela 10. Devido à fibra larga e cavidades fundas disponíveis nestas fibras, foi alcançada uma boa retenção de partículas (até 64%) para o carbono e APS. Sob distribuição comparável de RTD e TPM, podem ser carregados volumes elevados (até 60 mg) de pó de carbono ou APS em cada cigarro.

Os efeitos das partículas absorventes carregadas nos constituintes da fase gás podem ser demonstrados com os dados apresentados nas Figuras 13-16. Geralmente, o carbono mostrou uma vasta actividade contra uma vasta gama de compostos através de um processo de adsorção física, enquanto os pós de APS com superfície tratada apresentaram actividade seleccionada contra certos constituintes, tais como aldeídos e HCN via processos de 32 reacção química. Nas Figuras 15 e 16, é óbvio que o pó de carbono possui actividade de remoção de compostos, tais como isopreno e metanol enquanto o pó de APS não apresentou actividade significativa sob a mesma condição de teste. Na remoção dos memos compostos, apresentaram diferentes cinéticas e actividades de reacção. Esta diferença pode ser demonstrada com os dados da distribuição puxada a puxada para o acetaldeído (AA) na Figura 13. 0 carbono apresentou características de absorção

física típicas, que absorveram a maior parte do AA nas primeiras e 2as puxadas, depois atingiram gradualmente a saturação após as 6a puxadas. A sílica gel APS possuía uma menor superfície física, que foi utilizada muito rapidamente na primeira puxada. Devido a uma taxa de reacção química lenta, a reacção entre o grupo amina no pó APS e AA não funcione até à 5a puxada. A redução máxima da distribuição de AA atingiu-se por volta da 9a puxada. Foi também encontrada uma diferença entre carbono e pó de APS nos dados da distribuição Puxada-a-Puxada de HCN apresentados na Figura 14, em que a saturação da superfície física para os de carbono e APS foram mais lentos devido a um menor nível de exposição.

Os exemplos adicionais de filtros fibra com forma de acordo com a invenção contendo misturas de pós foram preparados como se segue: 2,0 g de 5 composições diferentes de misturas de pó foram preparadas por mistura e agitação de 0, 0,5, 1,0, 1,5 e 2,0 g de pó de sílica gel APS (Grace Davison) com 2,0, 1,5, 1,0, 0,5 e 0 g de poeira de carbono de coco Pica n°99-2-3, respectivamente, em cinco sacos de plástico com fecho zip comerciais 3X5. As misturas de pó foram misturadas e agitadas nos sacos. 33

Os pós foram impregnados nas fibras por inserção de 0,5 g de fibra PP 4DG (15 dpf prensado, 2-polegadas de comprimento, N°DPL 283 de FIT) em cada um dos cinco sacos contendo o pó e selado. Após agitação sem pressão manual, as misturas de fibra e pó foram filtradas numa peneira N° 40. O excesso de pó foi removido por agitação e poeiras, isto foi efectuado até não ser observada a queda de pó quando vertido num pedaço de papel branco. A percentagem de peso ganho pelas amostras ao longo do processo foi registada como o Factor de Carga na Figura 17.

Os cigarros foram alterados, primeiro, utilizando um enrolador para remover os blocos de filtro CA dos cigarros de rastreio N°1 R4F, deixando uma secção oca de 27-mm de comprimento. Depois, uma certa quantidade das amostras de fibra impregnada acima foi lentamente inserida nesta secção oca para servir como filtro. A resistência para a concepção de ("RTD") e índice de Diluição Directo ("DDI") das amostras que resultaram foram medidas utilizando um analisador CFO ANALOGIC Champions™ Series e registados na Tabela 12. As amostras de cigarro aqui preparadas tiveram RTD comparável (127-152 mm H20) e índice de Diluição (24-31%) ao do padrão 1 R4F como apresentado na Tabela 12. A Tabela 12 ilustra o efeito de carga mista de APS e pó de carbono na Distribuição total 1 R4F sob condições FTC. 34

Tabela 12 Efeito de Carga Mista APS e Pó de Carbono na Distribuição Total de 1R4F Sob

