TWI444147B - 有觸媒填料之香菸包裝紙及其製法 - Google Patents

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Firooz Rasouli
Mohammad R Hajaligol
Ping Li
Susan Tafur
Jeffrey Allen
Rowland W Dwyer
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Description

有觸媒填料之香菸包裝紙及其製法
本申請案依照35 USC §119請求2003年6月13日提出之美國臨時申請案第60/477,922號，發明名稱”CIGARETTE WRAPPER WITH CATALYTIC FILLER AND METHODS OF MAKING SAME”之優先權，其全部內容在此併入作為參考。
以下之說明係參考特定之結構及方法，然而，此參考不必然地視為認可這些結構及方法在適用之法定條款下為合格之先行技藝。申請人保留證明任何參考標的不構成先行技藝之權利。
抽菸物品，如香菸或雪茄，在抽菸時產生主煙流及在靜止燃燒時產生副煙流。主煙流及副煙流之一種組分為一氧化碳(CO)。減少煙中之一氧化碳為希望的。
抽菸物品用觸媒、吸附劑、及/或氧化劑揭示於以下：頒與Snider等人之美國專利第6,371,127號、頒與Bowen等人之美國專利第6,286,516號、頒與Yamazaki等人之美國專利第6,138,684號、頒與Rongved之美國專利第5,671,758號、頒與Quincy,III等人之美國專利第5,386,838號、頒與Shannon等人之美國專利第5,211,684號、頒與Deffeves等人之美國專利第4,744,374號、頒與Cohn之美國專利第4,453,553號、頒與Owens之美國專利第4,450,847號、頒與Seehofer等人之美國專利第4,182,348號、頒與 Martin等人之美國專利第4,108,151號、美國專利第3,807,416號、及美國專利第3,720,214號。公告申請案WO 02/24005、WO 87/06104、WO 00/40104號、及美國專利申請案公告2002/0002979 A1、2003/0037792 A1與2002/0062834 A1號亦關於觸媒、吸附劑、及/或氧化劑。
鐵及/或氧化鐵已敘述用於菸草產品(例如，參見美國專利第4,197,861；4,489,739與5,728,462號)。氧化鐵已敘述作為著色劑(例如，美國專利第4,119,104；4,195,645；5,284,166號)及作為燃燒調節劑(例如，美國專利第3,931,824；4,109,663與4,195,645號)，而且已用於改良味道、顏色及/或外觀(例如，美國專利第6,095,152；5,598,868；5,129,408；5,105,836與5,101,839號)。
儘管迄今之發展，仍有在抽菸時減少抽菸物品之主煙流中一氧化碳量之改良及更有效方法與組成物之需求。
抽菸物品之一個較佳具體實施例包括具包裝紙之香菸菸草棒，此包裝紙包括紙材、紙材-填料材料、與奈米顆粒一氧化碳觸媒，此紙材-填料材料支撐奈米顆粒觸媒。較佳為，此奈米顆粒一氧化碳觸媒包括以碳酸鈣支撐之奈米顆粒氧化鐵觸媒。
一種製造抽菸物品之較佳方法包括(i)視情況地合併奈米顆粒一氧化碳觸媒與用於包裝紙製造之紙材-填料材料，以形成經觸媒改良之紙材-填料，(ii)視情況地製造包裝紙，此包裝紙包括經觸媒改良之紙材-填料，(iii)對製菸機提 供含去筋菸葉之菸草，及(iv)將包括支撐奈米顆粒一氧化碳觸媒之紙材-填料材料之包裝紙置於去筋菸葉周圍，以形成抽菸物品之菸草棒部份。此方法視情況地包括在步驟(ii)之前煅燒經觸媒改良之紙材-填料，及/或(v)將第二包裝紙置於菸草棒部份周圍。
抽菸物品用包裝紙之一個較佳具體實施例包括紙材與支撐於紙材上之經觸媒改良之紙材-填料，此經觸媒改良之紙材-填料包括以紙材-填料材料支撐之奈米顆粒一氧化碳觸媒。
另一種製造香菸紙之較佳方法包括(i)對製紙機之成形部份中之料箱供應經觸媒改良之紙材-填料與纖維素材料，此經觸媒改良之紙材-填料包括支撐奈米顆粒一氧化碳觸媒之紙材-填料材料，(ii)將含經觸媒改良之紙材-填料與纖維素材料之水性漿液沈積於製紙機之成形部份上，以形成具經觸媒改良之紙材-填料分布於其中之基本紙材，及(iii)自基本紙材除水以形成中間紙材。此方法視情況地包括在步驟(iii)之前煅燒經觸媒改良之紙材-填料。
一種製造含經觸媒改良之紙材-填料之香菸紙之進一步較佳方法包括(i)對製紙機之成形部份中之第一料箱供應纖維素材料，(ii)將水性漿液自第一料箱沈積於製紙機之成形部份上，以形成纖維素材料之基本紙材，(iii)將經觸媒改良之紙材-填料分布於基本紙材上，此經觸媒改良之紙材-填料包括支撐奈米顆粒一氧化碳觸媒之紙材-填料材料，及(iv)自基本紙材除水以形成中間紙材。此方法視情況地包括 在步驟(iii)之前煅燒經觸媒改良之紙材-填料，及/或將經觸媒改良之紙材-填料分布於基本紙材之纖維網路內，其中此層在中間紙材上形成帶、條、或格子樣式。
一種製造雙層香菸紙之較佳方法包括(i)將雙層香菸紙之第一層自第一料箱沈積於製紙機之線材上，第一料箱裝有第一供給組成物，(ii)將雙層香菸紙之第二層自第二料箱沈積於一部份第一層上，第二料箱裝有第二供給組成物，第二供給組成物包括經觸媒改良之紙材-填料，其含支撐奈米顆粒一氧化碳觸媒之紙材-填料材料，(iii)自第一層與第二層除水以形成單片中間紙材。此方法視情況地包括煅燒經觸媒改良之紙材-填料。
一種製造香菸紙之較佳方法包括(i)對製紙機之成形部份中之第一料箱供應含纖維素材料之補給料，(ii)將支撐紙材運經製紙機，(iii)將經觸媒改良之紙材-填料沈積於支撐紙材上，此經觸媒改良之紙材-填料包括支撐奈米顆粒一氧化碳觸媒之紙材-填料材料，(iv)將水性漿液自第一料箱沈積於支撐紙材上，以形成纖維素材料之基本紙材，其具有支撐紙材嵌入其中，(v)自基本紙材除水以形成紙片，及(vi)拾取紙片。
一種用於製造抽菸物品用包裝紙之較佳經觸媒改良之紙材-填料包括紙材-填料材料、及支撐於紙材-填料材料上之奈米顆粒一氧化碳觸媒。
