TW201328614A - 吸煙物品用過濾器及吸煙物品 - Google Patents

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Tatsuya Masui
Kenichi Itabashi
Noritoshi Fujita
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Japan Tobacco Inc
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Abstract

本發明係提供一種吸煙物品用過濾器，係防止吸附劑節段之吸附性能隨著流入吸附劑節段之煙草煙的溫度上升而降低，並可有效地去除揮發性有機化合物。本發明之吸煙物品用過濾器具有吸附劑節段、以及設置在前述吸附劑節段前段之空腔。

Description

吸煙物品用過濾器及吸煙物品
本發明係有關吸煙物品用過濾器及使用該吸煙物品用過濾器之吸煙物品。
近幾年有關吸煙行動對健康之顧慮逐漸受到議論，且考慮到未來預期成分之上限管制等，降低特定成分對於香煙製造商而言乃當務之急，對此已實施有種種因應之道。對降低特定成分而言，香煙過濾器為有效且重要的部位，搭載有新技術的過濾器亦擴展到市場。
一般的香煙過濾器係由長絲狀或纖維狀的醋酸纖維絲束或紙等而製作，並藉由過濾機構去除粒相成分。但是，該等材料對於去除以蒸氣相存在之羰基、氰化物、硫化物、烴化合物等之揮發性有機化合物(VOCs)並非有效果的。
為了去除該等蒸氣相成分，一般而言係在過濾器添加吸附劑。吸附劑可舉出活性碳、多孔性材料、離子交換樹脂、黏土礦物等。過濾器中之吸附劑的形狀為粒狀與粉末狀。具體而言，係採用將粒狀的吸附劑填充於過濾器中的空腔、或使粒狀的吸附劑結合在過濾器素材(例如木炭紙(paper charcoal)過濾器)、或使粉末狀的吸附劑分散在過濾 器素材中(例如醋酸木炭過濾器)等之構造。在該等吸附劑節段之蒸氣相成分的吸附能力，大致上規定於吸附劑之全微細孔之容積。一般而言，已知吸附劑的溫度上升時，隨著吸附劑內部之分子運動變得活潑，外觀上之全微細孔容積減少，而使吸附能力降低。
吸煙時，在燃燒錐之煙草煙的溫度上升到700℃，且該煙在香煙柱中冷卻。但是，隨著吸煙之進行而香煙柱長變短且可冷卻之區域變短時，溫暖的煙流進到過濾器使得過濾器內的溫度上升。或者，以高流量吸煙時，煙草煙持有的熱量變多，再者，煙的流速上升使煙在香煙柱中之滯留時間縮短，故未充分冷卻之煙流進到過濾器，使得過濾器中的溫度上升。
在多數的香煙中，吸附劑節段係配置在靠近煙草棒側，而溫暖的煙流進到吸附劑節段的結果係使吸附能力變低。根據香煙不同，吸附劑節段配置在醋酸纖維過濾器後段，但醋酸纖維過濾器冷卻煙草煙的溫度之效果低，結果溫暖的煙流進到吸附劑節段，以致吸附能力降低的可能性高。
[先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特表2007-507230號公報
專利文獻2：日本特開2008-43345號公報
專利文獻3：日本特開2008-43346號公報
專利文獻4：日本特開2008-43347號公報
本發明的課題係在提供一種吸煙物品用過濾器及吸煙物品，係防止吸附劑節段的吸附性能伴隨著流入到吸附劑節段之煙草煙的溫度上升而降低，並可有效地去除揮發性有機化合物。
