TW201924546A - 香味吸嚐物品 - Google Patents
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Abstract
本發明之香味吸嚐物品,其含有活性碳,該活性碳之BET比表面積為1050m2/g以上,且拉曼光譜中之G譜帶之峰值強度相對於D譜帶之峰值強度的比為0.85以上。
Description
本發明係關於一種香味吸嚐物品。
作為使使用者品味菸草香味的吸嚐物品,已知有:藉由燃燒菸草香味源而提供菸草香味給使用者的燃燒型吸菸物品;不燃燒菸草香味源,藉由加熱而提供菸草香味給使用者的加熱型香味吸嚐物品;以及不加熱也不燃燒菸草香味源,而將菸草香味源的菸草香味提供給使用者的非加熱型香味吸嚐物品。本說明書中,將使使用者品味菸草香味等香味的吸嚐物品總稱為「香味吸嚐物品」。
香味吸嚐物品,一般而言,具備有用以將來自香味源之成分過濾的過濾嘴,過濾嘴含有活性碳作為吸附劑(例如,參照國際公開第2008/146543號公報)。含有活性碳的過濾嘴,被稱為木炭濾器,且在該技術領域屬於周知者。於木炭濾器中,活性碳係以雖然吸附雜味成分、但不過度吸附提供香味之成分的方式,配合製品的規格來決定其添加量。
活性碳已知若比表面積、細孔容積增大則吸附性能增高。然而,由於隨著活性碳的比表面積、細孔容積的增大,細孔(微細的孔洞)增加,故活性碳的強度降低。因此,難以兼顧活性碳的吸附性能與強度,本發明人等即是著眼於此。
另一方面,近年來香味吸嚐物品之製造呈高速化,於製造過程中對活性碳施加的負荷亦持續增加。施加於活性碳的負荷若增加,則有引起活性碳破碎、添加至香味吸嚐物品之量變得不均一的疑慮。保持活性碳的添加量為均一,就保持每一物品之香味為均一來說非常重要。
有鑑於上述情事,本發明之目的在於提供一種香味吸嚐物品,其含有活性碳,該活性碳之吸附性能優異並且形狀亦安定。
依據本發明之一觀點,可提供一種香味吸嚐物品,其含有活性碳,該活性碳之BET比表面積為1050m2/g以上,且拉曼光譜中之G譜帶之峰值強度相對於D譜帶之峰值強度的比為0.85以上。
依據本發明可提供一種香味吸嚐物品,其含有活性碳,該活性碳之吸附性能優異並且形狀亦安定。
1‧‧‧燃燒型吸菸物品
10‧‧‧菸草桿
10a‧‧‧菸草香味源
10b‧‧‧菸草捲紙
20‧‧‧過濾嘴
21、24‧‧‧濾棒
21a‧‧‧濾材
21b‧‧‧棒捲繞紙
22‧‧‧過濾嘴成形紙
23‧‧‧活性碳
30‧‧‧菸嘴紙
第1圖係第一實施形態之燃燒型吸菸物品的截面圖。
第2圖係第二實施形態之燃燒型吸菸物品的截面圖。
第3圖係顯示細孔分布曲線的圖表。
第4圖係顯示細孔分布曲線的圖表。
第5圖係顯示拉曼光譜之測定結果的圖表。
第6圖係顯示拉曼光譜之測定結果的圖表。
第7圖係顯示由拉曼光譜之測定結果所計算出之G/D比的圖表。
第8圖係顯示熱重/微差熱分析之結果的圖表。
第9圖係顯示含氧官能基量之測定結果的圖表。
第10圖係顯示氨吸附量的圖表。
第11圖係顯示氨之物理吸附量及氨之化學吸附量的圖表。
第12圖係將第11圖之吸附等溫線以DA作圖顯示的圖表。
第13圖係顯示菸草主流煙中之氨之減少率的圖表。
第14圖係顯示菸草主流煙中之蒸氣成分之減少率的圖表。
本發明申請人已報告指出,若對活性碳進行液相氧化處理,則可將高濃度的含氧官能基導入活性碳表面,但活性碳之BET比表面積減少而使吸附能力降低(日本特開2010-193718號公報)。如此,認為若於活性碳表面導入含氧官能基,則碳之π電子共價鍵受到破壞而使SP2鍵的缺陷增加,因此拉曼光譜中之D譜帶的峰值強度(此
係碳之石墨烯構造缺陷的指標)增大。
與如此之技術知識相反地,本發明人等新發現,對具有既定之BET比表面積的活性碳,進行氣相氧化處理的結果,不只會導入含氧官能基,活性碳之BET比表面積亦增大,並且,拉曼光譜中之D譜帶的峰值強度可維持或減少。根據該等發現,本發明人等完成了一種香味吸嚐物品,其含有活性碳,該活性碳之吸附性能優異並且形狀亦安定。
亦即,本發明係關於一種香味吸嚐物品,其含有活性碳,該活性碳之BET比表面積為1050m2/g以上,且拉曼光譜中之G譜帶之峰值強度相對於D譜帶之峰值強度的比(以下,亦稱為G/D比)為0.85以上。
本說明書中,香味吸嚐物品係含有香味源且使使用者品味來自香味源之香味之任意的吸嚐物品,具體而言,可舉例如:藉由燃燒香味源而提供使用者香味的燃燒型吸菸物品;不燃燒香味源,藉由加熱而提供使用者香味的加熱型香味吸嚐物品;以及不加熱也不燃燒香味源,而提供使用者香味源之香味的非加熱型香味吸嚐物品。
以下,說明含有菸草香味源之燃燒型吸菸物品的代表例之香菸。
1.燃燒型吸菸物品
參照第1圖而說明燃燒型吸菸物品之一例。
第1圖係第一實施形態之燃燒型吸菸物品1的截面圖。第1圖所示之燃燒型吸菸物品1為香菸。
第1圖所示之燃燒型吸菸物品1,係包含:菸草桿10,係包含菸草香味源10a、與捲繞並包住菸草香味源10a之周圍的菸草捲紙10b;過濾嘴(filter)20,係包含濾棒(filter plug)21、過濾嘴成形紙22、與活性碳23,其中,濾棒21係相互遠離且隔著中空部地被配置有兩個,各濾棒21包含濾材21a與捲繞於濾材21a的周圍之棒捲繞紙21b,過濾嘴成形紙22係以於兩個濾棒21之間形成中空部的方式捲繞於濾棒21的周圍,活性碳23係位於中空部;以及菸嘴紙(tip paper)30,係以連接菸草桿10與過濾嘴20的方式捲繞於菸草桿10與過濾嘴20上。
第1圖所示之燃燒型吸菸物品1,係使兩個濾棒21隔著一個中空部來配置,然而亦可使n個(n為2以上的整數)濾棒隔著(n-1)個中空部來配置,例如n為2至4,較佳係n為2至3,更佳係n為2。
