TW201703657A - 用於吸菸製品的活性碳珠 - Google Patents

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羅拉卡諾 卡沙諾瓦
穆罕默德 奧辛尼
奧拉羅度荷西羅米拉 阿納亞
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Abstract

吸煙製品包括一菸用材料和在所述菸用材料下游的活性碳粒子。所述活性碳粒子是從一全種子生產。所述活性碳粒子具有一長度、寬度和高度。所述長度、寬度和高度中的至少兩者分別是在約1mm至約7.5mm的範圍內。所述顆粒可以是球狀體，在這種情況下，長度、寬度和高度將是相同的或相似的。

Description

用於吸菸製品的活性碳珠
本發明係有關具有包含活性碳的濾嘴的吸菸製品。
可燃吸菸製品菸製品，例如香菸，通常具有由包裝紙包覆的經切碎的菸草(通常以切絲填料的形式)而形成一煙草桿。香菸係由消費者藉點燃其一端並燃燒經切碎的菸草桿來使用。吸煙者接著藉由在香菸的相反端或濾嘴端抽吸而將主流煙氣納入口中。該濾嘴被定位以在主流煙氣被輸送到吸煙者之前捕集主流煙氣中的一些成分。
已有先前技術提出若干種吸菸製品，其中的煙霧產生基質例如菸草係被加熱而非燃燒。在加熱式吸菸製品中，氣溶膠係藉由加熱諸如菸草的氣溶膠產生基材來產生。已知的加熱式吸菸製品包括，例如，其中氣溶膠係經由電加熱或經由將熱自可燃性燃料元素或熱源轉移至氣溶膠產生基材來產生的吸菸製品。吸煙期間，來自熱源之熱傳遞使氣溶膠產生基材中釋放出揮發性化合物，且該揮發性化合物夾帶在經吸菸製品吸入之空氣中。隨著所釋放之化合物冷卻，其凝結而形成供消 費者吸入之氣溶膠。亦已知曉之吸菸製品，其含尼古丁之氣溶膠為自菸草材料、菸草萃取物或其他尼古丁來源在無燃燒情況下且在一些狀況下在無加熱情況下產生，例如經由化學反應產生。這種不可燃的吸菸製品也可包括定位以在主流煙氣被輸送到吸煙者之前吸收煙氣成分於吸收煙氣的一濾嘴。
在吸菸製品中的濾嘴，無論是易燃或不燃，可含有活性碳，以從煙氣中移除選定的成分。
活性碳顆粒或滾圓活性碳一般用於濾嘴，以選擇性地吸收煙氣成分。不使用活性碳粉末是因為它的尺寸太小，無法被濾嘴材料例如醋酸纖維素絲束留住。然而，含有活性碳顆粒或球的濾嘴仍有受到粒子突破的傾向，其發生於當活性碳粒子從濾嘴釋放，並在吸煙者在吸菸製品的嘴端抽吸時進入吸煙者的口腔的時候。某種程度上，粒子突破可以歸因於活性碳產生的過程。活性碳通常通過碳化和活化一含碳聚合物或一碳的植物來源，例如椰子殼，然後造粒或粉碎製成。活性碳粉末或顆粒可以通過使用粘合劑被球化或可被擠出。含有所產生的顆粒、球或擠出的材料的活性碳組合物可包括導致突破的粒子。
此外，粒子的突破可以從處理含有活性碳的濾嘴或從將這種濾嘴結合於吸菸製品而產生。例如，具有活性碳的濾嘴的連續桿可以切割成較小的節段，以用於在吸菸製品的生產線上與吸菸製品結合，且切割含有活性碳的濾嘴會導致先前截留的活性碳粒子的釋放。
本發明的一個目的在於製造用於吸菸製品中的活性碳，其中所述活性碳在吸煙過程中表現出比目前使用活性碳的吸菸製品更少的粒子突破。本發明的另一個目的在於簡化用於吸菸製品的活性碳的製造過程。基於閱讀並理解包括以下權利要求書和附圖的本發明，本發明的其它目的對本領域的技術人員將是顯而易見的。
在本發明的各個方面，一種吸菸製品包括一菸用材料和在菸用材料下游的活性碳粒子。所述活性碳粒子具有一長度、寬度和高度。所述長度、寬度和高度中的至少兩者分別是在一個從約1mm到約7.5mm的範圍內。優選地，所述粒子具有一橢圓的形狀，例如一球體形狀，而在這種情況下，長度、寬度和高度將是相同的或相似的。優選地，所述活性碳粒子是由一具有類似於所得活性碳粒子的尺寸和形狀的生物材料形成。在優選的實施例中，所述生物材料是一種子。優選地，所述種子是一全種子，而活性碳粒子是通過碳化和活化該全種子產生。因此，一個種子可以產生一個活性碳粒子。
在本發明的優選方面，一種吸菸製品包括一菸用材料和在該菸用材料下游的一活性碳粒子。所述活性碳粒子是由一種子產生。所述活性碳粒子具有一長度、寬度和高度。長度、寬度和高度中的至少兩者分別是在一個從1mm到7.5mm的範圍內。
如在本文所使用的，“菸用材料”是當一材料被放置在一吸菸製品且該吸菸製品被適當地由一使用者使用時，生成遞送到一吸菸製品使用者的氣溶膠的材料。
在本發明的各個方面，一種用於製造一吸菸製品的方法包括：處理一材料以形成活性碳粒子和將所述活性碳粒子材料摻入濾嘴中。所述材料基本上由一種具有長度、寬度和高度的生物材料組成。所述長度、寬度和高度中的至少兩者分別是在一個從1mm到10mm的範圍內。