一種製造經觸媒改良之紙材-填料(其包括支撐於紙材-填料材料上之奈米顆粒一氧化碳觸媒)之較佳方法包括(i) 形成奈米顆粒一氧化碳觸媒與紙材-填料材料之水性漿液，(ii)視情況地將此水性漿液散佈於撐體表面上，及(iii)將此水性漿液乾燥以將水蒸發，及形成經觸媒改良之紙材-填料。
一種製造經觸媒改良之紙材-填料(其包括支撐於紙材-填料材料上之奈米顆粒一氧化碳觸媒)之進一步較佳方法包括(i)將奈米顆粒一氧化碳觸媒自液相沈澱於紙材-填料材料上，(ii)去除至少一部份之液相，及(iii)將紙材-填料乾燥以將其餘液相蒸發，及形成經觸媒改良之紙材-填料。
另一種製造經觸媒改良之紙材-填料(其包括支撐於紙材-填料材料上之奈米顆粒一氧化碳觸媒)之較佳方法包括將奈米顆粒一氧化碳觸媒自氣相沈積於紙材-填料材料上，其中奈米顆粒一氧化碳觸媒包括FeOOH、α-Fe2 O3 、γ-Fe2 O3 、或其混合物，及紙材-填料材料係選自CaCO3 、TiO2 、SiO2 、Al2 O3 、MgCO3 、MgO、與Mg(OH)2 。
一種香菸之較佳具體實施例包括具包裝紙之菸草棒，此包裝紙包括纖維質纖維素材料之紙材及紙材-填料材料裝載，至少一些紙材-填料材料包括礦物顆粒及以礦物顆粒支撐之奈米顆粒。
一種用於製紙程序之供給料之較佳具體實施例包括含經觸媒改良之紙材-填料與纖維素材料之水性漿液。
一種香菸包裝紙之較佳具體實施例包括具有紙材-填料材料之紙材，至少一些紙材-填料材料含FeOOH。
觸媒紙、經觸媒改良之紙材-填料之組成物、香菸、製造抽菸物品之方法(其涉及使用併入包裝紙中作為紙材-填料材料之奈米顆粒添加劑)，可作為將一氧化碳轉化成二氧化碳之氧化劑及/或作為將一氧化碳轉化成二氧化碳之觸媒。此奈米顆粒添加劑減少主煙流中之一氧化碳量。
名詞「主煙流」指通過菸草棒且經濾嘴端發出之氣體混合物，即，在抽菸時自菸嘴端發出或吸出之煙量。主煙流含通過點燃區域及通過香菸包裝紙吸出之煙。
一氧化碳(CO)氧化觸媒，如較佳具體實施例之奈米顆粒氧化鐵觸媒，可併入抽菸物品(如香菸)包裝紙之紙材-填料材料中。此包裝紙係用以組合抽菸物品且在抽菸時消耗。雖然不希望受理論限制，據信在抽菸時，加入之奈米顆粒觸媒催化氣流中之組成氣體成分，例如，一氧化碳觸媒因依照方程式1與抽菸物品之氣流中之氧(O2 )反應形成二氧化碳(CO2 )，而催化CO減少香菸主煙流及副煙流中之CO含量：2 CO+O2 =2CO2 方程式1據信在催化反應後，觸媒亦可作為氧化劑，例如，在氣流中無氧存在下可氧化CO，而減少主煙流及/或副煙流中之CO含量。
參考第1(a)圖，抽菸物品100之較佳具體實施例具有菸草棒部份90及濾嘴端92。視情況地，抽菸物品100之具體實施例可無需濾嘴端92而實行。較佳為，菸草棒部份90包括一管菸草102，其以香菸(菸草)包裝紙104包裝。如 第1(b)圖之放大圖所示，包裝紙104包括纖維質纖維材料106紙材，其中散佈紙材-填料材料108之顆粒，如碳酸鈣(CaCO3 )。實際上，紙材-填料材料108作為決定包裝紙104之滲透力之試劑(一般以CORESTA單位測量，其定義為以1.0仟巴斯卡之壓力差在一分鐘內通過一平方公分材料之空氣量，測為立方公分)，而且亦作為一氧化碳觸媒奈米顆粒(較佳為氧化鐵之奈米顆粒)之撐體。如果需要，包裝紙104可視情況地包括無觸媒紙材-填料材料110。紙材-填料材料為用於製造包裝紙104之填料材料。
第2(a)及2(b)圖顯示抽菸物品之一個具體實施例，其中奈米顆粒一氧化碳觸媒支撐於具第二最外包裝紙之第一包裝紙之紙材-填料材料上。在第2(a)圖具體實施例中，抽菸物品100包括以第一內包裝紙112包圍之香菸菸草管102。如第2(b)圖之放大圖所示，第一包裝紙112包括紙材114及支撐於紙材-填料材料116上之奈米顆粒一氧化碳觸媒。如果需要，第一包裝紙112可視情況地包括無觸媒紙材-填料材料118。此紙材-填料材料為用於製造第一包裝紙112之填料材料。第一包裝紙中奈米顆粒一氧化碳觸媒對紙材-填料材料之比例(重量%)較佳為0.1至3.0，更佳為此比例為0.1至1.0，而且最佳為此比例為0.33至1.0。抽菸物品100具有包圍第一包裝紙112之第二包裝紙120。對於特定單一香菸100，第二外包裝紙120中之奈米顆粒一氧化碳觸媒總量較佳為小於1毫克，更佳為第二包裝紙120不包括奈米顆粒一氧化碳觸媒，以對香菸100提供不受奈米顆 粒觸媒之任何顏色影響之外觀。在例示具體實施例中，第一包裝紙中之奈米顆粒一氧化碳觸媒總量為10至100毫克，及在第二包裝紙中為小於1毫克，較佳為0毫克，及/或第二包裝紙120中奈米顆粒一氧化碳觸媒對第一包裝紙112中奈米顆粒一氧化碳觸媒之比例(重量%)小於0.25。
第3(a)圖顯示抽菸物品之一個具體實施例，其具有含奈米顆粒一氧化碳觸媒之包裝紙。在第3(a)圖具體實施例中，抽菸物品100包括香菸菸草管102及包裝紙122。如第3(b)圖之放大圖所示，包裝紙122包括紙材124及支撐於紙材-填料材料126上之奈米顆粒一氧化碳觸媒。如果需要，包裝紙122可視情況地包括無觸媒紙材-填料材料128。此紙材-填料材料為用於製造包裝紙122之填料材料。包裝紙122具有徑向內部130及徑向外部132，徑向內部130具有第一奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載且徑向外部132具有第二奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載。在一個具體實施例中，第一奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載大於第二奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載。例如，對於特定單一香菸100，包裝紙中之第一奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載可為至多100毫克，及第二奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載可為小於1毫克。較佳為第二奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載為零。在另一個具體實施例中，徑向內部130中奈米顆粒一氧化碳觸媒對紙材-填料材料之比例(重量%)較佳為0.1至3.0，更佳為0.1至1.0，最佳為0.33至1.0。徑向外部132中之奈米顆粒一氧化碳觸媒總裝載較佳為小於1毫克，更佳為零毫克。
