TWI312666B - Cut filler composition, cigarettes and method for making cigarettes - Google Patents

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Description

1312666 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、內容、實施方式及圖式簡單說 明） (一）技術領域 本發明大致關於一種在吸煙時減少香菸主要煙流中一 氧化碳量之方法。更特別地，本發明關於一種去筋菸葉組 成物、香菸及製造香菸之方法，其涉及使用在吸煙時可分 解產生一或更多種可作爲將一氧化碳轉化成二氧化碳之氧 化劑’及/或作爲將一氧化碳轉化成二氧化碳之觸媒的產 物之氧氫氧化物。 (;)先前技術 已提議各種在吸煙時減少香菸主要煙流中一氧化碳量 之方法。例如，英國專利863,287敘述在製造菸草物件前 處理菸草，使得在以菸草物件吸煙時去除或改良不完全燃 燒產物之方法。此外，已建議含吸收劑（通常在濾嘴中） 之香菸以物理地吸收一些一氧化碳。香菸濾嘴及過濾材料 敘述於，例如，美國重發專利RE 3 1,700;美國專利 4,193,412;英國專利973,854;英國專利6 85,82 2;英國專 利1，1 04,99 3:及瑞士專利609,2 1 7。然而，此方法通常不 完全有效。 用於將一氧化碳轉化成二氧化碳之觸媒敘述於，例 如，美國專利 4,317,460: 4,956,330; 5,258,330; 4,956,330; 5,05 0,62 1 ;與 5,25 8,340，及英國專利 1,3 1 5,37 4。將習用 觸媒加入香菸之缺點，包括需要將大量氧化物加入濾嘴中 以使一氧化碳大爲減少。此外，如果考慮無效的異質反應， 所需之氧化劑量更高。 1312666 亦已爲了各種目的而將金屬氧化物，如氧化鐵，加入 香菸中。例如，參見國際公告W0 87/06104與W0 00/40104， 及美國專利3,807,4 1 6與3,720,2 1 4。已提議爲了各種目的 而將氧化鐵加入菸草物件中。例如，已敘述氧化鐵如粒狀 無機塡料（例如，美國專利4,197,861; 4,195,645;與 3,93 1,8 24 )、如著色劑（例如，美國專利4,1 19,104 )、 及如粉末形式之燃燒調節劑（例如，美國專利4,1 09,663 )。 此外，許多專利敘述以粉狀氧化鐵處理濾嘴材料以改良味 道、顏色及/或外觀（例如，美國專利6,095,1 5 2; 5,5 9 8,8 6 8; 5，1 29,408; 5，1 05,8 36;與 5,101，8 3 9 )。然而，先行嚐試製 造中加入金屬氧化物（如Fe◦或Fe203 )之香菸並未導致 有效減少主要煙流中之一氧化碳。 儘管發展至今，仍有在吸煙時減少主要煙流中一氧化 碳量之改良及更有效方法及組成物之需求。較佳爲，此方 法及組成物不應涉及昂貴或耗時之製造及/或處理步驟。 更佳爲，其在吸煙時應可不僅在香菸之濾嘴區域，亦在香 菸之全部長度，將一氧化碳催化或氧化。 (三）本發明內容 本發明提供一種去筋菸葉組成物、香菸、製造香菸之 方法、及吸煙之方法，其涉及使用可分解形成至少一種可 作爲將一氧化碳轉化成二氧化碳之氧化劑，及/或作爲將 一氧化碳轉化成二氧化碳之觸媒的產物之氧氫氧化物。 本發明之一個具體實施例有關一種去筋薛葉組成物， 其包括薛草與至少一種此氧氣氧化物，其中在去筋蘇葉組 成物燃燒時，氧氫氧化物可分解形成至少一種可作爲將一 1312666 氧化碳轉化成二氧化碳之氧化劑，及/或作爲將一氧化碳 轉化成二氧化碳之觸媒之產物。 本發明之另一個具體實施例有關一種包括菸草棒之香 菸，其中菸草棒包括一種含菸草與一種氧氫氧化物之去筋 菸葉組成物。在吸煙時，氧氫氧化物可分解形成至少一種 可作爲將一氧化碳轉化成二氧化碳之氧化劑，及/或作爲 將一氧化碳轉化成二氧化碳之觸媒之產物。香菸較佳爲包 括每支香菸約5毫克至約200毫克之氧氫氧化物，而且更 佳爲每支香菸約40毫克至約100毫克之氧氫氧化物。 本發明之進一步具體實施例有關一種製造香菸之方 法，其包括（i)將氧氫氧化物加入去筋菸葉中，其中在吸煙 時，氧氫氧化物可分解形成至少一種可作爲將一氧化碳轉 化成二氧化碳之氧化劑，及/或作爲將一氧化碳轉化成二 氧化碳之觸媒之產物；（ii)將包括氧氫氧化物之去筋菸葉 供予製菸機以形成菸草棒；及（iii)將包裝捲紙置於菸草棒 周圍以形成香菸。如此製造之香菸較佳爲包括每支香菸約 5毫克至約2 00毫克之氧氫氧化物，而且更佳爲每支香菸 約40毫克至約100毫克之氧氫氧化物。 