10‧‧‧菸製品
20‧‧‧桿
30‧‧‧濾嘴
32‧‧‧濾塞
33‧‧‧空間
34‧‧‧濾塞
40‧‧‧捲菸紙
50‧‧‧接裝紙
60‧‧‧濾塞包覆物
80‧‧‧活性碳粒子
圖1係部分展開之吸菸製品之一具體實施例的示意透視圖。
圖2-3係包括活性碳粒子的濾嘴之實施例的示意縱向剖視圖。
本發明的吸菸製品和方法的各個方面相對於目前可用的包括活性碳的吸菸製品或用於製造這種吸菸製品的相關聯的方法可以具有一或多個優點。例如並且如在本發明中所描述的，毫米大小的活性碳粒子可在沒有如滾圓或擠出的額外處理步驟下而製成。藉由另一個實例，毫米大小的活性碳粒子可以不使用粘合劑而製成。如又一實例，粒子突破可因為在活性碳的生產過程中缺少對壓碎或造粒步驟的要求而降低。此外，已發 現天然的生物前趨物可用於產生活性碳粒子，其具有適合在用於吸菸製品的濾嘴和這種濾嘴的製造以及含有這種濾嘴的吸煙製品中使用的硬度。此外，濾嘴可以包含一個單個的活性碳粒子，其可避免使用通常用於製造包括活性碳的濾嘴的濾嘴組合器。碳傳遞可因為使用單個或少量的活性碳粒子而非根據典型濾嘴的製造過程使用大量活性碳粒子而減少。活性碳粒子還能有利地作為用於在吸菸製品的煙霧輸送食用香料的媒介。由於相對較大的粒子尺寸，所述活性碳粒子也可以作為在吸菸製品中的限流器。此外，所述活性碳粒子可用於降低來自主流煙氣的某些煙霧成分的濃度。在閱讀及理解本發明後，本文中描述之吸煙製品之一或多個態樣的額外優點對於熟習此項技術者將為顯而易見的。
任何合適的源材料皆可用於形成具有一長度、寬度和高度的活性碳粒子，其中所述長度、寬度和高度中的至少兩者或較佳三者全部分別是在一個從1mm到7.5mm的範圍內。在這些尺寸的範圍內，源材料可具有任何合適的形狀和大小。較佳地，所述活性碳粒子在碳化之前或之後皆為從源材料產生，而未經造粒、粉碎或以其它方式減小源材料或所產生的碳或化或活化粒子的大小。較佳地，所述活性碳在碳化或碳或化及活化之前或之後皆為從源材料產生，而未通過例如黏聚顆粒來增加源材料的大小。因此，所產生的活性碳粒子是由單個源材料粒子製成。這樣一來，源材料和所產生的活性碳粒子具有相同或相似的形狀和大小。
例如，所述活性碳粒子可以具有範圍為從中生成活性碳粒子的源材料尺寸的約40%至約100%。雖然本發明不涉及機械分裂整個顆粒，顆粒的尺寸仍可以從在碳化和活化過程中被縮小。在一些較佳的實施例中，活性碳粒子可以具有範圍為從中生成活性碳粒子的源材料尺寸的約50%至約100%，較佳為從約60%至約100%，更佳為從約70%至約100%，甚至更佳為從約80%至約100%。
所述源材料可具有任何合適的長度、寬度和高度。較佳地，所述源材料被選擇，使得所產生的活性碳粒子具有至少兩個尺寸，例如寬度和高度，其類似或小於該活性碳粒子預計插入其中的吸菸製品的相應尺寸。在較佳的實施例中，所述源材料具有一範圍為從約1mm至約10mm的長度。在較佳的實施例中，所述源材料具有一範圍為從約1mm至約10mm的寬度。在較佳的實施例中，所述源材料具有一範圍為從約1mm至約10mm的高度。較佳地，所述長度、寬度和高度中的至少兩者分別是在約1mm至約10mm的範圍內；更佳為在約2mm至約8mm的範圍內。更佳地，所述長度、寬度和高度三者全部皆分別是在約1mm至約10mm的範圍內；更佳為在約2mm至約8mm的範圍內。
較佳地，所述源材料具有一橢球的形狀。例如，所述源材料可以是一球體。在這樣的實施例中，所述源材料的長度、寬度和高度將是相同的或相似的。
較佳地，源材料的最小長度、寬度和高度的範圍為源材料的最大長度、寬度和高度的約70%至約99.9%。更佳地，最小的長度、寬度和高度的範圍為最大長度、寬度和高度的約80%至約99.9%。甚至更佳地，最小的長度、寬度和高度的範圍為最大長度、寬度和高度的約90%至約99.9%。
較佳地，所述源材料為一生物材料。較佳地，所述生物源材料的尺寸是所述生物材料未改變的天然尺寸。例如，所述生物材料在自然狀態下，較佳為上述源材料的尺寸。
較佳地，所述生物材料是由或基本上由種子組成。用來產生活性碳粒子的具有較佳尺寸和形狀的種子的實例包括但不限於：蓮蕉種子如美人蕉種子、阿馬波拉或罌粟種子如虞美人種子、莧菜或莧紅種子如籽粒莧種子、粟或小米如黍種子、芥末或芥菜籽如白芥種子、黑胡椒種子如胡椒種子、棕梠種子如海棗種子、義大利鼠李種子如銀邊義大利鼠李種子、豆瓣香樹種子如豆瓣香樹種子、杜松種子如酸刺柏種子、圓柏種子如腓尼基刺柏種子、假辣椒種子如秘魯胡椒木種子。