「奈米顆粒」表示顆粒具有小於1微米之平均粒徑。奈米顆粒觸媒較佳為具有小於約500奈米，進一步較佳為小於約300至400奈米，更佳為1至50奈米，甚至更佳為1至10奈米，而且最佳為小於約5奈米之平均粒徑。奈米顆粒觸媒之體密度較佳為小於0.25克/cc，較佳為約0.05克/cc。較佳奈米顆粒觸媒之Brunauer、Emmett、與Teller(BET)表面積為約20平方米/克至400平方米/克，更佳為約200平方米/克至約300平方米/克。高溫奈米顆粒一氧化碳觸媒之實例包括奈米顆粒氧化鐵觸媒。較佳之奈米顆粒氧化鐵觸媒為得自賓州Prussia之Mach I,Inc.之NANOCAT7 Superfine Iron Oxide。奈米顆粒氧化鐵觸媒可包括FeOOH、α-Fe2 O3 、γ-Fe2 O3 、或其混合物。
奈米顆粒一氧化碳觸媒係藉由將奈米顆粒一氧化碳觸媒固定於在香菸包裝紙製造中作為紙材-填料材料之填料材料，而加入包裝紙中。紙材-填料材料可包括第II族、第III族、或第IV族金屬之氧化物、碳酸鹽、或氫氧化物，或者紙材-填料材料可選自CaCO3 、TiO2 、矽酸鹽(如SiO2 )、Al2 O3 、MgCO3 、MgO、與Mg(OH)2 。在較佳實例中，紙材-填料材料為CaCO3 或用於香菸紙製造之其他習知填料材料。如果需要，此包裝紙可包括不含奈米顆粒一氧化碳觸媒之紙材-填料材料。
在抽菸物品之一個較佳具體實施例中，奈米顆粒氧化鐵觸媒包括FeOOH、α-Fe2 O3 、γ-Fe2 O3 、或其混合物。經觸媒改良之紙材-填料較佳為包括固定於選自以下之填料顆粒 之奈米顆粒氧化鐵觸媒：CaCO3 、TiO2 、矽酸鹽(如SiO2 )、Al2 O3 、MgCO3 、MgO、與Mg(OH)2 。經觸媒改良之紙材-填料之平均粒度為0.1至10微米，較佳為小於或等於1.5微米。
在另一個較佳具體實施例中，抽菸物品中奈米顆粒一氧化碳觸媒總量為將至少一些CO有效地轉化成CO2 之量。對於香菸，每支香菸之較佳觸媒量為1至100毫克，1至50毫克或50至100毫克，2至25毫克或25至50毫克，1至15毫克或15至40毫克，或4至10毫克或10至20毫克。
在一種方法中，奈米顆粒一氧化碳觸媒，如奈米顆粒氧化鐵觸媒，係藉由形成奈米顆粒一氧化碳觸媒與紙材-填料材料之水性漿液，而以紙材-填料材料(如CaCO3 )支撐。用於此程序之CaCO3 可與用於製紙程序之填料材料相同，如賓州Bethlehem之Specialty Minerals市售之ALBACAR7 5970。例如，藉由以刮刀片散佈漿液而將漿液散佈，然後乾燥以將水蒸發而留下固體。一種乾燥漿液之方法包括暴露於空氣中同時以熱源(如75EC之放射線燈)加熱，雖然亦可使用其他之方法，如真空過濾繼而乾燥。
觸媒及填料可以任何所需量提供，例如，10至90%之觸媒及90至10%之紙材-填料材料。視漿液之奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載而定，乾燥之漿液形成粉狀物質或自撐固體團塊。例如，對於含少於約50至60重量%之碳酸鈣上奈米顆粒氧化鐵觸媒裝載之漿液，漿液乾燥成粉狀物質；對 於含大於約60至70重量%之碳酸鈣上奈米顆粒氧化鐵觸媒裝載之漿液，漿液乾燥成自撐固體團塊。在將經觸媒改良之紙材-填料，例如，支撐奈米顆粒一氧化碳觸媒(如奈米顆粒氧化鐵觸媒/CaCO3 顆粒)之紙材-填料材料，加入包裝紙中之前，可將經觸媒改良之紙材-填料之平均粒度降至0.1至10微米，較佳為約1微米或更小之平均粒度。例如，可藉研磨將經觸媒改良之紙材-填料球磨而形成粉末，例如，以1公分瑪腦磨球在100至300 rpm研磨2至4小時。在漿液乾燥成粉狀物質之處，球磨未必需要。繼而可將經觸媒改良之紙材-填料，例如，奈米顆粒一氧化碳觸媒/紙材-填料材料，經製紙程序加入包裝紙中。例如，經觸媒改良之紙材-填料可在製紙程序中作為填料材料。在較佳具體實施例中，包裝紙中之紙材-填料材料(經觸媒改良之紙材-填料及/或無觸媒之紙材-填料材料)含量可為3至50%。
在另一種方法中，紙材-填料材料(如CaCO3 )之顆粒係藉由形成奈米顆粒一氧化碳觸媒與紙材-填料材料之水性漿液，將漿液乾燥形成經觸媒改良之紙材-填料，繼而煅燒經觸媒改良之紙材-填料，而支撐奈米顆粒一氧化碳觸媒，如奈米顆粒氧化鐵觸媒。漿液係實質上如上關於第一方法所述而形成。在將漿液乾燥形成自撐固體團塊及球磨形成粉末(如果需要則減小經觸媒改良之紙材-填料之大小)後，藉由將經觸媒改良之紙材-填料在適當之煅燒溫度(例如，至多500EC，較佳為200EC至400EC)加熱適當之時間(如1至3小時，較佳為2小時)，而煅燒經觸媒改良之紙 材-填料。
一種利用研磨製造經觸媒改良之紙材-填料(其含50/50 NANOCAT® 氧化鐵奈米顆粒觸媒/CaCO3 混合物)之例示程序可如下進行：
1.將150磅之蒸餾水與25磅之CaCO3 混合至55加侖不銹鋼鍋中。
2.以連續混合緩慢地加入25磅之NANOCAT® 氧化鐵奈米顆粒觸媒。
3.在加入其餘50磅之水後以最大許可速率混合2小時。
4.使用布赫納漏斗(25公分)與燒瓶(2000毫升)將漿液真空過濾成濾塊。
5.將濾塊切割成小-1英吋片且將其置於烤盤中(盤：14”-10”-2”)。
6.將濾塊冷凍乾燥。
7.將盤置於真空鐘中且在110EC真空乾燥24小時。
8.使用(轉動研磨機)、陶瓷球與量筒將粉末研磨6小時。
9.在空氣中於300EC煅燒2小時。
一種利用噴灑乾燥製造經觸媒改良之紙材-填料(其含50/50 NANOCAT® 氧化鐵奈米顆粒觸媒/CaCO3 混合物)之例示程序可如下進行：
1.藉由以12份之水加入1份之NANOCAT® 氧化鐵奈米顆粒觸媒與1份之CaCO3 ，而在水漿液中製備觸媒混合物，將混合物攪拌而得均質漿液(至少30分鐘)。
2.將漿液進料至噴灑乾燥機。
3.調整空氣溫度而得乾燥粉末(例如，175EC空氣溫度)。
4.視用於乾燥之溫度而定，煅燒為選用的。如果進行，則煅燒可在空氣中於300EC實行2小時。
奈米顆粒一氧化碳觸媒可藉任何適當之技術固定於紙材-填料材料。例如，奈米顆粒一氧化碳觸媒可藉由將奈米顆粒氧化鐵觸媒自液相沈澱於紙材-填料材料上，或將奈米顆粒氧化鐵觸媒自氣相沈積於紙材-填料材料上，而與紙材-填料材料組合。