第1圖所示之燃燒型吸菸物品1中,菸草桿10、活性碳23以外之過濾嘴20的構成要素、及菸嘴紙30,可使用以往習知者。活性碳23可使用以下所說明者。
活性碳23之BET比表面積為1050m2/g以上,且拉曼光譜中之G譜帶之峰值強度相對於D譜帶之峰值強度的比為0.85以上。
本說明書中之「BET比表面積」係意指利用BET吸附等溫式(Brunauer,Emmet and Teller’s equation)所得之比表面積。活性碳23之BET比表面積,較佳為1050
至1600m2/g,更佳為1150至1600m2/g,再更佳為1150至1300m2/g。當BET比表面積過小時,活性碳23難以發揮優異之吸附性能。又,當BET比表面積過大時,活性碳23之吸附性能雖會提高,但形狀之安定性有下降之虞。
本說明書中之「G譜帶」係指藉由拉曼分光測定所得之拉曼光譜中,於1600cm-1附近所檢測到的峰值,G譜帶係來自碳的石墨烯構造。又,「D譜帶」係指藉由拉曼分光測定所得之拉曼光譜中,於1300cm-1附近所檢測到的峰值,D譜帶係來自碳之石墨烯構造的缺陷。因此,拉曼光譜中之G譜帶之峰值強度相對於D譜帶之峰值強度之比(以下,亦稱為G/D比)大的活性碳,係高度結晶化,且構造的缺陷少,於形狀上有安定的傾向。拉曼光譜,例如,可使用顯微雷射拉曼Nicolet Almega XR(賽默飛世爾科技股份有限公司製)來取得。
活性碳23之G/D比,以0.85至1.1為佳,更佳為0.9至1.1。當G/D比過小時,活性碳23難以達成優異的形狀安定性。G/D比的上限,係根據活性碳之製造上的極限來設定。
活性碳23具有例如200μm至1000μm的平均粒徑,較佳為300μm至700μm的平均粒徑,更佳為400μm至600μm的平均粒徑。此處,所謂「平均粒徑」係意指藉由雷射繞射/散射法所求得的粒度分布中,體積累積值成為50%的粒徑(d50)。
活性碳23之細孔容積,較佳為0.5cm3/g以
上,更佳為0.5至0.8cm3/g之範圍內,又更佳為0.52至0.74cm3/g之範圍內。當細孔容積過小時,活性碳23難以發揮優異的吸附性能。當細孔容積過大時,活性碳23的吸附性能雖提高,但形狀之安定性有下降之虞。
本說明書中,「細孔容積」係意指具有約40nm以下之細孔直徑之細孔之容積的合計值。細孔容積,係於以溫度77K所測定之氮吸附等溫線中,由當相對壓P/P0為0.95時之氮吸附量所計算出之值。
氮吸附等溫線可如以下方式求得。首先,於77K(氮之沸點)的氮氣中,於緩緩提高氮氣的壓力P(mmHg)之同時,針對每一個壓力P測定活性碳之氮氣吸附量(mL/mL)。接著,將壓力P(mmHg)除以氮氣之飽和蒸氣壓P0(mmHg)而得的值作為相對壓P/P0,藉由將氮氣吸附量對各相對壓P/P0進行作圖,可得吸附等溫線。氮吸附等溫線例如可使用氣體吸附量測定裝置AutoSorb-1(Quantachrome公司製)取得。
活性碳23之細孔容積之中,細孔直徑未達2nm之細孔的容積(亦即,微孔容積),較佳為0.4cm3/g以上,更佳為0.4至0.7cm3/g的範圍內,再更佳為0.4至0.6cm3/g的範圍內。活性碳23若具有上述大小的微孔容積,則於達成優異之吸附性能上特別有利。
本說明書中,「微孔容積」係由氮吸附等溫線,以驟冷固體密度函數理論(QSDFT,quenched solid density functional theory)法進行細孔分布解析,所計算出
之值。
為了減少燃燒型吸菸物品等香味吸嚐物品的雜味,活性碳23期望為於維持目前作為香味吸嚐物品之吸附劑所使用之活性碳(以下,亦稱為現行碳)的吸附性能之同時,專一性地吸附鹼性成分。在此,於以Boehm法所測定之總含氧官能基之中,活性碳23較佳為於其表面具有由以下者所構成的含氧官能基。亦即,活性碳23較佳為具有以Boehm法所測定之由羧基(及羧酸酐基)(Group I)、內酯型羧基(及內酯基)(Group II)、酚性羥基(Group III)及羰基或醌基(Group IV)所構成的含氧官能基。
活性碳23為了專一性地吸附鹼性成分,於維持現行碳之細孔構造之同時,總含氧官能基的量愈多愈好,但由於羧基(及羧酸酐基)(Group I)為強酸性,故有燃燒型吸菸物品保存中或吸菸時於過濾嘴內產生不希望有之
酸鹼反應、觸媒作用而生成副生成物之疑慮。因此,活性碳23特佳為具有有助於吸附鹼性成分之弱酸性的含氧官能基。
活性碳23之以Boehm法所測定之由羧基、內酯型羧基、酚性羥基及羰基所構成之含氧官能基的量,較佳為0.6mmol/g以上,更佳為0.6至2.0mmol/g,又更佳為1.0至2.0mmol/g。本說明書中之含氧官能基的量,係以活性碳每1g之莫耳量來表示。活性碳23若以上述之量含有含氧官能基,則於香味吸嚐器之吸嚐時,有利於從由使用者所吸嚐的流體選擇性地吸附鹼性成分(例如氨)而除去。
Boehm法為周知之酸鹼滴定法,詳細記載於後述的實施例。
又,活性碳23之以Boehm法所測定之內酯型羧基及酚性羥基的合計量,較佳為0.3mmol/g以上,更佳為0.3至2.0mmol/g,又更佳為0.4至2.0mmol/g。
再者,活性碳23之以Boehm法所測定之羧基的量,較佳為0.12mmol/g以下,更佳為0.01至0.12mmol/g。
活性碳23如後所述,可藉由對具有既定之BET表面積的原料活性碳施以氣相氧化處理來製造。如此所製造之活性碳23之特徵係,雖於活性碳之表面具有多量的含氧官能基,但在含氧官能基中有較多量的內酯型羧基(Group II)及酚性羥基(Group III),在含氧官能基中有較少
量的羧基(Group I)。