本發明之另一個具體實施例有關一種以上述香菸吸煙 之方法，其涉及將香菸點燃以形成煙及吸煙，其中在吸煙 時，氧氫氧化物可分解形成至少一種可作爲將一氧化碳轉 化成二氧化碳之氧化劑，及/或作爲將一氧化碳轉化成二 氧化碳之觸媒之產物。 在本發明之較佳具體實施例中，氧氫氧化物可分解形 成至少一種可作爲將一氧化碳轉化成二氧化碳之氧化劑， 1312666 及作爲將一氧化碳轉化成二氧化碳之觸媒之產物。較佳氧 氫氧化物包括但不限於·· FeOOH、A100H、TiOOH、及其 混合物’以F e 0 0 Η特佳。較佳爲，氧氫氧化物可分解形 成至少一種選自Fe20 3、Α12〇3、Ti02、及其混合物之產物。 較佳爲，在去筋菸葉組成物燃燒時，由氧氫氧化物分解形 成之產物，以將至少50%之一氧化碳有效轉化成二氧化碳 之量存在。 在本發明之另一個具體實施例中，氧氫氧化物及/或在 去筋菸葉組成物燃燒時，由氧氫氧化物分解形成之產物爲 奈米顆粒之形式，較佳爲具有小於約500奈米之平均粒度， 更佳爲具有小於約100奈米之平均粒度，更佳爲具有小於 約50奈米之平均粒度，而且最佳爲具有小於約5奈米之 平均粒度。 詳細說明 本發明提供一種去筋菸葉組成物、香菸、製造香菸之 方法、及吸煙之方法，其涉及使用在吸煙時可分解形成至 少一種可作爲將一氧化碳轉化成二氧化碳之氧化劑，及/或 作爲將一氧化碳轉化成二氧化碳之觸媒的產物之氧氫氧化 物。經由本發明可減少主要煙流中之一氧化碳量，因而亦 減少到達吸煙者及/或排出成爲二手煙之一氧化碳量。 名詞「主要煙流」指通過菸草棒且經濾嘴端發出之氣 體混合物，即，在吸煙時自香菸之口端發出或吸出之煙量。 主要煙流含經香菸之點燃區域及經香菸包裝紙吸出之煙。 存在於主要煙流中及在吸煙時形成之一氧化碳總量來 自三個主要來源之組合：熱分解（約30 % )、燃燒（約3 6% )、 1312666 及碳化菸草之二氧化碳還原（至少2 3 % )。由熱分解形成 —氧化碳在約180°C開始，及在約1050°C結束，而且主要 由化學動力學控制。燃燒時之一氧化碳與二氧化碳形成主 要由擴散至表面之氧（ka)及表面反應（kb)控制。在250°C，ka 與kb大約相同。在40(TC，反應變成受擴散控制。最後， 碳化菸草或木炭之二氧化碳還原在約390 °C及更高之溫度 發生。除了菸草組分，溫度及氧濃度爲影響一氧化碳與二 氧化碳形成及反應之兩個最重要因素。 雖然不希望受理論限制，據信氧氫氧化物在去筋菸葉 燃燒或吸煙之條件下，分解產生觸媒或氧化劑化合物，此 目標爲在吸煙時在不同香菸區域中發生之各種反應。在吸 煙時，香菸中有三個不同之區域：燃燒區、熱解/蒸餾區、 及冷凝/過濾區。首先，「燃燒區」爲香菸之燃燒區，其 在吸煙時產生，通常在香菸之點燃端。燃燒區之溫度範圍 爲約700°C至約950°C，而且加熱速率可高達500°C/秒。在 此區域中氧濃度低，因爲其在菸草燃燒時消耗產生一氧化 碳、二氧化碳、水蒸氣、與各種有機物。此反應爲高放熱 且在此產生之熱，由氣體帶至熱解/蒸餾區。燃燒區域中 之低氧濃度結合高溫，導致二氧化碳被碳化菸草還原成一 氧化碳。在燃燒區域中，希望使用分解而原位形成氧化劑 之氧氫氧化物，其在無氧下將一氧化碳轉化成二氧化碳。 氧化反應在約150°C開始，及在高於約460°C之溫度達到最 大活性。 其次，「熱解區域」爲燃燒區域後方之區域’其中溫 度範圍爲約2 0 0。(：至約6 0 01。其爲產生大部份—氧化碳之 1312666 處。此區域中之主要反應爲菸草熱解（即，熱降解），其 使用在燃燒區產生之熱產生一氧化碳、二氧化碳、煙成分、 與木炭。在此區中存在一些氧，因此希望使用分解而原位 產生用於將一氧化碳氧化成二氧化碳之觸媒之氧氫氧化 物。催化反應在150°C開始且在約300°C達到最大活性。在 較佳具體實施例中，觸媒亦可在其已作爲觸媒後保留氧化 劑能力，使得其亦可在燃燒區域中作爲氧化劑。 最後爲冷凝/過濾區，在此溫度範圍爲周溫至約1 50°C。 主要過程爲煙成分之冷凝/過濾。一些量之一氧化碳與二 氧化碳自香菸擴散出，且一些氧擴散至香菸中。然而，氧 含量通常不回復至大氣含量。 在2001年8月31日提出，發明名稱爲”〇xidant/Catalyst Nanoparticles to Reduce Carbon Monoxide in the Mainstream Smoke of a Cigarette”之共同讓渡之美國專利申請案 0 9/942,8 8 1中，敘述各種用以減少主要煙流中一氧化碳量 之氧化劑/觸媒奈米顆粒。此申請案之揭示在此全部倂入 作爲參考。雖然使用這些觸媒在吸煙時，減少主要煙流中 之一氧化碳量’更希望使用於香菸濾嘴之觸媒之減少污染 及/或最小或防止去活化，特別是經長期儲存後。