Condições de FTC 3 5

Teste APS/C Pdr PP- TPM AA HCN MeOH Isopr ch4 Puxada BT/mln dia AA/CH4 ml MeOH / Isopn Ddl RTD (mg) 4DG {mg} (Pg) (Pg) ch4 CH2 ch4 (mg) controlo 1 R4F Média 0 0 13,0 527,9 75,2 65,0 65,9 365,7 9,2 8,3 1,44 0,21 0,18 0,18 SD 0 0 0,5 70,7 12,6 10,3 U 29,5 0,4 4% 0,5 6% 0,12 0,03 0,02 0,00 RSD 0 0 4% 13% 17% 16% 9% 8¾ 8¾ 12% 10% 3% DPL 283 filtro Alteração interno PP-4DG 9563- 80-A 100/0 40,3 155 9,7 296,9 21,91 60,9 57,24 355,3 9 8,8 4 -42% -70% -3% -11% 31 132 9563- 100/0 80-9 40,0 154 10,8 409 33,79 78,3 70,79 407,8 10 9,0 4 -30% -60% 8% -4% 30 141 9563- 80-C 75/25 39,0 152 13,6 393,7 36,49 74,6 53,84 433,1 10 9,0 4 -37% -59% -3% 31% 24 140 9563- 75/25 80-D 40,3 158 10,6 470,3 46,67 65,08 51,23 435,4 11 9,9 4 -25% -48% -16% -35% 31 152 9563- 80-E 50/50 40,8 152 11,9 447,5 44,96 80,14 46,01 442,5 10 9 10 -30% -51% 2% -42% 24 127 9563- 50/50 80-F 41,5 154 11,9 471,2 51,11 72,14 48,97 444,7 10 9 10 -26% -44% -8% -39% 30 137 9563- 80-G 25/75 41,5 153 11,5 428,9 54 65,76 39,34 428 10 9,0 10 -30% -39% -13% -49% 30 128 9563- 25/75 80-H 41,3 152 12,3 430,9 64,83 67,29 36,96 422,5 10 9,0 10 -29% -25% -10% -51% 30 128 9563- 80-1 0/100 42,3 154 13,1 317,8 37,73 43,39 22,92 435,8 10 9,0 10 -49% -58% -40% -71% 25 129 9563- 0/100 80-J 42,4, 154 13,6 357,1 57,84 49,1 24,01 412,1 9 8,8 10 -40% -32% -33% -68% 24 127 *Sob condições de Fumo FTC " Configuração do Filtro:

As amostras de cigarro foram equilibradas numa sala de controlo sob uma temperatura de 72 °F e Humidade Relativa de 60% durante, pelo menos, 24 horas antes de serem fumados sob condições FTC com um isqueiro eléctrico. A matéria total particulada ("TPM") do fumar foi recolhida e medida pesando almofadas de Cambridge. A composição da fase gás do fumo foi analisada com um sistema laser Infravermelho calibrado. Os dados seleccionados a partir do teste são como apresentados na Tabela 12 e as Tabelas 13-16 a seguir. TABELA 13 9563-80L 9563-80-B 9563-80-C 9563-80-F 9563-80-H 956 3-80-J AA (]ig) Puxada IR4F APS100/CO APS75/C2 5 APS50/C50 APS25/C75 APS01C100 1 26,47 19,96 16,34 23,54 23,13 18,37 2 81, 71 15,55 11,14 17, 74 20, 79 11,64 3 6 6,94 21,52 11,21 21,86 26,24 14,19 4 56,91 30, 7 16,07 32,34 24,11 30,09 5 69,15 31,05 30,23 46,67 42,49 46,42 6 74,64 40,58 47, 48 58,91 35,19 42, 76 7 76,54 49,59 55,63 57,39 53,29 53,45 8 69,24 66 7,5 44,21 71,26 77, 05 64,46 9 95,52 62,4 72,52 60,85 60,35 75, 7 10 61,12 88,84 80,59 68,26

Tabela 14 9563- 9563-80-B 9563-80-C 9563-80-F 9563-80-H 9563-80-J 80L HCN (pg) Puxada IR4F APS100/C0 APS75/C25 APS50/C50 APS25/C75 APS0/Cl00 1 4,98 1, 74 1,64 2,57 4,51 3,36 2 7,13 0, 75 0,85 1, 18 2,35 1,94 3 8, 73 0, 85 0,97 1, 54 2,86 1,45 4 8, 56 1,55 2,00 2, 99 2, 78 3,67 5 10,24 2, 45 2,66 2, 59 5,21 4,91 6 12,31 3,53 3,27 4,83 4,38 5,87 7 13,72 4, 84 5,08 6,1 9, 04 9,31 8 12,12 5,99 3,58 7,15 11,03 13 9 15,68 6,09 6,98 8, 49 11,02 14,33 10 6,00 9,48 13,67 11,65 36 ISOP 9563- 80L 9563-80-B Tabela 15 9563-80-C 9563-80-F 9563-80-H 9563-80-J Puxada IR4F APS100/C0 APS75/C25 APS50/C50 APS25/C75 APS0/C100 1 4, 41 2,86 1, 75 1,46 2,2 2,1 2 11,9 9,87 0,1 0,04 0,18 0 3 7,3 6,7 0,51 0, 73 0, 76 0 4 8,24 6,48 1,37 1,89 1,53 0 5 9,2 6, 6 4,1 2, 79 2,86 0,76 6 7 6,85 6-19 5,14 2,86 2,08 7 9, 11 6,52 8, 77 7,16 5,08 4,05 8 8,53 9,05 7,28 10,24 7,4 5,95 9 10 9,29 8,63 7,25 10,87 13,2 8,86 10,66 6,22 7, 89 9,07