活性碳可以由任何合適的碳質源材料來製造，例如種子。活性碳是用來描述具有一廣泛伸展的內部孔隙結構的含碳吸附劑群的總稱。活性碳可以通過任何合適的方法來生產，例如物理活化或化學活化。在物理活化中，源材料藉由使用熱氣碳化和活化而研製成活性碳。碳化的方法包括在高溫下熱解源材料，通常在 缺氧狀態下在約600℃至約900℃的範圍。活化包括將碳化材料在溫度超過250℃，例如約800℃，暴露於氧化的空氣中，例如蒸汽、二氧化碳或氧。用於活化/氧化的溫度通常為約600℃至約1200℃，例如約850℃。
化學活化包括將原料源材料以某些化學品浸漬，如酸、鹼或鹽，例如磷酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氯化鈣或氯化鋅。然後將原料在通常低於物理活化碳化的溫度下碳化。例如，用於化學活化碳化的溫度可以在從約450℃至約900℃的範圍內。碳化和活化可能同時發生。
對於本發明的目的，碳質源材料可通過任何合適的方法來活化。較佳地，活化發生在碳化之後的步驟中。較佳地，碳化顆粒通過物理活化方法活化。
任何合適的加熱速率可以在碳化或活化過程中使用。在一些實施例中，溫度是以約每分鐘5℃或約每分鐘10℃的速率增加，直到達到在碳化期間所需的溫度。溫度增加的速率可以被降低，例如以約每分鐘1℃，以在需要或希望時防止在碳化期間顆粒的黏聚。在一些實施例中，在一活化製程中的溫度增加速率為約每分鐘5℃。
孔隙尺寸和表面特徵可以根據眾所周知的技術而變化，其可影響活性碳可以刪除選定煙霧成分的效率，例如1,2-丙二烯、1,3-丁二烯、異戊二烯、苯、1,2-戊二烯、1,3-環戊二烯、2,4-己二烯、1,3-環己二烯、甲基-1,3-環戊二烯、苯、甲苯、對二甲苯、間二甲苯、 鄰二甲苯、苯乙烯(苯乙烯基)、1-甲基吡咯、甲醛、乙醛、丙烯醛、丙醛、異丁醛、2-甲基異戊醛、丙酮、甲基乙烯基酮、聯乙醯、甲基乙基酮、甲基丙基酮、甲基-2-呋喃酮、氰化氫、丙烯腈、一氧化碳及其組合。控制活性碳孔徑分佈和表面特性，如表面氧濃度，在本領域中是眾所周知的能力。參見，例如，(i)WO 2010/103323 A1，標題為「用於在微孔碳中增加中孔的方法(METHODS FOR INCREASING MESOPORES INTO MICROPOROUS CARBON)」；(ii)Lillo-Rodenas，等(2005)，「具有不同孔徑分佈和表面氧族的活性碳對並低濃度苯和甲苯吸附的行為(Behaviour of activated carbons with different pore size distributions and surface oxygen groups for benzene and toluene adsorption at low concentrations)」，Carbon 43：1758-1767；和(iii)Romero-Anaya，等(2010)，「球形活性碳對低濃度甲苯的吸附(Spherical activated carbon for low concentration toluene adsorption)」，Carbon 48：2625-2633。一般而言，孔徑分佈和表面特性可以容易地通過調節活化空氣(例如O2、CO2或蒸汽)和活化時間和溫度來修正。進一步的處理，例如在惰性空氣中，可以進行表面氧含量的修正，而無需修改孔隙率。本領域的技術人員可以容易地調整活化參數，以實現在本發明的濾嘴和吸菸製品利用活性碳粒子。
用於本發明的濾嘴或吸菸製品的活性碳粒子較佳具有約500m2/g或更大的特定的表面積 (BET)。通常，活性碳將具有約2500m2/g或更小的BET。較佳地，活性碳具有範圍從約1000m2/g至約2000m2/g的BET。
用於本發明的濾嘴或吸菸製品的活性碳粒子較佳具有適合於在現有的珠粒插入系統中的處理的硬度。較佳地，活性碳粒子具有大於約95%的球盤硬度。球盤硬度可以根據ASTM D3802-10，活性碳的標準球盤硬度的測試方法(DOI：10.1520/D3802-10)進行測量。球盤硬度可提供活性碳粒子對粒子退化的阻力強弱一個概念，其中具有較大的球盤硬度的活性碳傾向於對磨損具有較強的阻力。球盤硬度是一種廣泛使用的度量，用於建立有關撒粉的一個活性碳的可測量特性。在較佳的實施例中，在本發明的濾嘴或吸菸製品中使用的活性碳粒子具有約96%或更高或約97%或更高的球盤硬度。更佳地，對於在本發明的濾嘴或吸菸製品中使用的活性碳粒子具有約98%的球盤硬度。應該理解的是，在本發明的濾嘴或吸菸製品中使用的活性碳粒子通常具有小於100%的球盤硬度。