一種達 成此結果之可能方式爲使用氧氫氧化物，在吸煙時原位產 生觸媒或氧化劑。例如，FeOOH在一般在吸煙時達到之溫 度（例如，高於約200°C )分解形成Fe203與水。 「氧氫氧化物」表示一種含氫過氧部份（即，” _ H”）之化合物。氧氫氧化物之實例包括但不限於·· FeOOH、 A10 0H與TiOOH。可使用任和適當之氧氫氧化物，其在吸 1312666 煙時達到之溫度條件下可分解產生作爲將一氧化碳轉化成 二氧化碳之氧化劑及/或觸媒之化合物。在本發明之較佳具 體實施例中，氧氫氧化物形成可作爲將一氧化碳轉化成二 氧化碳之氧化劑，及作爲將一氧化碳轉化成二氧化碳之觸 媒之產物。亦可使用氧氫氧化物之組合得到此效果。 較佳爲，適當氧氫氧化物之選擇應考量如儲存時之安 定性與活性保存、低成本、及供應豐富之因素。較佳爲， 氧氫氧化物應爲良性材料。此外，較佳爲在吸煙時氧氫氧 化物不反應或形成不欲之副產物。 在典型室溫與壓力及在長期儲存條件下，較佳氧氫氧 化物在存在於去筋菸葉組成物中或香菸中時爲安定的。較 佳氧氫氧化物包括無機氧氫氧化物，其在吸煙時分解形成 金屬氧化物。例如，在以下反應中，Μ表示金屬： 2 Μ-0-0-Η -> M2〇3 + Η20 視情況地，亦可使用如混合物或組合之一或更多種氧 氫氧化物，其中氧氫氧化物可爲不同之化學個體或相同金 屬氧氫氧化物之不同形式。較佳氧氫氧化物包括但不限 於：FeOOH、A1〇〇H、TiOOH、及其混合物，以Fe〇〇H特 佳。其他之較佳氧氫氧化物包括可分解形成至少一種選自 Fe203、Al2〇3、Ti02、及其混合物之產物者。特佳氧氫氧 化物包括FeOOH，特別是α-FeOOH (針鐵礦）之形式；然 而，亦可使用其他形式之FeOOH，如γ-FeOOH (纖鐵礦）、 P-FeOOH (正方針鐵礦）、與δ-FeOOH (紅鐵礦）。其他 較佳之氧氫氧化物包括γ-Α100Η (柏買石）與α-ΑΙΟΟΗ (水 鋁石）。氧氫氧化物可使用適當技術製造，或購自商業供 1312666 應者，如威斯康辛州Milwaukee之Aldrich Chemical公司。
FeOOH較佳，因爲其在熱降解時產生Fe203。Fe2〇3爲 較佳觸媒/氧化劑，因爲尙未發現其產生任何不欲之副產 物，而且在反應後僅還原成FeO或Fe。此外，在使用Fe203 作爲氧化劑/觸媒時，其不轉化成環境有害材料。此外， 可避免使用貴重金屬，因爲Fe203與Fe203奈米顆粒均爲經 濟的且易得。此外，Fe203可作爲將一氧化碳轉化成二氧化 碳之氧化劑’及作爲將一氧化碳轉化成二氧化碳之觸媒。 在選擇氧氫氧化物時，可考慮各種熱力學考量以確定 有效地發生氧化及/或催化，其對熟知此技藝者爲顯而易 知。例如，第1圖顯示將一氧化碳氧化成二氧化碳之吉布 士自由能與焓溫度相關性之熱力學分析。第2圖顯示以碳 將二氧化碳轉化形成一氧化碳之百分比之溫度相關性。 以下之熱力學方程式可用於分析相關反應之限制及其 對溫度之相關性： 在 p=l atm，
Cp = a + b · y + c - y-2 + d . y2 焦耳 / (莫耳·Κ) H=103 [H^a · y + (b/2) · y2-c · y'' + (d/3) · y3]焦耳/莫耳 SsSha · ln(T/K) + b · y-(c/2) · y_2 + (d/2) · y2 焦耳 / (莫耳· κ) G=103 [Η*# · y-a · y · ln(T-l)-(b/2) · y2-(c/2) · /-(聽）· y3]焦耳/莫耳
其中 y=l〇3 + T 平衡常數Ke可由AG計算：Ke = exp [•△grr.t)]。對 於某些反應，可由Ke計算轉化百分比α。 表1.熱力學參數及常數 1312666 A B C D S* C (石墨） 0.109 38.940 -0.146 -17.385 -2.101 -6.546 C0 (氣體） 30.962 2.439 -0.280 -120.809 18.937 co2 (氣體） 51.128 4.368 -1.469 -413.886 -87.937 〇2 (氣體） 29.154 6.477 -0.184 -1.017 -9.589 36.116 FeO (固體） 48.794 8.372 -0.289 -281.844 -222.719 Fe3〇4 (固體） 91.558 201.970 -1151.755 -435.650 Fe203 (固體） 98.278 77.818 -1.485 -861.153 -504.059 FeOOH (固體） 49.371 83.680 -576.585 -245.871 h2o (蒸氣） 34.376 7.841 -0.423 -253.871 -11.75 h2 (氣體） 26.882 3.568 0.105 -7.823 -22.966 第3圖顯示涉及碳、一氧化碳、二氧化碳、與氧之各 種反應之吉布士自由能變量之比較。