Tabela 16 9563-80L 9563-80-B 9563- -8 0-C 9563-80-F 9563-80-H 9563-80-J ME OH Puxada IR4F APS100/C0 APS75/C25 APS50/C50 APS25/C75 APS0/C100 1 4,4 4,2 4,07 4, 92 6,01 4, 85 2 5, 65 4,29 1, 89 3,14 2,85 2, 64 3 6, 75 5, 49 1,98 3,3 2,96 2, 47 4 6, 48 5,27 3, 56 4,65 3,51 1, 77 5 8,3 5, 92 4, 49 4,64 3,86 3,59 6 9,5 7,9 7, 56 7,42 4,87 4, 64 7 11, 36 7,77 9,15 9,02 7,12 6,9 8 11, 88 10, 53 10, 47 10,94 9, 72 9, 43 9 18, 73 13,24 12, 92 9,88 11,52 13, 01 10 13, 71 18, 53 14,23 14,87 A Figura 17 ilustra o efeito da composição de partícula factor de carga na fibra PP- 4DG Não existia difere significativa no factor de carga de 100% de partículas APS para 100% de carbono. A percentagem de carga de todas as cinco composições variou de forma estreita de 25,6 a 27,5%. A Tabela 12 sumariza os cigarro preparadas acima sob distribuição de Metano total dados do fumo de amostras de condições FTC. Utilizando a (CH4) como padrão interno, as 37 distribuições totais de AA HCN, MeOH e Isopreno do cigarro foram comparadas com os números médios do fumo de 6 cigarros de controlo 1 R4F ao mesmo tempo. A diferença de percentagem da comparação acima é considerada significativa se os seus valores absolutos forem superiores a 3 vezes o do número de desvio padrão relativo das amostras de fumo controlo 1 R4F. A partir da Tabela 12, é evidente que 100% de carga de carbono mostrou uma redução significativa para AA, HCN, MeOH e isopreno enquanto 100% de pó de sílica gel APS mostrou apenas uma redução significativa para AA e HCN. As três composições de mistura mostraram redução significativa, mas não melhor para AA e HCN do que o carbono puro ou amostras de pó de APS. De forma interessante, a comparação de misturas também mostrou uma redução significativa para isopreno mas não para MeOH. As misturas parecem ter uma maior selectividade para isopreno mais do que para MeOH do que conseguem o carbono e sílica APS. Devido a alteração na selectividade da filtração entre os diferentes componentes de fumo, o portfolio do componente distribuído será alterado. Isto pode proporcionar uma ferramenta para ajustar o paladar do cigarro.

As tabelas 13-16 mostram os dados da distribuição puxada a puxada de AA, HCN, Isopreno e MeOH das amostras de cigarro respectivamente. Como apresentado na Tabela 13, todas as cinco composições apresentaram na maior AA nas primeiras 3-4 puxadas e, gradualmente, perdem a sua actividade nas puxadas posteriores. Não existia diferença significativa nas curvas de distribuição puxada a puxada de AA entre as cinco composições. Como apresentado na Tabela 14, o pó de sílica APS possui uma actividade superior para HCN do que o pó de carbono, especialmente nas puxadas posteriores (Puxadas 7-9), enquanto 38 todas as composições de mistura mostraram nivel de actividade entre estas duas amostras puras. Nas Tabelas 15 e 16, a sílica gel APS não apresentou actividade significativa para isopreno e MeOH enquanto o carbono mostrou uma boa redução para estes dois componentes. As composições de mistura apresentaram vários níveis de actividade para isopreno e MeOH entre as de apenas pó de carbono e pó de sílica gel APS. É possível criar um portfolio variado de composições de distribuição de fumo utilizando misturas de pó de sílica gel APS e pó de carbono de coco. As misturas de pó de sílica gel APS e pó de carbono mostraram vários niveis de actividade de filtração entre as das formas puras de carbono ou sílica gel APS. A utilização de misturas de composições variadas de carbono e silica gel APS no filtro de fibra com forma pode levar a diferentes paladares de fumo em relação à utilização apenas das formas puras.