在本發明的濾嘴或吸菸製品中使用的活性碳粒子可具有任何合適的密度。活性碳粒子的密度將部分取決於源材料的密度和所用的碳化和活化過程。密度可以通過ASTM D2854-09(2014)，活性碳的視密度的標準試驗方法來確定。較佳地，在本發明的濾嘴或吸菸製品中使用的活性碳具有從約0.35g/cm3至約0.65g/cm3的密度。更佳地，在本發明的濾嘴或吸菸製品中使用的活性碳具有從約0.4g/cm3至約0.60g/cm3的密度。
在本發明的濾嘴或吸菸製品中使用的活性碳粒子可以具有任何合適的質量。活性碳粒子的質量部分取決於源材料的質量和所用的碳化和活化過程。較佳地，所述活性碳粒子具有範圍為從約5mg至約100mg的質量；更佳為約10mg至約60mg。
在本發明的濾嘴或吸菸製品中使用的活性碳粒子可以具有任何合適的形狀或尺寸。典型地，該活性碳粒子是75%，源材料的尺寸的100%之間，並且具有相同或相似的形狀作為源材料。因為產生的活性碳粒子具有和源材料相似的尺寸和形狀，不需要粘合劑來維持活性碳材料的形狀。較佳地，根據本發明的活性碳粒子可自由加入粘合劑；亦即，如本文所述的活性碳粒子可以排除粘合劑。這是相對於目前在吸菸製品或吸菸製品的濾嘴中所使用的活性碳材料，其需要的粘合劑以保持顆粒或粉末以一期望的形狀的凝聚。因此，在本發明中描述的活性碳粒子可使用比目前在吸菸製品工業中使用的活性碳材料更少的步驟來產生。
在本發明較佳的方法中，活性碳粒子是從生物源材料產生，例如種子，其具有相應於它們天然大小的尺寸，這意味著該生物材料的尺寸不會通過如黏聚的方式增加，或通過如部分去除、粉碎等方式減少。例如，進行碳化和活化的種子較佳為一個全種子，而不是從一個全種子移除的部分，也不是種子的黏聚。生物源材料，例如一全種子，其大小可以選擇，以使所產生的活性碳粒子具有一合適在吸菸製品中使用的尺寸。如上 所述，碳化、活化、或碳化和活化可影響所產生的活性碳粒子的大小，所產生的活性碳粒子的尺寸往往小於起始生物材料。較佳地，從天然尺寸生物源材料的碳化和活化所產生的活性碳粒子不會經過造粒或粉碎。因此，在一個方法的較佳實施例中包括或基本上由以下步驟組成：(i)獲得一天然尺寸生物材料，例如一全種子；(ii)選擇性乾燥所述天然尺寸生物材料；(iii)碳化所述天然尺寸生物材料或所述選擇性乾燥的材料，以獲得一碳化的顆粒；(iv)活化所述碳化的顆粒；及(v)在一吸菸製品中摻入所述碳化顆粒。
本發明的或用於本發明中的一種活性碳粒子可以具有任何合適的尺寸和形狀。例如，活性碳粒子可具有任何合適的長度、寬度和高度。較佳地，活性碳粒子具有至少兩個尺寸，例如寬度和高度，其類似或小於該活性碳粒子預計插入其中的吸菸製品的相應尺寸。
在較佳的實施例中，活性碳粒子具有範圍為從約1mm至約7.5mm的長度。在較佳的實施例中，源材料具有範圍為從約1mm至約7.5mm的寬度。在較佳的實施例中，源材料具有範圍為從約1mm至約7.5mm的高度。較佳地，長度、寬度和高度中的至少兩者分別是在約1mm至約7.5mm的範圍內；更佳為在約2.5mm至約7mm的範圍內。更佳地，長度、寬度和高度三者全部皆分別是在約1mm至約7.5mm的範圍內；更佳為在約2.5mm至約7mm的範圍內。
較佳地，活性碳粒子具有一橢圓形狀。例如，活性碳材料可以是一球體。在這樣的實施例中，活性碳粒子材料的長度、寬度和高度將是相同的或相似的。
較佳地，活性碳粒子最小長度、寬度和高度的範圍為活性碳粒子的最大長度、寬度和高度的約70%至約99.9%。更佳地，最小的長度、寬度和高度的範圍為最大長度、寬度和高度的約80%至約99.9%。甚至更佳地，最小的長度、寬度和高度的範圍為最大長度、寬度和高度的約90%至約99.9%。
較佳地，包括本發明的活性碳粒子的濾嘴和吸菸製品表現出比現有的包括活性碳的濾嘴和吸菸製品更少的粒子突破。例如，包括本發明的活性碳粒子的濾嘴和吸菸製較佳表現出比包括由椰殼製成並具有30-70篩目大小和1100m2/g BET的活性碳的濾嘴和吸菸製品更少的粒子突破。
粒子突破可通過任何合適的方法來確定。較佳地，粒子的突破是通過在一含活性碳的濾嘴上乾抽(未點燃)分析來測定。在濾嘴(可選擇性地結合於一吸菸製品)被可操作地連接到配備有被配置成檢測顆粒為在約0.3μm至約10μm的尺寸範圍內的粒子計數器的吸煙機器時，進行粒子突破分析。較佳的顆粒計數器是雷射散射粒子計數器，如AEROTRAK®粒子計數器。吸煙機器較佳是配置成每個濾嘴(可選擇性地結合於一吸菸製品)每13秒對55mL在2秒間採取12抽。較佳地，粒子突破的結果是多個濾嘴或吸菸製品的測試的平均，如五個或十個或更多的濾嘴或吸菸製品。