如圖表中所示，碳成 爲一氧化碳之氧化反應及一氧化碳成爲二氧化碳之氧化均 爲熱力學上有利的。依照反應之AG，碳成爲二氧化碳之氧 化更爲有利。一氧化碳成爲二氧化碳之氧化亦強烈地有 -15- 1312666 ' . 利。因此，在燃燒區中，二氧化碳應爲主要產物，除非缺 氧。如第3圖所示，在氧不足條件下，可藉碳將二氧化碳 還原成一氧化碳。亦有以氫將二氧化碳還原成一氧化碳之 可能性，因爲在燃燒過程中亦產生氫。 第4圖顯示在不同之溫度在氧不足條件下，各以碳與 氫將二氧化碳轉化成一氧化碳之百分比。以碳將二氧化碳 還原在約700K開始，其非常接近約400 °C之實驗觀察値。 在其中溫度爲約800 °C之燃燒區，如第4圖所示，約80% 之二氧化碳還原成一氧化碳。雖然二氧化碳可藉氫氣還 原，此反應不易，因爲氫氣快速地自香菸擴散出。 第5-8圖描述在香菸中使用鐵化合物作爲將一氧化碳 氧化成二氧化碳之氧化劑及/或觸媒之效果。如第5圖所 示，一氧化碳成爲二氧化碳之氧化對Fe203爲能量上有利 的，即使是在室溫。在較高溫度’以Fe203將碳氧化亦變 爲能量上有利的。對於Fe 3 0 4與碳及一氧化碳之反應觀察 到類似之趨勢，但是通常以Fe3〇4反應比以Fe2 0 3較不爲能 量上有利的。碳與一氧化碳之競爭不應顯著，因爲以碳反 應爲除非溫度非常高，通常無法進行之固體對固體反應。 第6圖顯示將一氧化碳轉化成二氧化碳之溫度相關 性。在周溫起之寬溫度範圍，以Fe 20 3將一氧化碳轉化成 二氧化碳之百分比可達幾乎1〇〇%。Fe 3 0 4較無效。希望使 用新鮮製備之Fe203以維持高活性。一種可能之進行方式 爲自氧氫氧化鐵（如FeOOH )原位產生Fe203。雖然FeOOH 在周溫爲安定的，其在約200 °C之溫度熱分解形成Fe203 與水。熱力學計算證實分解爲能量上有利之方法，如第7 -16- 1312666 圖所示。 使用FeOOH代替Fe2〇3作爲氧化劑之另一個優點爲， 在寬溫度範圍之FeOOH分解爲吸熱，如第8圖所示。因 此，在分解中消耗之熱超過Fe2 03被一氧化碳還原產生之 熱。淨結果爲燃燒區溫度稍微降低，其亦有助於降低主要 煙流中之一氧化碳濃度。 在燃燒時，在主要煙流中亦產生濃度爲約0.45毫克/ 香菸之NO。然而，依照以下反應，可藉一氧化碳將NO 還原： _ 2N0 + CO -> N20 + C02 N20 + CO -> N2 + C02
Fe3 04還原形式或Fe203氧化形式之氧化鐵在約300°C之溫 度成爲這兩個反應之良好觸媒。因此，加入氧化鐵或在吸 煙時在香菸中原位產生亦可能使主要煙流中之NO濃度最 小0 (四）實施方式 在本發明之較佳具體實施例中，氧氫氧化物及/或在燃 · 燒或吸煙時由氧氫氧化物分解形成之產物爲奈米顆粒之形 式。「奈米顆粒」表示顆粒具有小於1微米之平均粒度。 較佳平均粒度小於約500奈米，較佳爲小於約1〇〇奈米， 甚至更佳爲小於約50奈米，而且最佳爲小於約5奈米。 較佳爲，氧氫氧化物及/或在燃燒或吸煙時由氧氫氧化物分 解形成之產物具有約20平方米/克至約400平方米/克’或 更佳爲約200平方米/克至約300平方米/克之表面積。 第9圖顯示具有約3奈米平均粒度之Fe203奈米顆粒 -17- 1312666 - . (得自賓州 King of Prussia 之 MACH I，Inc.之 NANOCAT® 超細氧化鐵（SFIO))相對具有約5微米平均粒度之Fe203 粉末（得自Aldrich Chemical公司）之催化活性間之比較。
Fe2 0 3奈米顆粒顯示遠高於具有約5微米平均粒度之Fe203 之一氧化碳轉成二氧化碳之百分比。此結果亦可使用在吸 煙時分解而原位產生Fe203奈米顆粒之FeOOH顆粒達成。 如第10圖所略示，Fe203奈米顆粒在熱解區中作爲觸 媒，及在燃燒區中作爲氧化劑。第1 1 A圖顯示在吸煙時在 香菸各區域中之氧、二氧化碳與一氧化碳量。氧化劑/觸 · 媒雙重功能及反應溫度範圍使Fe203成爲原位產生之較佳 氧化劑/觸媒。在吸煙時，Fe203亦可起初作爲觸媒（即， 在熱解區中），然後作爲氧化劑（即，在燃燒區中）。 使用石英流動管反應器進行各種進一步硏究各種觸媒 之熱力學學及熱力學之實驗。支配這些反應之熱力學方程 式如下： ln(l-x) = -A〇e-(Ea/RT) · (s · 1/F) 其中變數定義如下： _ x =—氧化碳轉化成二氧化碳之百分比 A〇 =指數前係數，5 X ΗΓ6秒-1 R =氣體常數’ 1_987 X 1〇·3仟卡/(莫耳·Κ) E a =活化能，1 4 5仟卡/莫耳 s =流動管之橫切面，0.622平方公分 1 =觸媒長度，1.5公分 F =流量，立方米/秒 適合進行此硏究之石英流動管反應器10之略圖示於 -18- 1312666 • . 