依照一個較佳具體實施例，經觸媒改良之紙材-填料，例如，奈米顆粒一氧化碳觸媒/紙材-填料材料，係經習知製紙程序加入包裝紙中。例如，經觸媒改良之紙材-填料可在製紙程序中作為填料材料之全部或一部份而使用，或可直接分布於包裝紙上，如藉噴灑或塗覆於濕或乾基本紙材上。在製造如香菸之抽菸物品中，包裝紙係藉製菸機包裝去筋菸葉而形成抽菸物品之菸草棒部份，其已事先供應或隨菸草去筋菸葉及一或多條包裝紙連續地供應。
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燻製之Burley、Maryland或Oriental菸草，稀有或特殊菸草，及其摻合物。菸草材料可以菸草薄片、經處理菸草材料(如增積或張開菸草)、經處理菸草梗(如切段或切開梗)、重製菸草材料、或其摻合物之形式提供。此菸草亦可包括菸草取代品。
在香菸製造中，菸草通常以去筋菸葉之形式使用，即，切成寬度範圍為約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。束長度範圍為約0.25英吋至約3.0英吋。香菸可進一步包括一或多種此技藝已知之香料或其他添加劑(例如，燃燒添加劑、燃燒調節劑、著色劑、黏合劑等)。
包裝紙可為任何包裝去筋菸葉之包裝，其包括含亞麻、大麻、洋麻、西班牙草、稻草、纖維素等之包裝紙。其可包括選用之填料材料、味道添加劑、及燃燒添加劑。在供應至製菸機時，包裝紙可自單軸以連續片(單包裝紙)或自多軸(多包裝紙，如來自兩個軸之雙包裝紙)供應。此外，包裝紙可為層切面超過一層，如頒與Rogers之共有美國專利第5,143,098號揭示之雙層紙，其全部內容在此併入作為參考。
製紙程序可使用習知製紙設備進行。一種製造包裝紙(例如，包括經觸媒改良之紙材-填料(其含以紙材-填料材料支撐之奈米顆粒一氧化碳觸媒)之香菸紙)之例示方法包括將經觸媒改良之紙材-填料與纖維素材料供應至製紙機。例如，可將含經觸媒改良之紙材-填料與纖維素材料之水性漿液(或「供給料」)供應至長網製紙機之成形部份之料箱。此經觸媒改良之紙材-填料包括以紙材-填料材料(例如，CaCO3 )支撐之奈米顆粒一氧化碳觸媒，例如，奈米顆粒氧化鐵觸媒。例如，此經觸媒改良之紙材-填料可包括奈米顆粒氧化鐵觸媒/CaCO3 顆粒或任何其他適當之奈米顆粒一氧化碳觸媒與紙材-填料材料，如第II族、第III族、或第IV族金屬之氧化物、碳酸鹽、或氫氧化物，CaCO3 、TiO2 、矽酸鹽(如SiO2 )、Al2 O3 、MgCO3 、MgO、與Mg(OH)2 。此水性漿液可藉多條與來源(如儲存槽)連接之導管供應至料箱。
此例示之方法亦可視情況地包括在將供給料供應至製紙機前之步驟中煅燒經觸媒改良之紙材-填料。
經觸媒改良之紙材-填料可以任何適當之形式供應至製紙程序，如水性漿液之形式或乾粉之形式，以在加入料箱前之製紙程序時漿化。例如，經觸媒改良之紙材-填料可在原處製成漿液。含經觸媒改良之紙材-填料之水性漿液可立即使用或儲存以在未來使用。在較佳具體實施例中，對料箱供應含經觸媒改良之紙材-填料與用以形成紙材之纖維素材料之供給料之水性漿液。視情況地，可將含經觸媒改良之紙材-填料之供給料之水性漿液、及無經觸媒改良之紙材-填料或具不同濃度之經觸媒改良之紙材-填料之纖維素材料水性漿液供給料，供應至分離之料箱或多個料箱。
一種例示方法將水性漿液自料箱沈積於成形部份上，以形成纖維素材料與經觸媒改良之紙材-填料之基本紙材。例如，在典型長網機中，成形部份為長網線，其緊接料箱下方排列成環狀成形線。相鄰環狀線之料箱下部中界定之切片使來自料箱之經觸媒改良之紙材-填料與纖維素材料之水性漿液流經切片至環狀線上表面上而形成濕基本紙材。視情況地，可將水性漿液沈積於保留在紙內之支撐紙材上。例如，可將支撐紙材運經製紙機之成形部份且其可為其上沈積水性漿液之基礎。水性漿液在成形部份中之長網線 上乾燥成中間紙材，其仍可保留水性成分，而且進一步處理形成具支撐紙材嵌於其中之紙片(例如，完成紙材)。支撐紙材可為習知紙材，如亞麻支撐紙材，或可包括加入催化成分(如奈米顆粒一氧化碳觸媒)之紙材。如果支撐紙材包括催化成分，則加入之催化成分可支撐在紙材-填料材料上，或可無需紙材-填料材料而直接支撐在支撐紙材上。
在將水性漿液沈積於成形部份上之後，自濕基本紙材除水以形成中間紙材，及以另外之處理(如進一步乾燥及壓製，如果需要)形成香菸紙片(例如，完成紙材)。繼而將香菸紙取出以儲存或使用，例如，將香菸紙捲繞成片或捆。
參考第4圖，香菸製紙機200包括位於長網線204一端運作之料箱202，及進料漿液來源，如連接料箱202之運轉槽206。料箱202可為一般用於製紙工業在長網線204上鋪設纖維素紙漿者，在一般之內容中，料箱202經多條導管連接運轉槽206。運轉槽206接收來自供給料供應218之供給料。較佳為，來自運轉槽206之進料為精製纖維素紙漿，如精製亞麻或木漿，如同製菸工業之一般實務。較佳為，白堊槽228(含上述之經觸媒改良之紙材-填料)連接運轉槽206以在供應至料箱202之漿液中建立所需之「白堊」含量。
長網線204沿一般方向為第4圖中之箭頭A之路徑運載來自料箱202之鋪設漿液紙漿(例如，基板紙材)，在 此處藉重力之影響，及(視情況地)在沿長網線204各位置之一些位置藉真空箱210、210’、210”之助，使水自紙漿經線204流乾，如同製菸工業技藝之確立實務。在沿長網線204之某處，自基本紙材去除足以確立通常稱為乾線之水，其中漿液之紋理由光澤、水狀外觀轉變成較接近完成基本紙材(但為濕狀況，例如，中間紙材)之表面外觀。在乾線及附近，紙漿材料之水分含量為約85至90%，其可視操作條件等而定。
在乾線下游，在伏輥214處將中間紙材212自長網線204分離。長網線204自此在其環狀路徑之回復迴圈上持續。中間紙材212超出伏輥214穿越其餘製紙系統而持續，其將中間紙材212進一步乾燥及壓製，而且將中間紙材212表面調節成形成紙220(例如，完成紙材)之所需最終水分含量及紋理。此乾燥設備在製紙技藝為已知的，而且可包括乾燥部份216，其包括乾燥毯、真空裝置、輥及/或壓機、施加熱能等。
製菸機200可視情況地包括超過一個料箱及/或超過一條長網線，其具有分離或共用之供給料供應。參考第4圖，與運轉槽及供給料供應適當地整合之選用第二料箱202’可將漿液紙漿鋪設於自第一料箱202鋪設且沿長網線204運載之漿液紙漿上。第二及/或額外之料箱可供應所需「白堊」含量之經觸媒改良之紙材-填料，或可無經觸媒改良之紙材-填料，如基於欲沈積之漿液紙漿層數及/或使用由製紙程序形成之包裝紙所需。視情況地及/或在替代方案中，可 自第一上游料箱202引導一些或全部之經觸媒改良之紙材-填料。