本發明的濾嘴和吸菸製品可包括活性碳粒子，其吸附一或多個感官增強劑。因此該活性碳粒子可用於除去煙霧的一或多種成分和遞送的一或多種感官增強劑的雙重目的。
一或多種感官增強劑可以任何合適的方式塗佈在或吸附於活性碳粒子上。在一些實施例中，包括一或多種感官增強劑的液態或氣體組合物可以施加到活性碳粒子上。例如，活性碳粒子可被包含一或多種感官增強劑的液體組合物噴灑。通過進一步舉例的方式，活性碳粒子可被浸入、培養或放置在一包含一或多種感官增強劑的液體組合物的液流中。通過另一個示例的方式，活性碳粒子可在一包含一或多種感官增強劑的氣體組合物中培養或放置於其氣流中。
在一些實施例中，液體組合物是在流體化床中施加到活性碳粒子上。以舉例的方式，活性碳粒子可被引入到一容器中，流化氣體也可被引入到該容器中以便流化該活性碳粒子，並且包括一或多個感官劑的液體組合物可以被引入到該容器而該活性碳粒子處於流化狀態，例如在國際專利申請案WO 03/71886 A1中所描述，該文獻全文以不與本文呈現的發明內容相衝突的程度作為參考而特此併入本文。在液體組合物中的一或多種感官劑可以吸附或吸收到在流化床中的活性碳粒子上。
在一些實施例中，組合物包含一或多種感官增強劑和一或多種感官增強劑夾持材料被施加到活性 碳粒子上。根據需要，一或多種感官增強劑夾持材料可包括成膜材料和乳化劑。成膜劑的例子包括葡聚醣，如聚三葡萄糖、麥芽糊精和羥丙纖維素。美國專利申請案US20140123991A1提供了關於一些合適的方法來施加香料和香料夾持材料到活性碳上，所述方法可以被修改，並且應用於將感官增強劑施加到在本發明中描述的活性碳粒子上。US 20140123991A1專利的發明內容以不與本文呈現的發明內容相衝突的程度作為參考而特此併入本文。
較佳地，所述一或多個感官增強劑塗佈在或吸附於活性碳粒子上，以使感官增強劑在儲存期間能由該粒子保留，並在抽吸包括活性碳粒子的吸菸製品過程中釋放。歐洲專利申請案EP2630879 A1公開了一包括活性碳的香菸，其中活性碳具有介於1500m2/g和1700m2/g之間的特定表面積，並具有以介於相對於薄荷醇飽和態的80%和92%之間的吸附率吸附的薄荷醇。EP 2630879 A1公開了活性碳能在儲存期間保留薄荷醇，並且只能在菸草煙霧通過吸附薄荷醇的活性碳的過程中釋放。EP2630879 A1的發明內容以不與本文呈現的發明內容相衝突的程度作為參考而特此併入本文。
任何合適的感官增強劑可以塗佈在或吸附到活性碳粒子上。合適的感官增強劑的實例包括香料、清新劑、冷卻劑和熱效應劑。合適的香料包括如傳統上用於調味或香料組合物的製劑中的芳族或芳香分子。較佳地，該香料是芳族、萜烯或倍半萜烴。香料可 以是香精油、醇、醛、酚醛分子、各種形式的羧酸、芳香族縮醛和醚、含氮雜環、酮、硫醚、二硫化物和芳族或非芳族的硫醇。香料的例子包括天然或合成的香味或香水。合適的香水的例子有果香、糖果、花卉、甜、木香香水。合適的香味的例子有椰子、香草、咖啡、巧克力、肉桂、薄荷或炙或烤的香味。合適的清新劑可以是但不限於薄荷琥珀酸及其衍生物。一種合適的熱效應劑可以是但不限於香草乙醚。在一些較佳的實施例中，薄荷醇是塗佈在或吸附到活性碳粒子上的感官增強劑。
塗佈在或吸附到活性碳粒子上的感官增強劑的濃度可以調整或修改，以提供所需的感官增強劑的量。
在一些實施例中，一或多種甜味劑被塗佈在或吸附到活性碳粒子上。所述甜味劑可以在例如乙醇的溶液或懸浮液中被施加到顆粒上。合適的甜味劑的例子包括但不限於山梨醇、阿斯巴甜、糖精、NHDC、蔗糖素、乙醯磺胺酸鉀和紐甜。
一或多個活性碳粒子可以任何合適的方式放置在一菸製品中一菸用材料的下游。術語“下游”是指吸菸製品的元件的相對位置以相對於主流煙氣的方向描述，而主流煙氣的方向是以從一菸用材料進入使用者的嘴的方向繪製。較佳地，所述一或多個活性碳粒子被放置在一個濾嘴元件中。
所述一或多個活性碳粒子可以放置在濾嘴的空隙或空腔內。例如，所述一或多個活性碳粒子可 被放置在一或多個空腔中的濾塞-空間-濾塞配置。所述濾嘴可以包括所述一或多個活性碳粒子可被放置於其中的多個濾嘴元件。
較佳地，活性碳粒子被嵌入濾嘴材料中，如醋酸纖維素束。例如，濾嘴材料可以類似於含香料的易碎膠囊摻入到香菸的濾嘴材料中的方式嵌入濾嘴。
較佳地，吸菸製品或濾嘴元件僅包括一個活性碳粒子。
較佳地，活性碳粒子具有至少兩個尺寸，例如寬度和高度，其類似於或小於活性碳粒子預期插入的濾嘴的相應尺寸。