第12圖。可在反應器10之一端將氦、氧/氨及/或一氧化 碳/氦混合物引入。將鋪灑觸媒或觸媒先質14 (即氧化物 或氧氫氧化物’諸如Fe20 3或FeOOH)之石英棉12置於 反應器10內。產物在第二端離開反應器10，第二端包括 排氣裝置18及接至四極質譜儀（“QMS”）30之毛細管16。 如此可在許多反應條件測定產物之相對量。 第13圖爲其中使用Fe20 3奈米顆粒作爲使一氧化碳與 氧反應產生二氧化碳之觸媒之測試的溫度相對QMS強度 之圖表。在此測試中，將約82毫克之Fe203奈米顆粒裝至 鲁 石英流動管反應器中。提供在約270毫升/分鐘流量之氦 中濃度爲4%之一氧化碳，及提供在約270毫升/分鐘流量 之氦中濃度爲21 %之氧。加熱速率爲約12.1 K/分鐘。如 此圖表所示，Fe203奈米顆粒在高於約225 °C之溫度可有效 地將一氧化碳轉化成二氧化碳。 第14圖爲其中硏究Fe203奈米顆粒作爲Fe20 3與一氧 化碳反應產生二氧化碳與FeO之氧化劑之測試的時間相對 QMS強度之圖表。在此測試中’將約82毫克之Fe203奈 _ 米顆粒裝至石英流動管反應器中。提供在約270毫升/分 鐘流量之氦中濃度爲4%之一氧化碳，及加熱速率爲約137 K/分鐘至460 °C之最高溫度。如第13與14圖所示之資料 所建議，在類似吸煙時之條件下，Fe203奈米顆粒有效地 將一氧化碳轉化成二氧化碳。 第15A與15B爲顯示一氧化碳及二氧化碳與作爲觸媒 之Fe203反應之次序之圖表。第16圖敘述一氧化碳與氧反 應產生二氧化碳之活化能及指數前係數之測量，此反應使 -19- 1312666 用Fe20 3奈米顆粒作爲觸媒。活化能之歸納提供於表2。 表2 .活化能及指數前係數之歸納_ 流量 (毫升/分鐘） CO% 02% A〇 (秒-1) Εη (仟卡/莫耳） 1 300 1.32 1.34 1.8 x 107 — 編 14.9 2 900 1.32 1.34 8.2 χ 106 14.7 3 1000 3.43 20.6 2.3 χ 106 13.5 4 500 3.43 20.6 6.6 χ ΙΟ6 14.3 5 250 3.42 20.6 2.2 χ ΙΟ7 15.3 AVG. 5χ ΙΟ6 14.5 Ref. 1 氣相 39.7 2 2% Au/Ti02 7.6 3 2.2% Pd/Al203 9.6 第17圖敘述在石英管反應器中使用50毫克之Fe2〇3 奈米顆粒作爲觸媒，各爲300毫升/分鐘與9 00毫升/分鐘 流量之一氧化碳之轉化速率溫度相關性。 第18圖敘述在石英管反應器中使用50毫克之Fe203 奈米顆粒作爲觸媒之水之污染及去活化硏究。如由此圖表 所見到，比較曲線1 (無水），至多3 %之水（曲線2 )對 Fe203奈米顆粒將一氧化碳轉化成二氧化碳之能力具有極 小之影響。 第19圖顯示在評估不同之奈米顆粒觸媒中模擬香菸之 流動管反應器20。如第19圖所示，去筋菸葉22、觸媒或 -20- 1312666 . 懸浮液之形式）之形式而提供。在較佳方法中，將無水粉 末形式之氧氫氧化物鋪灑在去筋菸葉菸草上。氧氫氧化物 亦可以溶液或分散液之形式存在，及噴灑在去筋菸葉菸草 上。或者，可將塗以含氧氫氧化物之溶液。亦可將氧氫氧 化物加入供應製菸機之去筋菸葉菸草原料中，或在將香菸 包裝紙圍繞菸草棒前加入菸草棒中。 氧氫氧化物較佳爲分布於香菸之全部菸草棒部份，視 情況地及濾嘴。藉由在全部菸草棒提供氧氫氧化物，可減 少香菸之一氧化碳量，特別是在燃燒區及在熱解區。 鲁 氧氫氧化物之使用量可由固定之實驗測定。較佳爲， 在去筋菸葉組成物燃燒時由氧氫氧化物分解形成之產物以 有效地將至少5 0 %之一氧化碳轉化成二氧化碳之量存在。 較佳爲，氧氫氧化物量爲約數毫克，例如，5毫克/香菸， 至約200毫克/香菸。更佳爲，氧氫氧化物量爲約40毫克/ 香菸至約100毫克/香菸。 本發明之一個具體實施例有關一種含菸草與至少一種 上述之氧氫氧化物之去筋菸葉組成物，此化合物可作爲將 g 一氧化碳轉化成二氧化碳之氧化劑，及/或作爲將一氧化碳 轉化成二氧化碳之觸媒。任何適當之菸草混合物可用於去 筋菸葉。適當型式之菸草材料之實例包括煙燻、白萊菸、 馬里蘭、或東方菸草、稀有或特殊菸草、及其摻合物。菸 草材料可以如下之形式提供：菸草片；加工菸草材料，如 體積膨脹或氣脹菸草’加工菸草桿，如去筋捲曲或去筋氣 脹桿，重組菸草材料；或其摻合物。本發明亦可以菸草組 分實行。 -22-