參考第4圖，選用第二長網線204’，其與在長網線204’上鋪設漿液紙漿之料箱202’及流乾與乾燥設備適當地整合，可形成第二中間紙材212’。第二中間紙材212’可在第二伏輥214’處與第二長網線204’分離且位於來自第一長網線204之第一中間紙材212上，以處理成為雙層紙。可使用多個選用長網線以形成具有任何所需層數之多層紙，如三、四等，至多10至12層。
可使用其他之製紙程序製造具奈米顆粒一氧化碳觸媒之包裝紙。例如，可製造層合、雙層或多層包裝紙。雙層與多層包裝紙之實例揭示於頒與Rogers之共有美國專利第5,143,098號，其全部內容在此併入作為參考。在含奈米顆粒一氧化碳觸媒之雙層與多層包裝紙之一個具體實施例中，至少一層徑向內層及/或徑向外層可包括奈米顆粒一氧化碳觸媒，如在此之具體實施例所述。較佳為，由於含具氧化鐵作為奈米顆粒觸媒之經觸媒改良之紙材-填料之紙變暗，為了外觀美化，在抽菸物品中相鄰去筋菸葉之多層紙之徑向最內層為包括支撐奈米顆粒一氧化碳觸媒之紙材-填料材料之多層包裝紙部份。
雙層或多層單片包裝紙可使用一般紙料製造，如木漿、亞麻纖維、或任何標準纖維素纖維。較佳為使用亞麻。不同之填料(包括不同之觸媒填料，如在此所述之經觸媒改良之紙材-填料)或不同之纖維可用於各層，而且可含於 不同之料箱，如頒與Rogers之共有美國專利第5,143,098號所揭示，其全部內容在此併入作為參考。例如，第一料箱可裝含奈米顆粒一氧化碳觸媒之包裝紙用材料且第二料箱可裝習知包裝紙用材料。
在另一個製造雙層或多層單片包裝紙之實例中，第一料箱可裝含第一濃度或裝載含量之奈米顆粒一氧化碳觸媒之包裝紙用材料，及第二料箱可裝含第二濃度或裝載含量之奈米顆粒一氧化碳觸媒之包裝紙用材料。在較佳具體實施例中，第一濃度或第一裝載含量異於第二濃度或第二裝載含量。例如，包裝紙可具有徑向內層與徑向外層，徑向內層具有第一奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載且徑向外層具有第二奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載。第一奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載可大於第二奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載。在一個具體實施例中，第一奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載為至多100毫克且第二奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載為小於1毫克。較佳為，第二奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載為零。在另一個具體實施例中，徑向內層中奈米顆粒一氧化碳觸媒對紙材-填料材料之比例(重量%)為0.1至3.0，更佳為0.1至1.0，最佳為0.33至1.0，及徑向外層中之奈米顆粒一氧化碳觸媒總裝載為小於1毫克，更佳為徑向外層中之奈米顆粒一氧化碳觸媒總裝載為零。製造雙層及多層紙之另外細節揭示於頒與Rogers之共有美國專利第5,143,098號所揭示，其全部內容在此併入作為參考。
另外之製紙程序之實例包括共有美國專利第5,342,484 號所揭示之製造成帶狀抽菸物品包裝紙之方法，其全部內容在此併入作為參考，及共有美國專利第5,474,095與5,997,691號所揭示之製造在橫向方向具有多個不同基本重量區域之紙之方法，其全部內容在此併入作為參考。在製紙程序中將奈米顆粒觸媒加入包裝紙紙材中之進一步及替代方案中，意圖首先製造紙(包裝紙)及將奈米顆粒觸媒置於表面上。例如，可將奈米顆粒直接分布於包裝紙上，如藉噴灑或塗覆於濕基本紙材、中間紙材或完成紙材上。此外，可在製紙程序內或在製造香菸時線上之分離奈米顆粒觸媒塗佈中，將奈米顆粒塗覆及/或印刷(文字或影像)。可改變印刷量及/或觸媒量以調整CO減少程度。亦意圖使用滯留助劑。
含觸媒之紙可作為習知香菸或非習知香菸用包裝紙，如用於共同讓渡美國專利第6,026,820；5,988,176；5,915,387；5,692,526；5,692,525；5,666,976；5,499,636、與5,388,594號所述之電抽菸系統之香菸，或具有燃料棒之非傳統型式之香菸，如共同讓渡美國專利第5,345,951號所述。
第5圖描述一型香菸300之構造，其可用於電抽菸裝置。如所示，香菸300包括菸草棒360及以包邊紙364結合之濾嘴部份362。濾嘴部份362較佳為含管形自由流動過濾元件302與菸嘴濾塞304。自由流動過濾元件302與菸嘴濾塞304可結合在一起成為具栓包裝紙312之組合栓310。菸草棒360可具有加入一或多種以下項目之各種形式：外 包裝紙371、另一個管形自由流動過濾元件374、較佳為包裝於栓包裝紙384中之圓柱形菸草栓380、含基本紙材368之菸草紙材366、及空間391。經觸媒改良之紙材-填料較佳為加入外包裝紙371中，但是另外或在替代方案中，可加入一或多個栓包裝紙384任何之一或菸草紙材366之組件中，較佳為其基本紙材368。
第6圖描述具有燃料元件411之香菸410構造，如美國專利第5,345,951號所述，此揭示在此併入作為參考。香菸410包括以香菸包裝紙414外包之燃料元件411與膨脹管412，及以包邊紙405連接之過濾元件413。參考第7圖，燃料元件411包括熱源420及味道床421，其在接觸流經熱源中之一或多個縱向通道之熱氣時釋放調味蒸氣及氣體。此蒸氣通過膨脹室412中然後至菸嘴元件413。熱源可含純實質上碳，視情況地及觸媒或燃燒添加劑。一或多層包圍熱源420之經觸媒改良紙418可用以減少熱源420產生之CO。或者，或另外，經觸媒改良之紙可提供於熱源420下游，例如，經觸媒改良之紙可分散於熱源與味道床421之間或味道床421中。味道床421可包括釋放所需味道之任何材料，例如，菸草填料或其上以沈積味道形成化合物之惰性基質。