在一個較佳的實施例中，濾嘴段和活性碳粒子的橫截面為圓形，所述濾嘴段的直徑為約3.6mm至約6.5mm，而活性碳粒子在垂直於濾嘴的縱向方向上測得的直徑為介於約2.5mm至約4.5mm之間。具有直徑為約6.1mm的濾嘴可以用於一具有約7.0mm的總直徑的“細菸”中。
在另一個較佳的實施例中，濾嘴段和活性碳粒子的橫截面為圓形，所述濾嘴段的直徑為約3.6mm至約5.5mm，而活性碳粒子在垂直於濾嘴的縱向方向上測得的直徑為介於約3.0mm至約3.5mm之間。具有直徑為小於約4.5mm的濾嘴可以用於一具有小於約5.4mm的總直徑的“超細菸”中。
在另一個較佳的實施例中，濾嘴段和活性碳粒子的橫截面為圓形，所述濾嘴段的直徑為約3.6mm 至約4.5mm，而活性碳粒子在垂直於濾嘴的縱向方向上測得的直徑為介於約3.0mm至約3.5mm之間。具有直徑為約3.8mm的濾嘴可以用於一具有約4.7mm的總直徑的“微細菸”中。
術語「吸菸製品」包括香菸、雪茄、小雪茄及其他含有點燃並燃燒以產生煙的菸用材料(例如菸草)的製品。術語“吸菸製品”也包括不燃燒的菸用材料的製品，例如但不限於直接或間接加熱吸煙組合物的製品，或使用空氣流或化學反應的吸菸製品，無論有或沒有熱源，以從菸用材料遞送尼古丁或其它材料。
如本文中所用的，術語“煙霧”是用來描述通過吸菸製品所產生的煙霧。通過吸菸製品所產生的煙霧可以是，例如，通過燃燒吸菸製品如香菸所產生，或通過不可燃的吸菸製品如加熱的吸菸製品或不加熱的吸菸製品所產生的煙霧。
除非另有指定，本文中使用的所有科學性及技術性術語係具有本發明領域中常用的意義。本文中提供之定義係為了便於理解本文中常使用之特定術語。
如本文中所使用，除非內容另外清晰地指示，否則單數形式「一」及「該」涵蓋具有複數個所指對象之實施例。
如本文中所使用，除非內容另外清晰地指示，否則術語“或”通常在包含“及/或”的意義上使用。術語“及/或”意謂所列元件中之一者或全部或所列元件中之任兩者或多者的組合。
如本文中所使用，「有」、「具有」、「包含」、「包含了」、「包括」、「包括了」或其類似者係以其開放式意義使用，且一般意謂「包含，但不限於」。應理解到，「基本上由...組成」、「由...組成」及其類似者係歸入「包括」及其類似者。
詞語“較佳的”及“較佳地”指本發明之在某些情况下可給予某些益處之實施例。然而，在相同的或其他情况下，其他實施例亦可為較佳的。此外，一或多個較佳實施例之陳述並非暗示其他實施例為無用的，且非意欲將其他實施例自本發明包含申請專利範圍之範疇中排除。
圖1係部分展開之吸菸製品之一具體實施例的示意透視圖。圖2-3係包括活性碳粒子的濾嘴之實施例的示意縱向剖視圖。描繪於圖1-3中之吸菸製品說明吸菸製品或上述吸菸製品之組件的一或多個具體實施例。示意圖未必按比例繪製且係經呈現以用於例示而非限制之目的。圖式描繪本發明中描述之一或多個態樣。然而，當理解，圖式中未描繪之其他態樣落入本發明之範圍及精神內。
現參照圖1，一吸菸製品10被描繪，在此例子中為一香菸。吸菸製品10包括一桿20，例如一菸草桿，和一嘴端的濾嘴30，其包括濾嘴材料12，如醋酸纖維素束。所描繪的吸煙製品10包括濾塞包覆物60、捲菸紙40和接裝紙50。在所描繪的實施例中，濾塞包覆物60包圍至少濾嘴30的一部份。捲菸紙40包圍至少 桿20的一部份。如本技藝中一般所知者，接裝紙50或其他適宜的包覆材料包圍濾塞包覆物60及捲菸紙40的一部分。濾嘴30包括依個活性碳粒子，其可以定向如在圖2和圖3中所示。
圖2繪示了一個實施例，其中濾嘴30是在一濾塞32-空間33-濾塞34的配置中。濾塞32為嘴端濾塞且較佳為白色醋酸纖維素束。活性碳粒子80是設置在介於濾塞32和濾塞34之間的空隙空間33中。
圖3繪示了一個實施例，其中濾嘴30活性碳粒子80是嵌入在濾嘴材料32中。
以下非限制性實例在於提供上述的活性碳粒子和方法的說明性實施例。這些實施例並非旨在提供對本文中所呈現的發明內容的範圍限制。
實例
多種類的種子被取得、碳化及活化。
下面的表1顯示一些使用的種子的天然尺寸總覽。
這些天然種子被乾燥(例如，在烘箱中在110℃下3小時)和碳化，以得到球形的炭(或橢圓形的炭，在使用棕櫚樹子的情況下)。用於獲得球形(或橢圓形)的活性碳，所用的方法是種子的直接物理活化(例如，CO2或蒸汽)(一步過程)或球形生物炭的活化(兩步過程)。
作為一個例子，將乾燥的種子引入一個水平爐，其中有氮氣(N2)以300ml/min的速率流動通過。在吹掃烘箱幾分鐘後，種子以5℃/min的加熱速率加熱至850℃進行碳化，並在該溫度下保持2小時。然後，將碳化種子稱重，計算碳化過程的產率。下面的表2顯示了在這樣的乾燥步驟中，前趨物種子的濕度百分比、在碳化過程的產率和所產生的碳化種子的直徑尺寸。