依據本發明之一態樣，係提供一種吸煙物品用過濾器，其具有吸附劑節段、以及設置在前述吸附劑節段前段之空腔。
依據本發明其他的態様係提供一種吸煙物品，其具有煙草棒以及前述吸煙物品用過濾器。
依據本發明之吸煙物品用過濾器及吸煙物品，藉由將空腔設置在吸附劑節段前段，而防止伴隨流入到吸附劑節段之煙草煙的溫度上升所引起之吸附劑節段的吸附性能降低，而可有效地去除揮發性有機化合物。
1、2、3、4、5‧‧‧試驗用香煙
10‧‧‧煙草棒
11‧‧‧煙絲
12‧‧‧捲紙
20‧‧‧過濾器
21‧‧‧木炭過濾器
22‧‧‧空腔
24‧‧‧不鏽鋼網目
25‧‧‧熱電偶
26‧‧‧活性碳
91‧‧‧活性碳過濾器
第1圖係實施例1之試驗用香煙的剖面圖。
第2圖係表示實施例1之各種試驗用香煙之蒸氣相成分的降低率E1之圖。
第3圖(a)及(b)係實施例2之試驗用香煙的透視圖。
第4圖(a)及(b)係實施例2之試驗用香煙的透視圖。
第5圖係表示實施例2之試驗用香煙的溫度測量結果 之圖。
第6圖係表示有關實施例2之各種試驗用香煙之蒸氣相成分的降低率E1之圖。
第7圖係實施例2/對照組活性碳之成分暴露量的比。
以下就本發明的實施形態加以說明。
本發明之吸煙物品用過濾器具有吸附劑節段、以及設置在前述吸附劑節段前段之空腔。空腔係攪拌流入的煙草煙，且將煙草煙的煙溫度分布平均化，結果認為具有使煙溫度下降之作用。
在本發明中，空腔的長度較佳為在20mm以上。在本發明之吸煙物品用過濾器上較佳為未設置有通氣孔。
在本發明中，包含在吸附劑節段之吸附劑係從由活性碳；氧化矽、氧化鋁、氧化鈦、鋁矽酸鹽、沸石等之金屬氧化物；中孔洞氧化矽，矽膠；水滑石，海泡石等之黏土礦物；離子交換樹脂；及上述表面改質物或凝膠化物，以及上述之組合所成群組選擇。吸附劑係吸附煙草煙中之1種以上的蒸氣相成分。吸附劑的形狀為球形粒狀、非球形粒狀、纖維狀、粉末狀或粉末的造粒物。包含在吸附劑節段之吸附劑的量較佳為35mg以下。
在本發明中亦可將冷卻體填充到空腔。冷卻體係從由金屬、不鏽鋼等之合金、金屬氧化物；蒙脫土、膨潤土(bentonite)等之黏土物質；硼砂、氫氧化鈣、碳酸鈣、消石灰、生石灰等之石灰類；二水石膏、石膏灰泥等之石膏類； 與石膏類相同地含水量大的如例示之沸石之物質；氫氧化鋁、硫酸鋁、碳酸鎂、氫氧化鎂、碳酸氫鈉、矽酸鈉以及該等之組合所成群組選擇。冷卻體係使過濾器中的煙草煙之溫度降低。冷卻體的形狀較佳為網目狀與纖維狀等。此種形狀的冷卻體可提高空腔內的空隙率，故不會阻礙煙草煙的混合效果。
本發明之吸煙物品具有煙草棒與上述吸煙物品用過濾器。使用開孔捲紙來捲繞煙草絲，藉此使得冷卻煙草煙之效果變得更高。
本發明之吸煙物品用過濾器不限於與一般煙草棒連接的情況，亦可與包括加熱式煙草之煙草以及噴霧式煙草連接。
(實施例)
以下參照實施例更詳細說明本發明。
實施例1
在本實施例中對使用有過濾器之香煙進行各種實驗，該過濾器係將空腔配置在吸附劑節段之煙草棒側。
1.實驗
1.1試料
1.1.1活性碳(吸附劑)
試驗用的吸附劑係使用以28網目及70網目的篩子所篩選的粒徑212至600μm之椰殼活性碳(從kuraray chemical股份有限公司取得)。活性碳的BET比表面積約1100m2/g。在22℃、RH 60%之條件下調和活性碳。
1.1.2木炭過濾器
試驗用之木炭過濾器係使用醋酸木炭過濾器。在長度20mm之該過濾器中，以50mg/10mm過濾器的量添加上述1.1.1之活性碳。將過濾器之甘油三醋酸酯(triacetin)添加量設為6wt%。過濾器之氣流阻力為31mmH2O/10mm過濾器。