燃料元件411包圍具有放射能量反射器套筒422(例如，穿孔金屬化紙)及選用內套筒423(例如，穿孔金屬化紙)之複合套筒。內套筒422可內折而在其上游端形成唇424，以將熱源懸空脫離反射器套筒422內壁，其間有環形空 間。味道床421係保持在內套筒423內。將燃料元件及膨脹室412保持在一起之包裝紙414較佳為具有足以使空氣穿越紙414且支持熱源燃燒之多孔性。燃料元件411亦包括具一或多個開口以使空氣進入燃料元件411中之反射端蓋415。製造抽菸物品之方法可包括雙包裝紙，例如，內包裝紙及外包裝紙。如果需要，經觸媒改良之紙可用於其他位置及/或第6及7圖所示之香菸之任何紙層。此外，雖然燃料元件香菸之一個具體實施例示於第6及7圖，在此揭示之經觸媒改良之紙可用以包圍燃料元件及/或在第6及7圖所示以外之其他燃料元件香菸排列中取代紙層。
第8圖描述香菸500，其具有包括香菸包裝紙515之內管或鞘之同心菸草棒510，其紙材-填料材料支撐奈米顆粒一氧化碳觸媒，如氧化鐵及/或在此所述之任何其他氧化觸媒。如所示，香菸500包括濾嘴505及菸草棒510，其以習知方式以包邊紙511彼此連接。菸草棒510為「同心核」或「同軸」設計，其可在得自德國Hamburg之Hauni Machinenbau AG之Hauni Baby製棒機上製造。內核區域512係以內包裝紙515界定，其被菸草去筋菸葉材料520包圍。外香菸包裝紙525沿菸草棒510外部延伸。濾嘴505可包括一或多個纖維素粗屑栓，而且視情況地可包括吸附劑，如碳。在此具體實施例中，自圖隱藏內包裝紙515中之任何顏色。
中央核區512可為中空及/或可部份地或完全地充填菸草去筋菸葉，而且較佳為直徑約2-5毫米，更佳為直徑2-3 毫米。在一個替代方案中，內包裝紙515可以至少一層係由觸媒紙(其中奈米顆粒觸媒(如奈米顆粒氧化鐵)支撐於紙材-填料材料(如CaCO3 )上)形成之分層排列構成。視情況地，外包裝紙525可類似地構成而包括奈米觸媒。
視情況地，中央管可構成使得施加於管一端之熱造成管之端部本身瓦解且封閉(或關閉)管端。瓦解特點可藉中央管之數個不同具體實施例完成。在其中中央管在施熱時瓦解之替代方案中，中央管515可以層排列構成，使得外或上層係由具較內或下層高之熱膨脹係數之材料製成。結果，在將管端加熱時，兩層間之熱膨脹係數差造成管之端部本身瓦解，而且視情況地封閉此端。中央管515之層可由具有不同熱膨脹係數之不同型式之紙構成。層之熱膨脹係數差可為具有不同纖維素比例及/或不同黏合劑之紙型式之結果。一或多種不同型式之紙可為其中奈米顆粒觸媒(如奈米顆粒氧化鐵)支撐於紙材-填料材料(如CaCO3 )上之觸媒紙。或者，其他基於聚合、澱粉、或纖維素之膜可用於中央管515，其任一均可包括經觸媒改良之紙材-填料。
如果需要，則觸媒紙可用於第8圖所示之香菸之其他位置及/或任何紙層。此外，雖然第8圖顯示具多孔性熱轉移管之香菸之具體實施例，在此揭示之觸媒紙可用以包圍菸草棒部份，或可作為包裝紙，加入濾嘴部份之纖維素成分中，及/或取代第8圖所示以外之多孔性熱轉移管香菸排列之紙層。
現在參考第2(a)及2(b)圖，內包裝紙及外包裝紙為在分離製紙程序中形成之個別包裝紙，而且在稍後包圍菸草去筋菸葉而形成香菸菸草棒。內包裝紙、外包裝紙或兩種包裝紙可包括經觸媒改良之紙材-填料，例如，以紙材-填料材料支撐之奈米顆粒一氧化碳觸媒。在兩種包裝紙均包括經觸媒改良之紙材-填料之實例中，各包裝紙中之指定奈米顆粒一氧化碳觸媒及觸媒裝載可為相同或不同。在一些具體實施例中，加入經觸媒改良之紙材-填料可使包裝紙變色，例如，包裝紙變成非白色或棕色。為了美觀之原因，可將習知顏色(例如，白色)之外包裝紙包圍內包裝紙。內包裝紙與外包裝紙均可選擇以產生關於抽菸物品性質之所需抽菸物品性能，如吸菸次數、焦油、燃燒速率、及灰外觀。因此且如所示及所述，例如，參考第2(a)及2(b)圖，抽菸物品及製造抽菸物品之方法之較佳具體實施例可包括香菸之菸草棒部份，其具有奈米顆粒一氧化碳觸媒支撐於第一包裝紙(其具有不含經觸媒改良之紙材-填料之第二最外包裝紙)之紙材-填料材料上。亦參考第8圖，以觸媒紙形成之中央管可因將觸媒紙置於抽菸物品內部而滿足美觀。
抽菸物品之例示包裝紙包括含纖維素纖維與經觸媒改良之紙材-填料併入紙材中之紙材。此經觸媒改良之紙材-填料包括支撐奈米顆粒一氧化碳觸媒之紙材-填料材料。
包裝紙可為任何適當之習知包裝紙。例如，較佳包裝紙可具有約18克/平方米至約60克/平方米之基本重量，及 約5 CORESTA單位至約80 CORESTA單位之滲透力。更佳為，包裝紙具有約30克/平方米至約45克/平方米之基本重量，及滲透力為約30至35 CORESTA單位。然而，可選擇適合包裝紙之任何基本重量。例如，較高之基本重量，例如，35至45克/平方米，可支撐較高之觸媒裝載。如果選擇較低之觸媒裝載，則可使用較低基本重量包裝紙。
包裝紙之其他滲透力(以CORESTA單位測量)可基於包裝紙之應用及位置而選擇。例如，在多層包裝紙中，第一層之滲透力可為至多30,000 CORESTA單位，雖然可使用較低或較高之滲透力。單層包裝紙之厚度較佳為15至100微米，更佳為20至50微米。多層包裝紙中之另外層可為第一層滲透力之0.1至10倍，而且厚度可為第一層厚度之0.1至2倍。可選擇第一層及第二層之滲透力及厚度以得到抽菸物品所需之總空氣滲透力及總厚度。
製造裝有奈米顆粒一氧化碳觸媒之包裝紙，而且比較無奈米顆粒一氧化碳觸媒之包裝紙。表1歸納對照紙(稱為X)及具經觸媒改良之紙材-填料(例如，以奈米顆粒一氧化碳觸媒/撐體材料作為填料材料)之包裝紙(稱為Y)之選擇性質。奈米顆粒一氧化碳觸媒為氧化鐵形式之奈米顆粒氧化鐵觸媒，而且以25重量%之觸媒裝載支撐於CaCO3 紙材-填料材料上。奈米顆粒一氧化碳觸媒/紙材-填料材料係如在此所述不煅燒由漿料形成。
奈米顆粒一氧化碳觸媒對紙材-填料材料比例可藉由使奈米顆粒一氧化碳觸媒/紙材-填料材料之漿液(例如，奈米顆粒氧化鐵觸媒/CaCO3 或其他經觸媒改良之紙材-填料之漿液)在不同之溫度煅燒不同之時間而改變。亦可選擇漿液之混合條件以得到所需之紙材-填料材料之奈米顆粒一氧化碳觸媒分布。例如，速度、時間、輪葉型式、及溫度均可調整以得到所需之奈米顆粒一氧化碳觸媒對紙材-填料材料比例之均勻性。或者，可將奈米顆粒一氧化碳觸媒/紙材-填料材料共沈澱而形成顆粒或粉末，例如，可使用化學沈澱法，如藉由加入碳酸鹽，如Na2 CO3 ，而將CaCO3 自CaCl2 沈澱。亦可使用在/紙材-填料材料上原處沈積奈米顆粒一氧化碳觸媒之氣相沈澱法。例如，可使用蒸氣沈積或噴灑技術。