所有選擇的種子保持其原來的形狀(球形或橢圓形)，而許多的種子的尺寸在碳化處理後有所降低。有趣的是所有的種子炭具有合適的機械強度，因而可以從這些種子炭獲得適合的活性碳粒子。
在上面顯示的的例子中(5℃/min的加熱速率)，可觀察到在某些情況下(例如黍種子)，因為碳化過程而發生一些種子的黏聚。為防止這種種子黏聚，使用一較低的加熱斜率(1℃/min)。而在降低的加熱速率下種子不會黏聚。表3顯示同時使用兩種加熱速率(5℃/min和1℃/min)的結果。
一些種子在由物理活化(CO2、蒸汽或CO2和蒸汽)直接以一個步驟製備，而一些則先炭化然後活化，以兩個步驟製備。作為一個例子，將種子或碳化種子引入烘爐，並用CO2空氣以80ml/min的流速進行吹掃。吹掃後，烘爐以5℃/min的速度加熱到800℃。在該溫度下保持一特定的時間(介於5和30小時之間)以活化種子。最後，將活化的種子稱重，計算在每種情況下所產生的活化百分率。
表4顯示用於每個碳化種子的活化條件以及關於所產生的直徑大小和產率的信息。
所有的種子保持在活化後具有適當硬度的球形或橢圓形的形態。用於到達一個給定的活化程度的條件取決於所使用的前趨物。
作為這些將被炭化或炭化和活化的種子的適宜性的例子可以容易地觀察到，考慮到這些種子中的一個(美人蕉)是在一個相當高的碳化溫度(900℃)被炭化並在880℃快速活化(僅3個小時)達到非常高的活化程度(89%)。即使在這些非常嚴酷的條件下，所產生的活性碳保持具有適當的硬度和非常高的BET表面積的球形形態。
在康塔公司(Quantachrome)的體積吸附分析儀Autosorb-6B中在-196℃使用N2吸附和在0℃使用CO2來執行一些活化種子的紋理特性分析。分析前，將樣品在250℃下脫氣4小時。將BET方程式應用於氮吸附等溫線上以獲得表觀BET表面積。將Dubinin-Radushkevich方程式應用於氮吸附等溫線上來確定總微孔體積和二氧化碳吸附等溫線來確定窄微孔體積。表5總結了從三種不同前體製備的一些活化種子的一些初步結果。
結果顯示，不同的活化程度和不同的表面積可由使用不同的天然種子而獲得。因此，種子的選擇是與獲得期望的孔隙率範圍相關。
此外亦研究了活化時間和活化溫度的影響。以舉例的方式呈現對鼠李種子進行的研究。得到的一些結果示於表6中。
不同的鼠李炭種子使用相同的活化溫度(800℃)但改變活化時間(10、30和40小時)來進行活化。結果顯示，增加活化時間能增加活化程度和表面積。另外，將活化溫度升高至850℃(設定10小時的活化時間)，以研究活化溫度的效應。如所預期的，其結果顯示在較高的溫度下使用相同的活化時間將產生更高的活化孔隙率。
對一些活性碳粒子的表面氧濃度進行了測試。例如，對由哥倫比亞種子(Columbian seed)製成的活性碳粒子的表面上的氧的溫控脫附進行評估。在100ml/min N2流速下，以每分鐘10℃的增溫斜率將哥倫比亞種子在990℃下碳化5小時(22%產率)，並在80ml/min CO2流速下，以每分鐘10℃的增溫斜率在880℃下活化3小時(89%活化)。
樣品如下進行表徵。在康塔公司的體積吸附分析儀Autosorb-6B中在-196℃使用氮(N2)吸附和在0℃使用CO2吸附來執行所有樣品的表徵。在分析之前，將樣品在250℃下除氣4小時。將BET方程式應用於氮吸附數據以得出表觀BET表面積(SBET)(Linares-Solano等，1998，Tanso；185：316-325)。將Dubinin-Radushkevich方程式應用於氮氣吸附數據，以確定總微孔容積(孔隙尺寸<2nm)V-DR-N2和全部孔容積(V N2在P/P0=0.95)。將Dubinin-Radushkevich方程式應用於二氧化碳吸附等溫線上來確定窄微孔容積V-DR-CO2(孔隙尺寸<0.7nm)。
在活性碳表面上的表面氧含量可通過在標準條件下的溫控脫附(TPD)來確定。樣品的表面氧含量如下測定。TPD實驗是在一個耦合到一質譜儀(Balzers公司的OmniStar質譜儀)用於示差掃描量熱法(differential scanning calorimetry，DSC)和熱重量分析(thermo-gravimetric analysis，TGA)(TA儀器公司的SDT 2960 Simultaneous)的設備來表徵所有樣品的氧表面化學，包括在惰性空氣下測量水、一氧化碳和二氧化碳的 含量。