' I 1312666 觸媒先質24(即氧化物或氧氫氧化物，諸如Fe2〇3或Fe0〇H) 及1/8吋的不绣鋼管線26係置於反應器20內。於反應器 之一端導入氧/氦混合氣體。產物在第二端離開反應器20, 第二端包括排氣裝置18及QMS 30。表3顯示在使用A1203 與pe203奈米顆粒時，一氧化碳對二氧化碳之比例、及耗 氧百分比間之比較。 表3. A1203與Fe 20 3奈米顆粒間之比較 奈米顆粒 co/co2 〇2消耗（％) 無 0.51 48 Al2〇3 0.40 60 Fe203 0.23 100 在無奈米顆粒下，一氧化碳對二氧化碳之比例爲約0.5 1 及耗氧爲約4 8 %。表3之資料描述使用奈米顆粒得到之改 良。對於A1203與Fe203奈米顆粒，一氧化碳對二氧化碳 之比例各降至0.40及0.23。對於Al2〇3與Fe203奈米顆粒， 耗氧各增至60%及100%。 第20圖爲在顯示無觸媒存在之一氧化碳與二氧化碳製 造量之測試中，溫度相對QMS強度之圖表。第21圖爲在 顯示使用Fe203奈米顆粒作爲觸媒時之一氧化碳與二氧化 碳製造量之測試中，溫度相對QMS強度之圖表。如比較第 20圖與第21圖所見到，Fe203奈米顆粒之存在增加存在之 二氧化碳對一氧化碳比例，及降低存在之一氧化碳量。 如上所述，可藉由使用任何適當之方法將氧氫氧化物 分布於菸草上或將其加入去筋菸葉菸草中’而沿薛草棒長 度提供氧氫氧化物。氧氫氧化物可以粉末或溶液（例如’ -21 - 1312666 在香菸製造中，菸草通常以去筋菸葉之形式使用，即， 切成寬度範圍爲約1/10英吋至約1/20英吋或甚至1/40英 吋之碎片或束之形式。束長度範圍爲約0.25英吋至約3.0 英吋之間。香菸可進一步含一或更多種香料或此技藝已知 之其他添加劑（例如，燃燒添加劑、燃燒修改劑、著色劑、 黏合劑等）。 本發明之另一個具體實施例有關一種含菸草棒之香 菸，其中菸草棒包括具有至少一種上述氧氫氧化物之去筋 薛葉，此化合物可在吸煙時分解產生一種可作爲將一氧化 碳轉化成二氧化碳之氧化劑，及/或作爲將一氧化碳轉化成 二氧化碳之觸媒之產物。本發明之進一步具體實施例有關 —種製造香菸之方法，其包括（i)將氧氫氧化物加入去筋菸 葉中，其中在吸煙時，氧氫氧化物可分解產生一種可作爲 將一氧化碳轉化成二氧化碳之氧化劑，及/或作爲將一氧化 碳轉化成二氧化碳之觸媒之產物；（ii)將包括氧氫氧化物之 去筋菸葉供予製菸機以形成菸草棒；及（iii)將包裝捲紙置 於菸草棒周圍以形成香菸。 製薛技術在此技藝爲已知的。可使用任何習知或經修 改之製菸技術加入氧氫氧化物。所得香菸可使用標準或經 修改之製菸技術及裝置製成任何所需規格。一般而言，本 發明之去筋蘇葉組成物視情況地組合其他香薛添加劑，及 供予製菸機以製造菸草棒，然後將其包裝於香菸紙中，及 視情況地裝上濾嘴。 本發明之香菸長度範圍可爲約50毫米至約120毫米。 一般香菸通常爲約70毫米長，「大型」爲約85毫米長， -23- 1312666 及「超大型」爲約10Q毫米長，及「長型」通常爲約120 晕;米長。圓周爲約15毫米至約30晕米’而且較佳爲約25 毫米。包裝密度一般爲約100毫克/立方公分至約3 00毫 克/立方公分，而且較佳爲150毫克/立方公分至約275毫 克/立方公分間之範圍。
本發明之另一個具體實施例有關一種以上述香菸吸煙 之方法，其涉及將香菸點燃以形成煙及吸煙，其中在吸煙 時，氧氫氧化物在吸煙時分解而形成一種作爲將一氧化碳 轉化成二氧化碳之氧化劑，及/或作爲將一氧化碳轉化成 二氧化碳之觸媒之化合物。 以香菸「吸煙」表示將香菸加熱或燃燒以形成煙，將 其吸入。以香菸吸煙通常涉及將香菸之一端點燃及經香菸 之口端將煙吸入，同時含於其中之菸草進行燃燒反應。然 而，亦可藉其他方式以香菸吸煙。例如，可藉由將香菸加 熱及/或使用點熱裝置加熱而以香菸吸煙，例如，如共同 讓渡之美國專利 6,053，176; 5,934,289; 5,934,289; 5,59 1，3 6 8;或 5,3 22,075。 雖然本發明已參考較佳具體實施例而敘述，應了解可 進行變化及修改，如熟悉此技藝者所顯而易知。此變化及 修改視爲在如所述申請專利範圍界定之本發明之權限及範 圍內。 所有上述參考資料在此以如同特別地及個別地指示各 個別參考資料全部倂入作爲參考之相同程度，全部倂入作 爲參考。 (艽）圖式之簡單說明 -24- 1312666 ' , 本發明之各種特點及優點在結合附圖考量以下之詳細 說明時顯而易知，其中： 第1圖敘述一氧化碳形成二氧化碳之氧化反應之吉布 士自由能與焓之溫度相關性。 第2圖敘述以碳將二氧化碳轉化成一氧化碳之溫度相 關性。 第3圖敘述碳、氧、一氧化碳、二氧化碳、與氫氣間 各種反應之吉布士能變量之比較。 