活性碳23可藉由含有下述步驟的方法來製造:將有機材料碳化及活化,而得到原料活性碳;以及藉由氣相氧化法而氧化前述原料活性碳。
有機材料可使用被用來作為活性碳原料之周知的有機材料,例如,可使用植物性材料。植物性材料例如為椰子殼、核桃殼等果實殼、木材、木炭、竹子等,典型代表為椰子殼。
首先,將上述之有機材料碳化及活化,得到原料活性碳。原料活性碳可依據用以製造活性碳之周知的方法製造。具體而言,原料活性碳係以使BET比表面積較佳成為400至1400m2/g,更佳成為1000至1400m2/g的方式來製造。原料活性碳之BET比表面積若為上述之範圍內,則所製造之活性碳23會具有高吸附性能及高的形狀安定性。
原料活性碳可於對有機材料進行碳化處理之後,對經碳化之有機材料進行由氣體活化法所致之活化處理來製造;亦可對有機材料進行由藥品活化法所致之活化處理,同時進行碳化與活化來製造;亦可對有機材料進行由微波加熱法所致之活化處理,同時進行碳化與活化來製造。
或者,上述之原料活性碳亦可使用商業上可取得的活性碳。於該情形,活性碳23,可藉由包含以氣
相氧化法氧化原料活性碳的方法來製造。
由氣相氧化法所致的氧化處理,例如可藉由下述方式進行:將原料活性碳於空氣中或水蒸氣中,例如以500℃以下,較佳為300至500℃之溫度,進行處理1至2小時。氧化處理,如同後述之實施例之記載,可藉連續式的氧化處理來進行、亦可藉批次式的氧化處理來進行。氧化處理的溫度若過高,則原料活性碳會進行過度的活化,而使活性碳的強度降低,故不佳。
如此,活性碳23較佳為於較藉由液相氧化法所致之氧化處理之條件更和緩的條件下,具體而言,於不會使原料活性碳顯著進行進一步之活化的條件下,對原料活性碳進行氣相氧化處理,藉此來製造。
較佳之樣態中,活性碳23可藉由含有下述步驟的方法來製造:將有機材料碳化及活化,得到具有1000至1400m2/g之BET比表面積的原料活性碳;以及將前述原料活性碳,於空氣中或水蒸氣中,以500℃以下,較佳為300至500℃之溫度,進行氧化處理1至2小時。
或者,當使用商業上可取得的活性碳作為原料活性碳時,活性碳23可藉由含有下述步驟的方法來製造:將具有1000至1400m2/g之BET比表面積的原料活性碳,於空氣中或水蒸氣中,以500℃以下,較佳為300至500℃之溫度,進行氧化處理1至2小時。
活性碳23能以以往之木炭濾器所採用的添加量組裝於過濾嘴20。當過濾嘴20具有17至31mm之長度及14.7至25.8mm的圓周時,活性碳23例如能以每一過濾嘴20至80mg的量,組裝於過濾嘴20。
組裝活性碳23的部位,可設為香味吸嚐器之吸嚐時由使用者所吸嚐之流體(例如,主流煙、氣溶膠、空氣等)的路徑。較佳為,香味吸嚐物品包含有過濾嘴,且活性碳23組裝於過濾嘴。更佳為,香味吸嚐物品包含有香味源(較佳為菸草香味源)、與位於香味源之下游的過濾嘴,且活性碳23組裝於過濾嘴。
當為燃燒型吸菸物品1時,組裝活性碳23的部位,可設為菸草香味源10a之因燃燒所產生之主流煙的路徑,亦即菸草桿10與過濾嘴20之吸取側的端部之間。較佳為,如第1圖及第2圖所示,活性碳23組裝於過濾嘴20。
又,香味吸嚐器除活性碳23之外,亦可進一步含有周知之吸附材,例如,纖維素粒子、乙酸纖維素之粒子等,或周知之香味改質材,例如,於皮膜內含有香料的香料膠囊等。
第一實施形態之燃燒型吸菸物品,係於兩個濾棒21之間形成中空部,且於中空部配置活性碳23,但亦能以使兩個濾棒連結的方式製作過濾嘴,並將活性碳23以埋入一濾棒之中的方式來配置。活性碳23較佳為組裝於兩個濾棒中之上游側的濾棒。將如此之燃燒型吸菸物
品作為第二實施形態而示於第2圖。
第2圖係第二實施形態之燃燒型吸菸物品1的截面圖。第2圖所示之燃燒型吸菸物品1為香菸。第2圖中,對於與第1圖相同的構成要素添附相同的元件符號。
第2圖所示之燃燒型吸菸物品1,係包含:菸草桿10,係包含菸草香味源10a、與捲繞並包住菸草香味源10a之周圍的菸草捲紙10b;過濾嘴20,係包含含活性碳之濾棒24與濾棒21,其中,含活性碳之濾棒24包含濾材21a、被埋入濾材21a之活性碳23、與捲繞於濾材21a周圍之棒捲繞紙21b,濾棒21係連結於前述含活性碳之濾棒之下游側,而且包含濾材21a與捲繞於濾材21a周圍之棒捲繞紙21b;以及菸嘴紙30,係以連接菸草桿10與過濾嘴20的方式捲繞於菸草桿10與過濾嘴20上。
第2圖所示之燃燒型吸菸物品1,係以使兩個濾棒連結的方式來配置,然而亦可以使n個(n為2以上的整數)濾棒連結的方式來配置,例如n為2至4,較佳係n為2至3,更佳係n為2。
於第二實施形態中,菸草桿10、活性碳23以外之過濾嘴20的構成要素、及菸嘴紙30,亦可使用以往習知者。第二實施形態所使用之活性碳23,與第一實施形態所說明之活性碳23相同。
2.香味吸嚐物品之其他例
以上,說明燃燒型吸菸物品之代表例的香菸,但如上
所述,本發明之香味吸嚐物品,係含有香味源且使使用者品味來自香味源之香味的任意吸嚐物品。又,作為香味源者,除菸草絲等菸草香味源之外,還可使用薄荷醇等香料、植物萃取物或精油等。
更具體而言,香味吸嚐物品亦可為香菸以外之周知之燃燒型吸菸物品,例如菸斗、煙管、雪茄、或小雪茄(cigarillo)等。
又,香味吸嚐物品,如上所述,亦可為不燃燒香味源,藉由加熱而提供香味給使用者的加熱型香味吸嚐物品。
加熱型香味吸嚐器,可舉例如:碳熱源型吸嚐器,係以碳熱源之燃燒熱來加熱香味源,而產生含香吸味成分的氣溶膠(例如,參照國際公開2006/073065號);電加熱型吸嚐器,係具備包含含有液狀香味源之膠囊的吸嚐器本體、與用以將吸嚐器本體電加熱之加熱元件,且係藉由電加熱使膠囊外皮膜熔融而釋放出液狀的香味源(例如,參照WO2010/110226);或者電加熱型吸嚐器,係具備將菸草香味源與氣溶膠源(丙二醇或甘油)一同收納之替換型菸草筒莢(tobacco pod)、與藉由電加熱而加熱菸草筒莢以使氣溶膠產生的吸嚐器本體(例如,參照WO2013/025921)。