1.1.3捲紙
未實施開孔處理之捲紙係使用市售香煙所使用之產品捲紙(P-35，日本製紙papylia)。
作為用以檢驗電開孔捲紙的效果之捲紙，使用的捲紙係在低基重、低燃燒調節劑捲紙上透過電開孔裝置在電壓200V、頻率50Hz之條件下施以開孔處理者。此電開孔捲紙之透氣性為570CU(Coresta Unit)。
在捲紙上從末端每隔8mm之間隔而共計在6處作記號，並作為吸煙位置。
1.1.4用以檢驗空腔的效果之試驗用過濾器
使用在活性碳的吸附能力試驗之過濾器係準備以下之2級別。
用以檢驗空腔的效果之本實施例的試驗用過濾器，係使用在前述1.1.2之長度20mm的木炭過濾器前段設置長度20mm之空腔者。
對照試驗用過濾器，係使用在長度20mm之木炭過濾器前段未設置空腔者。
1.1.5用以檢驗捲紙效果之試驗用香煙
第1圖表示本實施例之試驗用香煙的剖面圖。試驗用 香煙1係藉由連接煙草棒10與過濾器20而製作。以捲紙12捲繞煙絲11而製作煙草棒10。過濾器20係在木炭過濾器21前段設置有空腔22者。
使用在活性碳之吸附能力試驗的香煙係準備以下2級別。
依照ISO3402將使用有產品捲紙(P-35，日本製紙papylia)之市售香煙，在22℃、RH 60%之條件下調和1星期以上後，切斷過濾器部，直接連接上述1.1.4之試驗用過濾器，並作為本實施例之試驗用香煙。
如以下般製作用以檢驗電開孔捲紙的效果之試驗用香煙。將使用樣本產品捲紙(P-35，日本製紙papylia)之市售香煙，依照IS03402在22℃、RH 60%之條件下調和1星期以上後，切斷過濾器部，復將產品捲紙(P-35)變更為前述1.1.3之電開孔捲紙，且連接前述1.1.4的試驗用過濾器，並作為本實施例之試驗用香煙。
任何試驗用香煙中，過濾器皆為無開孔。
1.2活性碳之吸附率評估
1.2.1煙草煙成分的捕集
將表1所示之各試驗用香煙供作試驗用。使用R26單根香煙自動抽煙機(Borgwaldt KC Inc.製造)，且利用以下手法對試驗用香煙5根進行吸煙試驗。點燃香煙，而藉由自然燃燒使燃燒線到達作記號之吸煙位置後，以規定的吸煙容量(流量27.5mL/秒(捲紙使用P-35時)、35mL/秒(使用電開孔捲紙時)、吸煙時間2秒/噴煙)重覆進行吸煙6次，利 用劍橋過濾器(Cambridge Filter)(Borgwaldt KC Inc.製造、CM-133)捕集(包含初始噴煙之總共7噴煙所產生的)原焦油，並將通過上述劍橋過濾器之煙捕集到以乾冰-異丙醇冷媒冷卻到-70℃的甲醇10mL中。在劍橋過濾器加上捕集煙草煙之甲醇溶液10mL及內標準溶液(d-32十五烷0.05mg/mL,d-1-乙醇50mL/L、茴香腦2mL/L、1,3-丁二醇4mL/L)1mL且震動30分鐘，同時萃取內容成分。
1.2.2煙的成分分析
在前述1.2.1.1捕集煙草煙，並利用微量注射器定量萃取原焦油之甲醇溶液1μL，利用GC-MSD進行分析。GC 使用Agilent 7890A(Agilent Technologies Inc.)，MSD(質譜儀)使用Agilent 5975C(Agilent Technologies Inc.)。從試驗用香煙所得之色層分析的峰面積，依照下式(1)求各試驗用香煙之蒸氣相成分的降低率。