參見，例如(i)Roman-Martinez等，(1993)，TPD and TPR characterization of carbonaceous supports and Pt/C catalysts，Carbon 31：894-902；(ii)Otake Y.and Jenkins R.G.(1993)，Characterization of oxygen-containing surface complexes created on microporous carbon by air and nitric acid treatment，Carbon 31：109-21；以及(iii)Zielge等(1996)，Surface oxidized carbon fibers：I.Surface structure and chemistry，Carbon 34：983-98。在這些實驗中，10mg的樣品在100ml/min的氦流速下加熱到950℃(加熱速率20℃/min)。
從哥倫比亞種子製成的活性碳粒子的總氧、CO和CO2吸附容量示於下面的表7中。
我們可以總結，通過改變碳化和活化條件，我們可以得到具有不同紋理特性的種子。因此，對天然種子前體的選擇以及對炭化條件(升溫速度和溫度)和活化條件(溫度和時間)的選擇將允許對所產生的生物炭與生物活性碳的特性(形態、尺寸、孔隙率、表面積和硬度)的選擇。
因此，在此描述供用於吸菸製品的活性碳珠的方法、系統、裝置、化合物和組合物。在不脫離本 發明的範圍和精神下對本發明的各種修改及變化對本領域技術人員將是顯而易見的。儘管本發明已經結合具體較佳的實施例進行了描述，但應當理解，本發明所請求的權利範圍不應該不適當地限於這些具體實施例。實際上，在以下權利要求的範圍內用於實施本發明所描述的方式的各種修改對於熟悉化學、化學工程、濾嘴製造、香菸製造或相關領域的技術人員是顯而易見的。
30‧‧‧濾嘴
32‧‧‧濾塞
33‧‧‧空間
80‧‧‧活性碳粒子

Claims (15)

  1. 一種吸菸製品，其包括：一菸用材料；和一活性碳粒子，位於所述菸用材料的下游，所述活性碳粒子係從一全種子產生，並具有一長度、寬度和高度，其中所述長度、寬度和高度中的至少兩者分別是在一個從1mm到7.5mm的範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之吸菸製品，其中所述活性碳粒子不含粘合劑。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之吸菸製品，其中所述活性碳粒子為一橢球體。
  4. 如前述申請專利範圍任一項所述之吸菸製品，其中所述活性碳粒子為一球體。
  5. 如前述申請專利範圍任一項所述之吸菸製品，其中所述活性碳粒子係從碳化和物理活化所述全種子而產生。
  6. 如前述申請專利範圍任一項所述之吸菸製品，其中所述用於產生所述活性碳的種子具有一範圍為1mm至10mm的直徑。
  7. 如前述申請專利範圍任一項所述之吸菸製品，其中所述活性碳粒子具有一範圍為2.5mm至7mm的直徑。
  8. 如前述申請專利範圍任一項所述之吸菸製品，其中所述活性碳粒子具有一範圍為10mg至60mg的重量。
  9. 如前述申請專利範圍任一項所述之吸菸製品，其中所述活性碳粒子具有一範圍為20mg至40mg的重量。
  10. 如前述申請專利範圍任一項所述之吸菸製品，其中所述活性碳粒子具有一範圍為500m2/g至2500m2/g的的表面積。
  11. 如前述申請專利範圍任一項所述之吸菸製品，更包括一具有濾嘴材料的濾嘴，其中所述活性碳粒子被佈置在所述濾嘴材料內。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之吸菸製品，其中在所述濾嘴中的活性碳基本由所述活性碳粒子組成。
  13. 一種用於製造一吸菸製品的濾嘴的方法，其包括：碳化和活化一具有一長度、寬度和高度的全種子，且其中所述長度、寬度和高度中的至少兩者分別是在一個從1mm到10mm的範圍內，以從所述材料形成一活性碳粒子；以及將所述活性碳粒子摻入所述濾嘴中。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中所述活性碳粒子具有一長度、寬度和高度，其中所述長度、寬度和高度中的至少兩者分別是在一個從1mm到7.5mm的範圍內。
  15. 一種用於製造一吸菸製品的方法，其包括：將一根據申請專利範圍第13或14項製造的濾嘴結合於位於一菸用材料下游的所述吸菸製品中。
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