再者,香味吸嚐物品,如上所述,亦可為不加熱也不燃燒香味源,而將香味源的香味提供給使用者
的非加熱型香味吸嚐物品。非加熱型香味吸嚐物品,可舉例如:於吸嚐盒內具備收納有菸草香味源的替換型匣,使用者吸嚐來自常溫之菸草香味源之菸草香味的非加熱型菸草香味吸嚐器(例如,參照WO2010/110226)。
3.效果
如以上所說明者,香味吸嚐物品含有具下述(i)及(ii)之特性的活性碳:(i)BET比表面積為1050m2/g以上,(ii)G/D比為0.85以上。如此,香味吸嚐物品含有同時滿足優異吸附性能與形狀安定性的活性碳。由於活性碳之優異的吸附性能,香味吸嚐物品可提供給使用者優異的香味。又,由於活性碳的形狀安定性,香味吸嚐物品於其製造過程中不會引起活性碳的破碎,可均一地於每批調配活性碳,藉此,可保持每一物品的香味為均一。
又,香味吸嚐物品,較佳為含有除了具有上述(i)及(ii)之特性之外,亦具有下述(iii)之特性的活性碳:(iii)以Boehm法所測定之由羧基、內酯型羧基、酚性羥基及羰基所構成之含氧官能基為0.6mmol/g以上。
該香味吸嚐物品,於維持不具含氧官能基之活性碳的吸附性能之同時,藉由含氧官能基的存在,可專一性地吸附除去鹼性成分,藉此,可提供給使用者更優異的香味。
又,以往的活性碳,如後述之實施例2所
示,若提高活性碳的活化度而增大BET比表面積,則G/D比會降低(參照第7圖所示之低活化碳、現行碳及高活化碳)。如此,以往的活性碳無法兼顧上述(i)及(ii)的特性。
4.較佳之實施形態
以下,彙整並表示本發明之較佳實施形態。
如上所述,依據一實施形態,香味吸嚐物品含有活性碳,該活性碳之BET比表面積為1050m2/g以上,且拉曼光譜中之G譜帶之峰值強度相對於D譜帶之峰值強度的比(亦即G/D比)為0.85以上。
依據較佳之實施形態,上述之實施形態中,前述香味吸嚐物品進一步含有香味源,較佳為菸草香味源。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述BET比表面積為1050至1600m2/g,較佳為1150至1600m2/g,更佳為1150至1300m2/g。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述G/D比為0.85至1.1,較佳為0.9至1.1。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述活性碳具有200μm至1000μm的平均粒徑,較佳為300μm至700μm的平均粒徑,更佳為400μm至600μm的平均粒徑。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述活性碳具有0.5cm3/g以上的細孔容積,較佳為0.5至0.8cm3/g的細孔容積,更佳為0.52至0.74cm3/g
的細孔容積。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述活性碳具有0.4cm3/g以上的微孔容積,較佳為0.4至0.7cm3/g的微孔容積,更佳為0.4至0.6cm3/g的微孔容積。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述活性碳之以Boehm法所測定之由羧基、內酯型羧基、酚性羥基及羰基所構成之含氧官能基的量為0.6mmol/g以上,較佳為0.6至2.0mmol/g,更佳為1.0至2.0mmol/g。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述活性碳之以Boehm法所測定之內酯型羧基及酚性羥基之合計量為0.3mmol/g以上,較佳為0.3至2.0mmol/g,更佳為0.4至2.0mmol/g。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述活性碳之以Boehm法所測定之羧基的量為0.12mmol/g以下,較佳為0.01至0.12mmol/g。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述活性碳係來自植物性材料的植物系活性碳。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述活性碳係來自椰子殼的椰子殼系活性碳。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述活性碳係藉由包含下述步驟之方法所製造:將有機材料碳化及活化,得到原料活性碳;以及藉由氣相氧化法使前述原料活性碳氧化。於該實施形