雖然不希望受理論限制，顯然奈米顆粒氧化鐵觸媒形式之CO觸媒，如NANOCAT7 Superfine Iron Oxide，在高於150EC之溫度，較佳為在高於400EC之溫度，開始將CO轉化成CO2 。此外，以奈米顆粒氧化鐵觸媒將CO轉化成CO2 之速率因快速及有效地將CO運至奈米顆粒一氧化碳觸媒區 域及將CO2 運離觸媒區域(例如，抽菸物品內之氣流)而增強。操作溫度與抽菸物品內之氣流一起可影響奈米顆粒一氧化碳觸媒之操作。
在吸菸程序時，主煙流中之CO流向抽菸物品之濾嘴端。在一氧化碳通過抽菸物品內時，氧通過包裝紙擴散至抽菸物品中且一氧化碳擴散出來。在典型之2秒吸菸後，CO在燃燒區前濃縮於香菸週邊，例如，接近香菸包裝紙。由於O2 自香菸外部擴散，在高CO濃度之相同區域氧濃度高。進入菸草棒中之氣流在接近抽菸物品週邊上之燃燒區處最大，而且與溫度梯度大約相稱，例如，較大之氣流伴隨較高之溫度梯度。因此，最高氣流亦為最高溫度梯度之區域。例如，在典型抽菸物品中，最高溫度梯度為在燃燒區在抽菸物品週邊之>850-900EC，至朝向抽菸物品中央之約300EC。此溫度進一步下降至靠近濾嘴端之接近周溫。此外，在點燃端之溫度下降非常快，而且在軸向方向燃燒區後方2毫米內，溫度自900EC下降至200EC。氣流型式、抽菸時香菸中之組分形成、及煙形成與輸送之進一步資訊可發現於Richard R.Baker之”Mechanism of Smoke Formation and Delivery”,Recent Advances in Tobacco Science，第6卷，第184-224頁，(1980)，及Richard R.Baker之”Variation of the Gas Formation Regions within a Cigarette Combustion Coal during the Smoking Cycle”,Beitrge zur Tabakforschung International，第11卷，第1期，第1-17頁，(1981)，兩者之內容均在此併入作為參考。
為了藉由在製菸程序時選擇性地沈積具經觸媒改良之紙材-填料之水性漿液而調整CO成為CO2 轉化率，例如，增加、降低、最小化、或最大化，包裝紙中奈米顆粒一氧化碳觸媒之位置及量可如燃燒香菸呈現之溫度與氣流特性之函數而選擇。例如，抽菸物品中之固態煤在燃燒區附近，例如，燃燒區之約2毫米內，達到大於850-900EC之最高溫度，而且在燃燒區之2至3毫米內為300EC至400EC。因此，可選擇在特定溫度範圍操作之奈米顆粒一氧化碳觸媒，及可製造其中經觸媒改良之紙材-填料(例如，奈米顆粒氧化鐵觸媒/CaCO3 )可併入預測與適當之觸媒操作溫度一致之包裝紙部份中之包裝紙。經觸媒改良之紙材-填料之選擇性併入可藉由，例如，使用含選擇濃度之經觸媒改良之紙材-填料之不同料箱及/或將具不同濃度之經觸媒改良之紙材-填料之料箱置於對應欲製造觸媒紙之選擇位置之製紙程序中選擇位置而實現。
例如，用於抽菸物品用包裝紙之較佳奈米顆粒一氧化碳觸媒在低至周溫之溫度為催化上活性，而且較佳為即使是在高達900EC之溫度仍不去活化。不僅在抽菸物品之濾嘴端，例如，較佳奈米顆粒一氧化碳觸媒可沿參與燃燒區之全部軸長安置，而且在使用時自點燃端至濾嘴端可為催化上活性。奈米顆粒一氧化碳觸媒之軸向分布提供主煙流與奈米顆粒一氧化碳觸媒間足以將CO轉化成CO2 之接觸時間。較佳奈米顆粒一氧化碳觸媒之實例包括NANOCAT7 Superfine Iron Oxide，其在高於150EC之溫度開始將CO 轉化成CO2 。
在進一步實例中，可使用混合觸媒，例如，各在不同溫度範圍或重疊溫度範圍操作之個別觸媒組成物之組合之觸媒，以加寬可發生CO轉化成為CO2 之溫度範圍，及在抽菸物品燃燒時增加觸媒之操作期間。例如，混合觸媒可在高於約500EC及在300EC至400EC操作，因此在燃燒區及在燃燒區後均將CO轉化成為CO2 ，而有效地增加轉化時間及發生轉化之包裝紙面積。
雖然在此敘述觸媒具有操作溫度，名詞操作溫度係指將CO轉化成為CO2 之較佳溫度。在所述溫度範圍之外，觸媒仍可操作以將CO轉化成為CO2 ，但是可能影響轉化速率。
製造具CaCO3 紙材-填料之包裝紙及具經觸媒改良之紙材-填料(例如，奈米顆粒氧化鐵觸媒/CaCO3 紙材-填料材料)之包裝紙之樣品，而且在標準FTC測試條件下以抽菸物品組態測試。奈米顆粒氧化鐵觸媒為NANOCAT7 Superfine Iron Oxide。以CaCO3 支撐之奈米顆粒氧化鐵觸媒係藉漿液法無煅燒而製造。測試15重量%至50重量%之經觸媒改良之紙材-填料中奈米顆粒氧化鐵觸媒裝載，而且比較無奈米顆粒氧化鐵觸媒之對照樣品。在兩種不同基本重量之紙(35克/平方米及45克/平方米)調查含30%之紙材-填料裝載(CaCO3 紙材-填料材料或經觸媒改良之紙材-填料)之紙片之特性。此抽菸物品組態包括63毫米之棒長，其具有約8毫米之直徑，及長度21毫米之完全調味濾嘴 。各樣品具有相同之習知菸草摻合物。在各類別中抽20支菸。主煙流之平均結果歸納於表2。
表2之結果顯示，相較於對照香菸，在以具有經觸媒改良之紙材/填料之包裝紙製造之測試香菸中，有增加之CO：焦油比例降低。隨觸媒由15重量%增至50重量%之經觸媒改良之紙材/填料中觸媒裝載，CO：焦油比例之降低%由24%增至34%。與CO：焦油降低一致，吸菸次數有極小之變化(例如，<1次或<10%)。此外，CO：焦油比例降低顯示CO觸媒與CO減少之關連。在用於紙中時，奈米顆粒觸媒對CO較為選擇性且CO因比例大於焦油而減少。有利地，CO觸媒對焦油含量之影響降低。視裝載含量而定，用於各香菸之包裝紙之觸媒量為約4至8毫米/香菸。
表3描述習知手製無濾嘴香菸設計之比較性測試結果。樣品A係以無經觸媒改良之紙材-填料之手製45克/平方米包裝紙包裝，及樣品I係以嵌入經觸媒改良之紙材-填料 (例如，固定於CaCO3 撐體材料之奈米顆粒氧化鐵觸媒)之手製45克/平方米包裝紙包裝。在所示之樣品I中，經觸媒改良之紙材-填料中之嵌入奈米顆粒氧化鐵觸媒裝載為，相對經觸媒改良之紙材-填料為30重量%之NANOCAT7 Superfine Iron Oxide觸媒裝載(相對包裝紙為約9重量%之觸媒裝載)。此抽菸物品組態包括63毫米之棒長，其具有約8毫米之直徑，及長度21毫米之完全調味濾嘴。各樣品具有相同之習知菸草摻合物。然後在標準FTC條件下測試2支樣品香菸。表3顯示兩支香菸之性質之變化。