在此，Xi為以內部標準物質之峰面積將各煙的成分之峰面標準化的值，Ai為煙中成分i之峰面積，B為內部標準物質d-32十五烷之峰面積。Xi,in為使用產品捲紙(P-35)且無過濾器之試驗用香煙(批號1)的Xi，Xi,out為用以檢驗空腔的效果及捲紙的效果之試驗用香煙(批號2至6)的Xi。因此，Ei表示批號2至6的各試驗用香煙相對於批號1的各試驗用香煙之蒸氣相成分的降低率。
2.結果
第2圖表示針對批號2至6之各試驗用香煙之蒸氣相成分的降低率Ei。蒸氣相成分係選擇乙醛、丙烯醛、丙醛、苯、甲苯作為代表成分。
比較第2圖之批號2與批號3時，將設置有空腔之批號3與沒設置有空腔之批號2相比較，可知任一蒸氣相成分的降低率皆高。此係因以空腔部攪拌煙草煙而將煙草煙之煙溫度的分布平均化，結果使煙溫度下降。此外，從批號4的資料來看，可知比起使用產品捲紙之單捲(批號1)，使用電開孔捲紙之單捲更會降低蒸氣相成分。此係因透過 使用電開孔捲紙使通氣Vp增大，而使蒸氣相成分的產生量減少。此外，從批號6的資料來看，可知藉由將空腔設置在活性碳過濾器前段且使用電開孔捲紙，可更降低蒸氣相成分。
實施例2
在本實施例中，將空腔設置在吸附劑節段之煙草棒側，且對在空腔內填充有冷卻體之香煙進行各種實驗。
1.實驗
1.1試料
1.1.1活性碳(吸附劑)
試驗用之吸附劑係使用以28網目及70網目的篩子所篩選的粒徑212至600μm的椰殼活性碳(由kuraray股份有限公司取得)。活性碳的BET比表面積約1100m2/g。以22℃、RH 60%調和活性碳。
1.1.2冷卻體
試驗用的冷卻體係使用市場販賣的SUS304不鏽鋼網。網目大小為100網目。將前述網打孔成香煙過濾器的大小(7.8mm直徑)並供試驗用。
1.1.3溫度測量裝置
為了測量煙草煙溫度，準備市售的R型熱電偶(0.05mm直徑)。
1.1.4用以測量煙草煙溫度之試驗用過濾器的製作
使用於煙草煙溫度測量之試驗用過濾器係準備以下2級別。
本實施例之試驗用過濾器(批號A)，係製作在前段設置空腔，而將前述1.1.2之不鏽鋼網以厚度成為30mm之方式堆疊且封入到空腔內者。
對照試驗用過濾器(批號B)係準備不使用不鏽鋼網之過濾器。
1.1.5用以測量煙草煙溫度之香煙
使用於測量煙草煙溫度之香煙係使用市售香煙。依照1S03402，將市售香煙在22℃、RH 60%之條件下調和1星期以上後，切斷過濾器部，且連接上述1.1.4之試驗用過濾器，而製作試驗用香煙。此外，將過濾器的通氣設為零。
如第3圖(a)所示，本實施例之試驗用香煙2係藉由連接煙草棒10與過濾器20而製作。煙草棒10係以捲紙12捲繞煙絲11而製作。過濾器20係在前段設置空腔，且以與1.1.4相同之厚度成為30mm之方式將不鏽鋼網堆疊且封入到空腔內者。
如第3圖(b)所示，對照的試驗用香煙3係藉由連接煙草棒10與紙管30而製作。
1.1.6用以評估活性碳的吸附能力之試驗用過濾器
使用於評估活性碳的吸附能力之試驗用過濾器係準備以下2級別。
用以檢驗冷卻體的效果之本實施例的試驗用過濾器，係製作在前段設置空腔，且以與1.1.4相同之厚度成為30mm之方式將上述1.1.2的不鏽鋼網堆疊且封入到空腔內，且將上述1.1.1之規定量的活性碳配置到其後段，且 在活性碳後段設置上述1.1.2的不鏽鋼網之過濾器。
對照的試驗用過濾器，係製作配置規定量的上述1.1.1之活性碳，且在活性碳後段設置上述1.1.2的不鏽鋼網者。
1.1.7用以評估活性碳的吸附能力之試驗用香煙