態中,前述有機材料,較佳為植物性材料,更佳為椰子殼、核桃殼等果實殼、木材、木炭、或竹子,又更佳為椰子殼。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述活性碳係藉由包含以氣相氧化法氧化原料活性碳之方法所製造。於該實施形態中,前述原料活性碳較佳為植物性材料之碳化及活化所得,更佳為椰子殼、核桃殼等果實殼、木材、木炭、或竹子之碳化及活化所得,又更佳為椰子殼之碳化及活化所得。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述原料活性碳具有400至1400m2/g之BET比表面積,較佳為具有1000至1400m2/g之BET比表面積。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述氧化係藉由將前述原料活性碳,於空氣中或水蒸氣中,以500℃以下,較佳為300至500℃之溫度處理1至2小時來進行。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述活性碳可藉由含有下述步驟的方法來製造:將有機材料碳化及活化,得到具有1000至1400m2/g之BET比表面積的原料活性碳;以及將前述原料活性碳,於空氣中或水蒸氣中,以500℃以下,較佳為300至500℃之溫度,進行氧化處理1至2小時。於該實施形態中,前述有機材料較佳為植物性材料,更佳為椰子殼、核桃殼等果實殼、木材、木炭、或竹子,又更佳為椰子殼。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述活性碳係藉由含有下述步驟的方法來製造:將具有1000至1400m2/g之BET比表面積的原料活性碳,於空氣中或水蒸氣中,以500℃以下,較佳為300至500℃之溫度,進行氧化處理1至2小時。於該實施形態中,前述原料活性碳,較佳為植物性材料之碳化及活化所得,更佳為椰子殼、核桃殼等果實殼、木材、木炭、或竹子之碳化及活化所得,又更佳為椰子殼之碳化及活化所得。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述香味吸嚐物品係含有過濾嘴,前述活性碳被包含於前述過濾嘴中。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述香味吸嚐物品含有香味源(較佳為菸草香味源)、與位於前述香味源之下游的過濾嘴,前述活性碳組裝於前述過濾嘴中。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述香味吸嚐物品含有多段濾嘴(multi-segment filter),該多段濾嘴係以使n個(n為2以上的整數)之濾棒隔著(n-1)個中空部的方式來配置,前述活性碳被包含於前述中空部之至少一個中。於該實施形態中,n例如為2至4,較佳為2至3,更佳為2。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述香味吸嚐物品含有多段濾嘴,該多段濾嘴係以使n個(n為2以上的整數)之濾棒連結的方式來配置,前
述活性碳埋入於前述濾棒之至少一個中。於該實施形態中,n例如為2至4,較佳為2至3,更佳為2。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述香味吸嚐物品為燃燒型吸菸物品,較佳為香菸。於該實施形態中,前述香菸較佳為包含菸草桿、過濾嘴、與以連接前述菸草桿與前述過濾嘴之方式捲繞於前述菸草桿與前述過濾嘴上的菸嘴紙。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述香味吸嚐物品,係不使香味源燃燒但藉由加熱而提供香味給使用者的加熱型香味吸嚐物品。
依據較佳之實施形態,上述實施形態之任一者中,前述香味吸嚐物品,係不加熱也不燃燒香味源,而將香味源的香味提供給使用者的非加熱型香味吸嚐物品。
[實施例1]細孔構造之評估
1-1.樣品的調製
(碳化碳)
粉碎椰子殼活性碳,以30至60網目的篩網篩選,準備碳化碳。
(低活化碳)
準備平均粒徑0.34mm之椰子殼活性碳(FUTAMURA CHEMICAL股份有限公司製,品號:CW360BL)作為低活化碳。
(弱氧化碳)
對於低活化碳,以如下之方式以低氧化度施以氣相氧化處理,調製成低活化碳之弱氧化碳(以下,亦稱為「弱氧化碳)。亦即,將低活化碳200g投入旋轉窯並升溫至300℃,維持於同溫。使加濕為相對濕度約90%之30℃的空氣於加壓狀態下,同時以24L/分鐘的流量導入至旋轉窯內,維持於300℃的同時加熱2小時。之後,取出處理後之活性碳並冷卻,調製成弱氧化碳。
(氧化碳)
對於低活化碳,以如下之方式以中度的氧化度施以氣相氧化處理,調製成低活化碳之氧化碳(以下,亦稱為「氧化碳)。亦即,將低活化碳200g投入旋轉窯並升溫至500℃,維持於同溫。使加濕為相對濕度約90%之30℃的空氣於加壓狀態下,同時以24L/分鐘的流量導入至旋轉窯內,維持於500℃的同時加熱1小時。之後,取出處理後之活性碳並冷卻,調製成氧化碳。
(強氧化碳)
對於低活化碳,以如下之方式以高氧化度施以氣相氧化處理,調製成低活化碳之強氧化碳(以下,亦稱為「強氧化碳)。亦即,將低活化碳200g投入旋轉窯並升溫至500℃,維持於同溫。使加濕為相對濕度約90%之30℃的空氣於加壓狀態下,同時以24L/分鐘的流量導入至旋轉窯內,維持於500℃的同時加熱2小時。之後,取出處理後之活性碳並冷卻,調製成強氧化碳。
(現行碳)
準備平均粒徑0.34mm之椰子殼活性碳(FUTAMURA CHEMICAL股份有限公司製,品號:CW360BL)作為現行碳。現行碳是目前作為燃燒型吸菸物品之吸附劑而使用之活性碳的代表例。
(現行碳之氧化碳)
對於現行碳,以與上述氧化碳之調製同樣的方法施以氣相氧化處理,調製成現行碳之氧化碳。
(高活化碳)
對於現行碳,以如下方式以高活化度施以活化處理,調製成高活化碳。亦即,將現行碳200g投入旋轉窯並升溫至900℃,維持於同溫。以0.3mL/分鐘的流量將水導入旋轉窯內,維持於900℃的同時加熱20小時。之後,取出處理後之活性碳並冷卻,調製成高活化碳。
1-2.方法
使用氮氣吸附測定,而評估如上述方式所調製之樣品的細孔構造。具體而言,係使用AutoSorb-1(Quantachrome公司製)作為測定裝置來評估BET比表面積、細孔容積、微孔容積、及細孔分布。