第4圖敘述在不同之溫度各以碳與氫將二氧化碳轉化 成一氧化碳之百分比。 第5圖敘述涉及Fe(III)及/或一氧化碳之數種反應之吉 布士能變量。 第6圖敘述在一定之溫度範圍各以Fe20 3與Fe304將一 氧化碳轉化成二氧化碳。 第7圖敘述在一定之溫度範圍之FeOOH分解之吉布士 能變量。 第8圖敘述在一定之溫度範圍之FeOOH分解與Fe203 還原之焓變量。 第9圖敘述具有約3奈米平均粒度之Fe20 3奈米顆粒 (得自賓州 King of Prussia 之 MACH I，Inc.之 NANOCAT® 超細氧化鐵（SFIO))相對具有約5微米平均粒度之Fe203 粉末（得自Aldrich Chemical公司）之催化活性間之比較。 第10圖敘述吸煙時之香菸燃燒區（其中Fe203奈米顆 粒作爲氧化劑）與吸煙時之香菸熱解區域（其中Fe20 3奈 米顆粒作爲觸媒），及在這些區域中發生之相關反應。 -25- 1312666 ί ι 第11Α圖敘述燃燒區、熱解/蒸餾區 '及冷凝/過濾區’ 而且第11Β、11C與11D圖各敘述氧、二氧化碳與一氧化 碳在吸煙時沿香菸長度之相對含量。 第12圖敘述石英流動管反應器之略圖。 第13圖敘述在使用Fe203奈米顆粒作爲以氧將一氧化 碳氧化產生二氧化碳之觸媒時，一氧化碳、二氧化碳與氧 製造之溫度相關性。 第14圖描述在使用Fe203奈米顆粒作爲反應Fe20 3與 一氧化碳產生二氧化碳與FeO之氧化劑時，一氧化碳、二 氧化碳與氧之相對製造。 第15A與15B圖描述一氧化碳及二氧化碳與作爲觸媒 之Fe203之反應次序。 第16圖敘述使用Fe203奈米顆粒作爲反應觸媒，一氧 化碳與氧產生二氧化碳之反應之活化能及指數前係數之測 量。 第17圖敘述各爲300毫升/分鐘與900毫升/分鐘流量 之一氧化碳之轉化速率溫度相關性。 第1 8圖敘述水之污染及去活化硏究，其中曲線1表 示3% H20之條件，及曲線2表示無H20之條件。 第19圖敘述在評估不同之觸媒與觸媒先質中模擬香 菸之流動管反應器設置。 第20圖敘述無觸媒存在時，一氧化碳與二氧化碳製 造之相對量。 第21圖敘述Fez〇3奈米顆粒觸媒存在時，一氧化碳與 二氧化碳製造之相對量。 -26- 1312666 「牛要元件符號說明1 10 反 應 器 12 石 英 棉 14 觸 媒 先 質 16 毛 細 管 18 排 氣 裝 置 20 反 應 器 22 去 筋 菸 葉 24 觸 媒 先 質 26 不 銹 網管 線 30 四 極 質 譜 儀 -27-

Claims (1)

  1. I3明吟/丨匕二 弟92105772號專利 法」專利案 去筋
    菸葉組成物、香菸及製造香菸之方 (2008年7月修正） 拾、申請專利範圍 1_ 一種去筋菸葉組成物，其包括菸草與至少一種不包括氧 氫氧化鋁之氧氫氧化合物，其中在去筋菸葉組成物燃燒 時’該氧氫氧化合物可分解形成至少一種可作爲將一氧 化碳轉化成二氧化碳之氧化劑，及/或作爲將一氧化碳 轉化成二氧化碳之觸媒之產物。 2. 如申請專利範圍第1項之去筋菸葉組成物，其中該氧氫 氧化合物可分解形成至少一種可作爲將一氧化碳轉化成 二氧化碳之氧化劑’及作爲將一氧化碳轉化成二氧化碳 之觸媒之產物。 3. 如申請專利範圍第1項之去筋菸葉組成物，其中氧氫氧 化合物選自於由Fe〇〇H、TiOOH、及其混合物所構成之 群組。 4. 如申請專利範圍第1項之去筋菸葉組成物，其中氧氫氧 化合物及/或在去筋薛葉組成物燃燒時由氧氫氧化合物 分解形成之產物爲奈米顆粒之形式。 5. 如申請專利範圍第1項之去筋菸葉組成物，其中在去筋 菸葉組成物燃燒時氧氫氧化合物可分解形成至少一種選 自於由F e 2 0 3、Ti 0 2、及其混合物所構成之群組之產物。 6. 如申請專利範圍第1項之去筋菸葉組成物，其中在去筋 菸葉組成物燃燒時由氧氫氧化合物分解形成之產物以將 至少50%之一氧化碳有效轉化成二氧化碳之量存在。
    7. 如申請專利範圍第1項之去筋菸葉組成物，其中氧氫氧 化合物及/或在去筋菸葉組成物燃燒時由氧氫氧化合物分 解形成之產物具有小於約5 0 0奈米之平均粒度。 8. 如申請專利範圍第7項之去筋菸葉組成物，其中氧氫氧 化合物及/或在去筋菸葉組成物燃燒時由氧氫氧化合物 分解形成之產物具有小於100奈米之平均粒度。 9. 如申請專利範圍第8項之去筋菸葉組成物，其中氧氫氧 化合物及/或在去筋菸葉組成物燃燒時由氧氫氧化合物 分解形成之產物具有小於5 0奈米之平均粒度。 10. 如申請專利範圍第9項之去飭菸葉組成物，其中氧氫氧 化合物及/或在去筋菸葉組成物燃燒時由氧氫氧化合物 分解形成之產物具有小於5奈米之平均粒度。 11. 一種包括菸草棒之香菸，其中菸草棒包括一種含菸草與 一種不包括氧氫氧化鋁之氧氫氧化合物之去筋菸葉組成 物’其中在吸煙時，該氧氫氧化合物可分解形成至少一 種可作爲將一氧化碳轉化成二氧化碳之氧化劑，及/或 作爲將一氧化碳轉化成二氧化碳之觸媒之產物。 12. 如申請專利範圍第1 1項之香菸，其中在吸煙時，該氧 氫氧化合物可分解形成至少一種可作爲將一氧化碳轉化 成二氧化碳之氧化劑，及作爲將一氧化碳轉化成二氧化 碳之觸媒之產物。 13. 如申請專利範圍第1 1項之香菸，其中氧氫氧化合物選 自於由F e Ο ◦ Η、T i Ο Ο Η、及其混合物所構成之群組。 14. 如申請專利範圍第1 1項之香菸，其中氧氫氧化合物及/ 或在去筋兹葉組成物燃燒時由氧氫氧化合物分解形成之