使用於測量煙草煙煙溫度之香煙係使用市售香煙。依照ISO3402，在22℃、RH 60%之條件下將市售香煙調和1星期以上後，切斷過濾器部，且連接上述1.1.6之試驗用過濾器，並製作試驗用香煙。再者，過濾器設為無開孔。
如第4圖(a)所示，本實施例之試驗用香煙4係藉由連接煙草棒10與過濾器20而製作。煙草棒10係以捲紙12捲繞煙絲11而製作。過濾器20，係在前段設置空腔，且以與1.1.4相同之厚度成為30mm之方式將不鏽鋼網24堆疊且封入到空腔內，且將活性碳26配置在不鏽鋼網24後段，並在活性碳26後段以作為蓋子之方式設置不鏽鋼網(圖上未標示)。
如第4圖(b)所示，對照之試驗用香煙5係藉由連接煙草棒10與過濾器40而製作。配置活性碳26，且在活性碳26後段以作為蓋子之方式設置不鏽鋼網(圖上未標示)。
1.2試驗條件
1.2.1測量過濾器溫度
上述1.1.5的本實施例之試驗用香煙進行溫度測量時，如第3圖(a)所示，在不鏽鋼網24之正後方配置上述1.1.3之熱電偶25。
上述1.1.5之對照的試驗用香煙進行溫度測時，如第3 圖(b)所示，在煙草棒10之正後方配置上述1.1.3的熱電偶25。
將熱電偶25的插入點密封且進行溫度測量。
為了檢驗冷卻體的效果，進行試驗用香煙之溫度測量。使用R26單根香煙自動抽煙機(Borgwaldt KC Inc.製造)，依照canadian Intense smoking Regime(CIR、流量27.5mL/秒、吸煙時間2秒/噴煙、吸煙頻率2噴煙/分)使上述1.1.5之試驗用香煙自動吸煙並測量溫度。
1.2.2活性碳吸附性能試驗
1.2.2.1捕集煙草煙的成分
如下列表2所示，將上述1.1.7之試驗用香煙供作試驗用。使用自動抽煙機((Borgwaldt KC Inc.製造)，依照canadian Intense smoking Regime(CIR、流量27.5mL/秒、吸煙時間2秒/噴煙，吸煙頻率2噴煙/分)使試驗用香煙10根自動吸煙。通過劍橋過濾器(Borgwaldt KC Inc.製造，CM-133)的煙，係以利用乾冰-異丙醇的冷媒冷卻到-70℃之甲醇而補集。
1.2.2.2蒸氣相成分分析
利用微量注射器將定量上述1.2.2.1之捕集煙草煙之甲醇溶液1mL，且利用GC-MSD進行分析。GC(氣相層析)使用Agilent 7890A(Agilent Technologies Inc.)，而MSD(質譜儀)使用Agilent 5975C(Agilent Technologies Inc.)。依照下式(2)，從試驗用香煙所得到之色層分析的峰面積而求批號A及批號B的各試驗用香煙之蒸氣相成分的吸附率。
在此，Ai,in係活性碳量為0mg時(批號A0及B0)之煙 中成分i的峰面積，Ai,out係活性碳量30mg、60mg或100m時之煙中成分i的峰面積。此外，Ai,in_A及Ai,in_B各別表示本實施例之試驗用香煙及對照的試驗用香煙其對於活性碳節段的成分暴露量。兩者的成分暴露量比Si(實施例/對照組)係以下式(3)表示。
2.結果
2.1過濾器溫度的測量結果
第5圖表示在上述1.2.1實施溫度測量之結果。於過濾器入口測量溫度之批號B中，4噴煙之後之溫度慢慢地上升，最後到達80℃。另一方面，測量不鏽鋼網正後方溫度之批號A中，無法確認顯著的溫度上升，而最高溫度為31度。由此結果來看，可知藉由配置不鏽鋼網可防止流入過濾器之煙草煙的溫度上升。此外，可知不利用通氣孔的冷卻效果，亦可防止煙草煙之溫度上升。
2.2評估活性碳吸附性能