實驗的詳細內容係如以下所述。
作為樣品的前處理,而以300℃、10-1Pa以下進行真空脫氣3小時。
於BET作圖的範圍界定時,使用Rouqueral et al.所提出之方法。
細孔容積,係於以溫度77K所測定之氮吸
附等溫線中,由相對壓(P/P0)為0.95時的氮吸附量所計算出。細孔容積,表示具有約40nm以下之細孔直徑之細孔之容積的合計值。
細孔分布,係依據驟冷固體密度函數理論(QSDFT)進行解析。「微孔容積」,係由氮吸附等溫線以QSDFT法進行細孔分布解析而計算出。
1-3.結果
將結果示於第3圖、第4圖及表1。
第3圖係顯示碳化碳、低活化碳、現行碳、及高活化碳的細孔分布曲線。第4圖係顯示弱氧化碳、氧化碳、強氧化碳及現行碳的細孔分布曲線。表1係顯示各樣品之BET比表面積、細孔容積及微孔容積。
由第3圖及第4圖之細孔分布曲線可知:弱氧化碳、氧化碳、及強氧化碳雖為藉由對低活化碳施以氣相氧化處理所得之氧化碳,但該等氧化碳顯示與低活化碳同樣的細孔分布曲線,低活化碳之細孔不因氣相氧化處理而閉塞而能維持。
又,由表1之詳細數值資料可知:與低活化碳相比,弱氧化碳、氧化碳、及強氧化碳之BET比表面積增大。又,與低活化碳相比,弱氧化碳、氧化碳、及強氧化碳之細孔容積增大。與低活化碳相比,弱氧化碳、氧化碳、及強氧化碳之微孔容積亦增大。
同樣的,現行碳之氧化碳,係藉由對現行碳施以氣相氧化處理所得之氧化碳,然而,與現行碳相比,該氧化碳的BET比表面積增大。又,與現行碳相比,該氧化碳之細孔容積及微孔容積皆增大。
有報告指出,若對活性碳進行液相氧化處理,則原料活性碳之BET比表面積減少而使吸附能力降低(日本特開2010-193718號公報),然而進行氣相氧化處理時,原料活性碳之BET比表面積、細孔容積及微孔容積反而增大。
[實施例2]碳表面構造之評估
2-1.方法
針對實施例1所調製之樣品,以下述之方法測定拉曼光譜。
使用顯微雷射拉曼Nicolet Almega XR(賽默
飛世爾科技股份有限公司製)作為測定裝置。測定條件如以下所述。
雷射:532nm、5mW之輸出
曝光時間:30秒、曝光次數:2次
光柵:672條/mm
分光器光圈:100μm徑之針孔
波峰解析係使用佛依特(Voigt)函數進行。
由拉曼光譜中之D譜帶之峰值強度及G譜帶之峰值強度,計算出G譜帶之峰值強度相對於D譜帶之峰值強度的比(G/D比)。
2-2.結果
將拉曼光譜之測定結果示於第5圖至第7圖及表2。
第5圖係顯示碳化碳、低活化碳、現行碳、及高活化碳之拉曼光譜之測定結果的圖表。第6圖係顯示低活化碳、現行碳、低活化碳之氧化碳及現行碳之氧化碳之拉曼光譜之測定結果的圖表。第7圖係顯示由拉曼光譜之測定結果所計算出之G/D比的圖表。表2係顯示G/D比的數值資料。
如第5圖及第7圖所示,隨著活化度的進展(亦即,碳化碳、低活化碳、現行碳、高活化碳的順序),相對於G譜帶的峰值,D譜帶的峰值增加,G/D比降低。此顯示隨著活化度的進展,碳構造的缺陷增大。
如第6圖及第7圖所示,與現行碳相比,現行碳之氧化碳之D譜帶的峰值減少,伴隨於此,G/D比之值增大。又,弱氧化碳、氧化碳及強氧化碳(該等為低活化碳之氧化碳)全部皆維持了低活化碳之D譜帶的峰值強度,大致維持了低活化碳之G/D比的值。由該等之結果顯示,當隨著活化所產生之碳構造的缺陷增大時,該缺陷可藉由氣相氧化處理除去。
由實施例1及2的結果探討出下述情事。活化度高的高活化碳,吸附性能雖優異,但碳構造的缺陷大、形狀上不安定。相對於此,若對活化度比高活化碳還
低的低活化碳或現行碳施以氣相氧化處理,則BET比表面積及細孔容積超微增大,並且,除去碳構造的缺陷,結果可得同時滿足優異之吸附性能與形狀安定性的活性碳。
[實施例3]氣相氧化處理之加熱對活性碳所造成的影響
3-1.方法
對於實施例1所調製之現行碳,調查氣相氧化處理之加熱對活性碳所造成的影響。具體而言,將6mg之樣品置入鉑盤,於200mL/分鐘之空氣流通條件下,進行熱重/微差熱分析(Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis,TG-DTA)。升溫係以10℃/分鐘之速度升溫至100℃,維持該溫度30分鐘以上的期間,之後,再以1℃/分鐘之速度升溫至650℃,藉此來進行。裝置係使用TG/DTA6200(SII Nano Technology股份有限公司製)。
3-2.結果
將結果示於第8圖。第8圖係顯示熱重/微差熱分析之結果的圖表。第8圖顯示隨著升溫所產生的重量變化(重量%)。
如第8圖所示,若將現行碳以超過500℃的溫度加熱,則產生急劇的重量減少,進行了活化。其顯示若對已活化之活性碳進行追加的加熱處理,則活化會進一步進行。因此,該結果顯示,當對已活化之活性碳施以氣相氧化處理時,較佳為以500℃以下的加熱溫度實施。
[實施例4]含氧官能基量的評估
4-1.方法
對於實施例1所調製之現行碳、弱氧化碳、氧化碳、及強氧化碳,進行含氧官能基量的測定。
含氧官能基,係根據H.P.Boehm所提出之定量法(Boehm法)進行定量。亦即,含氧官能基係分成羧基(Group I)、內酯型羧基(Group II)、酚性羥基(Group III)、及羰基(Group IV)來定量。
所謂Boehm法,係使過量之反應鹼(Reaction Base)(碳酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉、或乙氧鈉)與含氧官能基反應,於反應剩餘的鹼加入過量的酸(鹽酸),再以鹼(氫氧化鈉)進行中和滴定的方法。