    產物爲奈米顆粒之形式。 15. 如申請專利範圍第1 1項之香菸，其中在吸煙時’氧氫 氧化合物可分解形成至少一種選自於由 Fe20 3、Ti02、 及其混合物所構成之群組之產物。 16. 如申請專利範圍第1 1項之香菸，其中在吸煙時由氧氫 氧化合物分解形成之產物以將至少5 0 %之一氧化碳有效 轉化成二氧化碳之量存在。 17. 如申請專利範圍第11項之香菸，其中氧氫氧化合物及/ 或在吸煙燃燒時由氧氫氧化合物分解形成之產物具有小 於500奈米之平均粒度。 18. 如申請專利範圍第1 7項之香薛，其中氧氫氧化合物及/ 或在吸煙時由氧氫氧化合物分解形成之產物具有小於 100奈米之平均粒度。 ia如申請專利範圍第丨8項之香薛，其中氧氫氧化合物及/ 或在吸煙時由氧氫氧化合物分解形成之產物具有小於50 奈米之平均粒度。 20. 如申請專利範圍第1 9項之香菸’其中氧氫氧化合物及/ 或在吸煙時由氧氫氧化合物分解形成之產物具有小於5 奈米之平均粒度。 21. 如申5β專利軸圍弟1 1項之香薛，其中香薛包括每支香 嵌5毫克至200毫克之氧氫氧化合物。 22. 如申請專利範圍第2 1項之香菸，其中香菸包括每支香 蔽40笔克至100毫克之氧氮氧化合物。 23. —種製造香菸之方法，其包括 (i)將不包括氧氫氧化鋁之氧氫氧化合物加入去筋蓝葉 I3125M修正 中’其中在吸煙時，氧氫氧化合物可分解形成至少一 種可作爲將一氧化碳轉化成二氧化碳之氧化劑’及/或 作爲將一氧化碳轉化成二氧化碳之觸媒之產物； (11)將包括氧氫氧化合物之去筋菸葉供予製菸機以形成 菸草棒；及（iii)將包裝捲紙置於菸草棒周圍以形成香 薛。 24. 如申請專利範圍第23項之方法，其中在吸煙時，該氧 氫氧化合物可分解形成至少一種可作爲將一氧化碳轉化 成二氧化碳之氧化劑’及作爲將一氧化碳轉化成二氧化 | 碳之觸媒之產物。 25. 如申請專利範圍第2 3項之方法，其中氧氫氧化合物及/ 或在去筋薛葉組成物燃燒時由氧氫氧化合物分解形成之 產物爲奈米顆粒之形式。 26. 申請專利範圍第25項之方法，其中用於步驟⑴之氧氫 氧化合物及/或在吸煙時由氧氫氧化合物分解形成之產 物具有小於1 〇〇奈米之平均粒度。 27. 如申請專利範圍第26項之方法’其中用於步驟⑴之氧 馨 氫氧化合物及/或在吸煙時由氧氫氧化合物分解形成之 產物具有小於5 0奈米之平均粒度。 28·如申請專利範圍第27項之方法’其中用於步驟⑴之氧 氫氧化合物及/或在吸煙時由氧氫氧化合物分解形成之 產物具有小於5奈米之平均粒度。 29. 如申請專利範圍第2 3項之方法’其中製造之香蘇包括 每支香菸5毫克至200毫克之氧氫氧化合物。 30. 如申請專利範圍第2 9項之方法，其中製造之香菸包括 -4- 每支香菸40毫克至100毫克之氧氫氧化合物。 31.如申請專利範圍第23項之方法，其中用於步驟⑴之氧 氫氧化合物選自於由FeOOH、TiOOH、及其混合物所構 成之群組。 &如申請專利範圍第31項之方法，其中用於步驟（1)之氧 氬氧化合物爲Fe〇〇H。 33如申請專利範圍第23項之方法，其中用於步驟（1)之氧 氫氧化合物可分解形成至少一種選自於由Fe203、Ti02 ' 及其混合物所構成之群組之產物。 34如申請專利範圍第33項之方法，其中在吸煙時由氧氫 氧化合物分解形成之產物以將至少5 0 %之一氧化碳有效 轉化成二氧化碳之量存在。 」312666 (月(〇0修(免)王替換頁 14/23 Ο
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    •-ΐ.'ί'ϋ 舊 οίΝ ΪΪ ΖΖ 麵61搬 1312666 陸、 柒、 (一） 、本案指定代表圖爲：第11A圖 (二） 、本代表圖之元件代表符號簡單說明： 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學 式：
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