第6圖表示藉由上述1.2.2所實施的活性碳吸附性能試驗而得到之蒸氣相成分及半揮發性成分的吸附率Ei。成分係選擇乙醛、丙烯醛、丙醛、苯、甲苯作為代表成分。
從第6圖來看可知以相同活性碳量之試驗用香煙進行比較時，任一成分的吸附率皆為批號A>批號B。此外， 例如從批號A1與批號B2或B3的比較來看，可知批號A1達成與批號B2與B3相匹敵的吸附率。亦即，可知在批號A中即使是以較少的活性碳量亦可達成高吸附率。
第7圖表示對於活性碳之成分暴露量比S1。如第7圖所示，從S1接近1來看，可知不管有無使用不鏽鋼網，對於活性碳之成分暴露量的比皆為相同程度。
綜合判斷以上結果可知，在批號A中，藉由冷卻體而使流入到活性碳節段之煙草煙溫度下降並可防止活性碳之吸附性能降低，故活性碳之蒸氣相成分的吸附量為批號A>批號B。
1‧‧‧試驗用香煙
10‧‧‧煙草棒
11‧‧‧煙絲
12‧‧‧捲紙
20‧‧‧過濾器
21‧‧‧木炭過濾器
22‧‧‧空腔

Claims (11)

  1. 一種吸煙物品用過濾器，係具有吸附劑節段、與設置在前述吸附劑節段前段之空腔。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之吸煙物品用過濾器，其中，前述空腔的長度為20mm以上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之吸煙物品用過濾器，其未設置有通氣孔。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之吸煙物品用過濾器，其中，包含在前述吸附劑節段之吸附劑係從由活性碳、氧化矽、氧化鋁、氧化鈦、鋁矽酸鹽、沸石、中孔洞氧化矽、矽膠、水滑石、海泡石、離子交換樹脂所成群組選擇。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之吸煙物品用過濾器，其中，前述吸附劑的形狀為球形粒狀、非球形粒狀、纖維狀、粉末狀或粉末的造粒物。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之吸煙物品用過濾器，其中，包含在前述吸附劑節段之吸附劑的量為35mm以下。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之吸煙物品用過濾器，其中，在前述空腔填充有冷卻體。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之吸煙物品用過濾器，其中，前述冷卻體係從由金屬、合金、金屬氧化物、黏土物質、硼砂、氫氧化鈣、碳酸鈣、石灰、石膏、沸石、氫氧化鋁、硫酸鋁、碳酸鎂、氫氧化鎂、碳酸氫 鈉以及矽酸鈉所成群組選擇。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之吸煙物品用過濾器，其中，前述冷卻體的形狀為網狀或纖維狀。
  10. 一種吸煙物品，其具有煙草棒、以及申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述之吸煙物品用過濾器。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之吸煙物品，其中，前述煙草棒係以開孔捲紙捲繞菸絲者。
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