又,由碳酸氫鈉的中和滴定,測定Group I的含氧官能基量。由碳酸鈉的中和滴定,測定Group I與Group II的合計量。由氫氧化鈉的中和滴定,測定Group I、II與III的合計量。由乙氧鈉的中和滴定,測定Group I、II、III與IV的合計量。
以下,說明具體之測定方法。
首先,將1.5g之樣品置入50mL之0.05M反應鹼,在不破壞樣品形狀的條件下振盪24小時。之後,以濾紙過濾樣品,由濾液分液取出10mL。
對於10mL之濾液(分液),當使用碳酸鈉作為反應鹼時,加入30mL之0.05M HCl水溶液,調製成反應混合液。對於10mL之濾液(分液),當使用其以外之鹼(碳酸氫鈉、氫氧化鈉、或乙氧鈉)作為反應鹼時,加入20mL
之0.05M HCl水溶液,調製成反應混合液。
之後,將裝有反應混合液之容器以PTFE/矽隔片(septum)蓋上。將N2注入針以到達液面下的方式設置,而將N2排出針以不碰到水面的方式設置,以1mL/min以下之速度使氮流通2小時。藉此,除去溶存於反應混合液中的CO2。
之後,將反應混合液移至已事先進行氮置換、並以石蠟膜覆蓋的燒杯中,於其滴下1滴指示劑酚酞/乙醇溶液(10g/L)。然後,將滴定管插入維持以石蠟膜覆蓋的狀態之燒杯中,於以攪拌器攪拌之同時,以0.05M NaOH水溶液進行滴定。
對應於各反應鹼之含氧官能基的莫耳(mol)數,能以如下方式算出。
莫耳數=[n(B)/n(HCl)×[B]×V(B)-{[HCl]×V(HCl)-[NaOH]×V(NaOH)}]×V(a)/V(B)
此處,a表示測定所使用之反應鹼。a於上述實驗中係指50mL的0.05M反應鹼。B表示分液之反應鹼。B於上述實驗中係指10mL的濾液。
[ ]表示滴定所使用之莫耳濃度。V表示滴定量(體積)。n(B)/n(HCl)表示反應鹼與鹽酸的價數比。
因此,若將上述之莫耳數之值除以樣品重量,則可求出每單位重量樣品的含氧官能基量,而若將上述之莫耳數之值除以表面積,則可求出每單位表面積的含氧官能基量。又,於每次測定亦進行空白(Blank)的測定,
由已知之HCl與NaOH的莫耳濃度,可求出其他之反應鹼的莫耳濃度。
4-2.結果
將結果示於第9圖及表3。第9圖係顯示含氧官能基量之測定結果的圖表。表3係顯示含氧官能基量之數值資料。第9圖及表3係表示每單位重量樣品的含氧官能基量。
如第9圖及表3所示,於弱氧化碳、氧化碳、及強氧化碳中,於氣相氧化處理後,含氧官能基量整體上皆增加。特別是,隨著氣相氧化處理的氧化度增高(亦即,以弱氧化碳、氧化碳、強氧化碳的順序),顯著地確認到內酯型羧基(Group II)與酚性羥基(Group III)的增加。又,關於羧基(Group I),即使氣相氧化處理的氧化度增高,亦未確認到增加。認為此係如碳材料學會出版之改定碳材料入門(1984)中之報告所述,羧基(Group I)即使藉氣相氧化處理而生成亦會脫離之故。
[實施例5]氨吸附能力之評估
5-1.方法
針對實施例1所調製之現行碳、弱氧化碳、氧化碳、及強氧化碳,測定氨之吸附量,評估鹼性成分的吸附能力。
使用吸附平衡裝置Autosorb-1-c(Quantachrome公司製),於氣壓2至800mHg之範圍內以25℃測定吸附平衡。具體而言,作為樣品之前處理,而以300℃、10-1Pa以下進行真空脫氣3小時。之後,以25℃測定氨之吸附量。此處所測定之吸附量,係物理吸附量及化學吸附量的合計。
之後,以25℃,藉由渦輪分子幫浦,進行真空脫氣直到壓力呈一定為止(耗時2至3小時),再度測定氨的吸附量。此處所測定之吸附量為物理吸附量。第一次之測定所測得之吸附量與第二次之測定所測得之吸附量的差,為化學吸附量。
5-2.結果
將結果示於第10圖至第12圖。第10圖係顯示氨吸附量(亦即,物理吸附量及化學吸附量的合計)的圖表。第11圖係顯示氨之物理吸附量及氨之化學吸附量的圖表。於第10圖及第11圖之吸附等溫線中,橫軸表示相對壓(P/P0),縱軸表示平衡吸附量(q)。第12圖係將第11圖之吸附等溫線以DA作圖(Dubinin-Astakhov plot)顯示的圖表。
如第10圖所示,弱氧化碳顯示與現行碳同程度的氨吸附能力,氧化碳及強氧化碳與現行碳相比,顯示高的氨吸附能力。又,於第10圖中,現行碳係作為吸附性能特別優異之活性碳之例而顯示。又,如第11圖所示,弱氧化碳、氧化碳及強氧化碳主要係藉由物理吸附而吸附氨,然而如第12圖所示,於氨的低濃度區域中,確認到藉由化學吸附之氨的吸附。
由實施例4及實施例5的結果顯示,於弱氧化碳、氧化碳、及強氧化碳,含氧官能基發揮用以將氨等鹼性成分化學性吸附的功能。化學性吸附由於與專一性吸附相關,故弱氧化碳、氧化碳、及強氧化碳可專一性地除去氨等鹼性成分。
[實施例6]菸草煙成分之除去率的評估
6-1.燃燒型吸菸物品之製作
於本實施例中,使用實施例1所調製之現行碳、弱氧化碳、氧化碳、及強氧化碳作為樣品。將樣品如第1圖所示地組裝於兩個濾棒之間的空間(過濾嘴空腔部),藉此製
作燃燒型吸菸物品,評估菸草煙成分之除去率。
具體而言,係於紙管(外徑7.7mm)中插入5mm之乙酸酯濾棒(5.5Y31000,塑化劑6%)後,加入樣品30mg,再插入同樣的乙酸酯濾棒,藉此製作過濾嘴。作為對照組菸草用,而製作於紙管(外徑7.7mm)充填有兩個5mm之乙酸酯濾棒(5.5Y31000,塑化劑6%)的過濾嘴。將所得之過濾嘴與市售品之香菸(seven star:焦油14mg、尼古丁1.2mg)之菸草桿接合,製作成燃燒型吸菸物品。
6-2.方法
(1)吸菸實驗