Em conclusão, demonstrou-se que fibras com forma com microcavidades abertas ou semi-abertas de superfície podiam ser utilizadas para preparar filtros melhorados para as filtrações da fase gás. As suas microcavidades podem ser utilizadas para reter partículas absorventes finas de carbono e pós de silica gel APS sem se expor a RTD elevada. Os filtros de cigarro de acordo com a presente invenção preparados a partir destas fibras impregnadas sem plasticizante mostraram uma maior eficácia na remoção de certos constituintes do fumo de cigarro do que os filtros CA convencionais em cigarros 1R4F. Dependendo da característica da superfície dos pós sólidos impregnados, a remoção dos componentes da fase gás pode ser realizada através de adsorção fisica ou mecanismo de reacção química. 39

Seleccionando o mecanismo de reacção, certos componentes do fumo de cigarro podem ser selectivamente removidos. A presente invenção proporciona filtros de cigarro altamente eficientes possuindo uma capacidade para remover selectivamente certos componentes da corrente principal do fumo. Dependendo nas componentes que são alvo para redução, o carbono e silica gel APS adsorvente/absorvente incluído pode ser quimicamente tratado ou co-impregnado com certos reagentes químicos que possuem elevada reactividade e selectividade para estes componentes. 0 tamanho das partículas de carbono e sílica gel APS adsorventes/absorventes utilizado pode ser concebido para serem muito mais pequenas do que os conhecidos na técnica anterior de modo a possuir uma cinética melhorada da reacção da fase gás. 0 tamanho de partículas preferido pode ser ajustado pelo denier e a abertura e o volume das cavidades na fibra. Para uma fibra de microcavidade de 3-dpf fibra, o tamanho de partícula enclausurada pode estar no intervalo de 1-15 micrómetros. Uma fibra de microcavidade de 6-dpf pode manter partículas maiores do que 1-15 micrómetros. Significativamente, as partículas foram enclausuradas no volume interno da fibra pela sua inclusão no volume da referida fibra. As partículas finas incluídas não aumentam significativamente a resistência ao fluxo de gás exibida pelas próprias fibras, carregadas ou não. A distribuição da TPM de uma cigarro pode ser controlada e optimizada através do controlo da densidade de empacotamento e geometria das fibras e será largamente independente da extensão de modo que estas fibras are carregadas com materiais adsorventes/absorventes finamente divididas.

Outros materiais poliméricos incluindo, mas não se limitando a, poliéster e polissulfona podem também ser utilizados para as 40 fibras de microcavidades em filtros de cigarro desta invenção. Outros materiais de fibra podem ser utilizados desde que sejam compatíveis com a utilização do cigarro.

As microcavidades, como aqui descritas, não têm de ser continuas. As fibras impregnadas podem ser incluídas em qualquer parte do filtro de cigarro em qualquer possivel concepção de engenharia que lhes permita ser expostas à corrente de fumo para atingir o efeito definido nesta patente.

Enquanto são apresentadas e descritas certas estruturas especificas de filtro de cigarro que incorporam a invenção, manifesta-se aos especialistas da técnica que podem ser efectuadas várias modificações e rearranjos das partes.

Lisboa, 22 de Março de 2010 41

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Filtro de cigarro compreendendo uma fibra contendo microcavidades semi-abertas estando as referidas cavidades carregadas com carbono e silica gel APS.
2. 2. Filtro de cigarro compreendendo uma fibra contendo microcavidades abertas estando as referidas cavidades carregadas com carbono e silica gel APS.
3. 3. Filtro de cigarro de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a referida fibra é uma fibra trilobal.
4. 4. Filtro de cigarro de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a referida fibra é uma fibra quadrilobal.
5. 5. Filtro de cigarro de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que os referidos carbono e silica gel APS estão numa proporção para fibra numa quantidade de 1% a 150% em peso.
6. 6. Filtro de cigarro de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que a referida fibra é carregada com fibra de carbono de coco e silica gel APS.
7. 7. Filtro de cigarro de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que a fibra possui cerca de 3 denier por microcavidade do filamento e os referidos carbono e silica gel APS possuem um tamanho de partícula de 1 a 15 micrómetros. 1
8. 8. Filtro de cigarro de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que o referido filtro não contém ligantes ou plasticizantes ou substancialmente não contém ligantes ou plasticizantes.
9. 9. Cigarro compreendendo uma configuração bloco/espaço/bloco possuindo um bloco a jusante, um espaço, um bloco a montante e tabaco, em que um filtro de acordo com qualquer reivindicação anterior é carregado no espaço e o referido bloco a jusante, o referido filtro que está no referido espaço, o referido bloco a montante e o referido tabaco estando envolvidos num invólucro.
10. 10. Cigarro compreendendo uma configuração bloco/espaço possuindo um espaço, um bloco a montante e tabaco, em que um filtro de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 8 é carregado no espaço e o referido filtro que está no referido espaço, o referido bloco a montante e o referido tabaco estando envolvidos por um invólucro. Lisboa, 22 de Março de 2010 2