使用自動吸菸器(CERULEAN,CERULEANSM450RH),將三根相同的燃燒型吸菸物品以吸菸容量17.5ml/秒、吸菸時間2秒/抽吸、吸菸頻率1抽吸/分鐘、燃燒長度49mm的條件自動吸菸,以劍橋式過濾器(Borgwaldt KC Inc.製,CM-133)捕集菸草煙中之粒狀物質,且將通過劍橋式過濾器的煙,捕集於以乾冰-異丙醇所構成之冷媒冷卻至-70℃的甲醇(和光純藥工業股份有限公司製,試藥特級)10mL中。
將吸菸試驗後之劍橋式過濾器,於利用於捕集通過劍橋式過濾器之煙成分的甲醇中,振盪而得分析試樣。以微注射器採取1μL之所得之分析試樣,以氣相層析質譜分析(Agilent製GC-MSD,使用於粒子相及蒸氣相之分析的型號分別為GC:7890A、MS:5975C與GC:6890A、MS:5973)進行分析。實驗反覆進行3次。
氨的分析係依CORESTA Recommended Method、No.83、DETERMINATION OF AMMONIA IN MAINSTREAM CIGARETTE SMOKE BY ION CHROMATOGRAPHY May 2017之記載進行。於實驗中,係將燃燒型吸菸物品以吸菸容量27.5ml/秒、吸菸時間2秒/抽吸、吸菸頻率1抽吸/30秒、燃燒長度49mm的條件自動吸菸,藉由兩隻空氣採集器而捕集於0.1N硫酸中,以離子層析進行分析。
(2)除去率之計算
以下述之式,計算出各燃燒型吸菸物品之相對於對照組香菸的煙中成分除去率。
(I)A’control=Acontrol/S、A’sample=Asample/S
(II)T=1-A’sample/A’control
此處,Asample表示由置入有各活性碳之燃燒型吸菸物品所得之煙中成分的定量值,Acontrol表示由作為比較對象所準備之對照組香菸所得之煙中成分的定量值。
S表示標準菸草之煙中成分的定量值,其係用以校正於不同日程進行吸菸試驗時之作業所致之誤差。對於標準菸草,於每次吸菸試驗皆實施煙中成分的定量。
6-3.結果
將結果示於第13圖及第14圖。第13圖係顯示菸草主流煙中之氨之減少率的圖表。第14圖係顯示菸草主流煙中之蒸氣成分之減少率的圖表。
如第13圖所示,當使用氧化碳及強氧化碳
時,檢測出菸草主流煙中之氨的除去。強氧化碳之氨的減少率高於氧化碳,認為此係因與氧化碳相比,強氧化碳之含氧官能基之量較多之故。又,內酯型羧基(及內酯基)(Group II)、酚性羥基(Group III)有助於氨的吸附,專一性地吸附氨,故不一定需要羧基(Group I)。
又,當使用弱氧化碳時,未檢測出菸草主流煙中之氨的除去。於實施例5中,證實了弱氧化碳係藉由物理吸附及化學吸附兩者來吸附氨,因此,認為該結果係由於實施例6之檢測方法的檢測精度所造成者。
又,如第14圖所示,當使用弱氧化碳、氧化碳、及強氧化碳時,可充分地除去菸草主流煙中的蒸氣成分。於第14圖中,亦顯示現行碳的資料,但現行碳係吸附性能特別優異的活性碳。因此,於第14圖中,即使弱氧化碳、氧化碳、及強氧化碳顯示些許低於現行碳的除去率,亦可視其顯示充分的除去率。再者,於氧化碳及強氧化碳中,吡啶類、吡類等鹼性成分之吸附率高於現行碳,顯示可專一性地除去。其顯示,由於該等氧化碳與現行碳的微孔容積大致相同,故可於維持現行碳的吸附量之同時,藉由與所導入之表面含氧官能基的相互作用而增大目的之鹼性成分的吸附量。
由第13圖及第14圖的結果顯示,包含弱氧化碳、氧化碳、及強氧化碳之任一者的燃燒型吸菸物品,可充分吸附除去菸草主流煙中的蒸氣成分,並且,可專一性地吸附除去氨等鹼性成分。
Claims (10)
- 一種香味吸嚐物品,係含有活性碳,該活性碳之BET比表面積為1050m2/g以上,且拉曼光譜中之G譜帶之峰值強度相對於D譜帶之峰值強度的比為0.85以上。
- 如申請專利範圍第1項所述之香味吸嚐物品,其中,前述活性碳之以Boehm法所測得之由羧基、內酯型羧基、酚性羥基及羰基所構成之含氧官能基的量為0.6mmol/g以上。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之香味吸嚐物品,其中,前述活性碳具有0.5cm3/g以上的細孔容積。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之香味吸嚐物品,其中,前述活性碳之以Boehm法所測得之內酯型羧基及酚性羥基的合計量為0.3mmol/g以上。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之香味吸嚐物品,其中,前述活性碳之以Boehm法所測得之羧基的量為0.12mmol/g以下。
- 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之香味吸嚐物品,其中,前述活性碳之前述BET比表面積為1050至1600m2/g。
- 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之香味吸嚐物品,其中,前述活性碳係來自植物性材料的植物系活性碳。
- 如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之香味吸嚐物品,其中,前述活性碳係來自椰子殼的椰子殼系活 性碳。
- 如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之香味吸嚐物品,其中,前述活性碳係藉由包含下列步驟之方法所製造:將有機材料碳化及活化,得到原料活性碳;以及藉由氣相氧化法使前述原料活性碳氧化。
- 如申請專利範圍第1至9項中任一項所述之香味吸嚐物品,其中,前述香味吸嚐物品含有過濾嘴,前述活性碳係被包含於前述過濾嘴中。
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