第9圖顯示，樣品(A)50毫克之NANOCAT7 Superfine Iron Oxide(軌跡i)、及樣品(B)100毫克之25重量%之NANOCAT7 Superfine Iron Oxide觸媒裝載與CaCO3 的混合物(軌跡ii)之CO成為CO2 之轉化率。在第9圖中，調查CO成為CO2 之轉化率如含樣品(A)與(B)、及具3.7%之O2 與22%之CO之大氣的流動管反應器中溫度之函數。流速為100毫升/分鐘及加熱速率為12EC/分鐘。對於兩種樣品NANOCAT7 Superfine Iron Oxide及NANOCAT7 Superfine Iron Oxide與CaCO3 之混合物，轉化開始均在約100-125EC發生，表示NANOCAT7 Superfine Iron Oxide之活化溫度實質上不受CaCO3 影響。
亦調查在CaCO3 上將NANOCAT® Superfine Iron Oxide加熱之煅燒程序。煅燒係藉由以漿液法取得觸媒及在空氣存在下將其加熱長時間而完成。例如，在不超過500EC，較佳為200EC至400EC之溫度，煅燒1至3小時之時間，例如，2小時。不受理論限制，據信煅燒步驟可改良觸媒與紙材-填料材料間之結合，及在煅燒步驟時觸媒表面由於結合水分子蒸發而改良。
第10圖顯示煅燒在經觸媒改良之紙材-填料中為30重量%觸媒裝載之NANOCAT7 Superfine Iron Oxide與CaCO3 之效果。CO成為CO2 之轉化率係測定為在含經觸媒改良之紙材-填料之流動管反應器中之溫度函數。大氣包括20.6%之O2 與3.4%之CO，及大氣流速為1000毫升/分鐘。加熱速率為12EC/分鐘。5條軌跡示於第10圖中。軌跡A表示無煅燒之經觸媒改良之紙材-填料之結果，軌跡B表示在200EC煅燒2小時之經觸媒改良之紙材-填料之樣品，軌跡C表示在300EC煅燒2小時之經觸媒改良之紙材-填料之樣品，軌跡D表示在400EC煅燒2小時之經觸媒改良之紙材-填料之樣品，及軌跡E表示在500EC煅燒1小時之經觸媒改良之紙材-填料之樣品。如CO2 轉化率之增加所示，在四種樣品間開始溫度及轉化百分比實質上不變。在高於約400EC之溫度，所有之煅燒樣品均具有高於未煅燒樣品(軌跡A)之轉化百分比。
基於CO成為CO2 之轉化百分比，在例示具體實施例中，奈米顆粒一氧化碳觸媒以在至少400EC至約900EC之 溫度有效地將至少10%之一氧化碳轉化成二氧化碳之量存在。較佳為，奈米顆粒一氧化碳觸媒在至少500EC之溫度將至少25%之一氧化碳轉化成二氧化碳。更佳為，奈米顆粒一氧化碳觸媒在至少700EC之溫度將至少50%之一氧化碳轉化成二氧化碳。
在調查煅燒效果後，使用BET表面積測量調查支撐觸媒之表面積。測試三種樣品：樣品1為直接製備之30重量%之NANOCAT7 Superfine Iron Oxide與CaCO3 觸媒裝載，樣品2為在400EC煅燒2小時之30重量%之NANOCAT7 Superfine Iron Oxide與CaCO3 觸媒裝載，及樣品3為藉化學沈積形成之CaCO3 且作為對照樣品。(所謂之沈澱碳酸鈣(PCC)，與天然研磨CaCO3 (所謂之研磨碳酸鈣(GCC))相反)。在BET測量前，將所有之樣品在150EC脫氣1小時。
觀察到具NANOCAT7 Superfine Iron Oxide之樣品(例如，樣品1與2)之BET表面積在煅燒前後具有大約相同之BET表面積，例如，在10%之內，及這些樣品之BET表面積大約為大於無奈米顆粒一氧化碳觸媒之樣品(例如，樣品3)之BET表面積之程度。因此，樣品1與2顯示煅燒對可用於將CO轉化成CO2 之觸媒表面積無負面影響。
在另一個例示具體實施例中，可使用低溫奈米顆粒一氧化碳觸媒，單獨或與其他觸媒，作為奈米顆粒一氧化碳觸媒。低溫及甚至室溫觸媒可將CO轉化成CO2 之反應區 之有效區域延長至全部香菸，其條件為由於放熱反應造成之溫度上升保持低於包裝紙之燃燒溫度。
適當之低溫奈米顆粒一氧化碳觸媒之實例包括氧化銫為主觸媒。氧化銫為主觸媒可在接近室溫催化CO。適當之氧化銫為主觸媒揭示於2002年12月9日提出之共有美國專利申請案第10/314,449號，發明名稱”CERIA-BASED CATALYSTS FOR CO OXIDATION AT NEAR-AMBIENT TEMPERATURES”，其全部內容在此併入作為參考。低溫奈米顆粒一氧化碳觸媒之另一個實例包括可作為CO轉化之氧化劑之奈米顆粒添加劑。適當之奈米顆粒添加劑包括金屬氧化物，如Fe2 O3 、CuO、CeO2 、或Ce2 O3 、摻雜金屬氧化物(如摻雜鋯之Y2 O3 或摻雜鈀之Mn2 O3 )、或其混合物，揭示於2002年11月4日提出之共有美國專利申請案第10/286,968號，發明名稱”OXIDANT/CATALYST NANOPARTICLES TO REDUCE TOBACCO SMOKE CONSTITUENTS SUCH AS CARBON MONOXIDE”，其全部內容在此併入作為參考。
此外，在此所述之任何包裝紙、抽菸物品或方法可包括習知上用於抽菸物品用包裝紙之另外添加劑。這些添加劑可包括，例如，控制包裝紙外觀(例如，顏色)之添加劑、控制包裝紙燃燒速率之添加劑、及/或造成所需灰外觀及/或用於香菸紙之紙材-填料之添加劑。
此方法可以如在此解釋之易於使用及經濟之方式實行。經觸媒改良之紙材-填料可用以：(1)去除抽菸物品之香菸 主煙流或副煙流中之一氧化碳；(2)由於觸媒係嵌入包裝紙中而減少或排除顆粒輸送；(3)由於包裝紙中之觸媒僅催化接近包裝紙及/或觸媒具親和力之氣體，而高選擇性地去除目標組分，如一氧化碳；及/或(4)在大規模製造中經由製紙程序而容易地實行。
菸草管較佳為包括業界典型菸草摻合物之去筋菸葉，其包括含Bright、Burley與Oriental菸草及其他摻合成分(包括傳統香菸調味料)之摻合物。在較佳具體實施例中，菸草管之切碎菸草(去筋菸葉)包括Bright、Burley與Oriental菸草，有或不含重組菸草或任何去筋後調味料之摻合物。視情況地，膨脹菸草成分可包括於摻合物中以調整棒密度，及可加入調味料。視情況地，可使用單類之上述菸草取代摻合物。
雖然本發明已關於其例示具體實施例而敘述，熟悉此技藝者應了解，可進行未特定地敘述之添加、減少、修改、及取代而不背離本發明之精神及範圍，如所附之申請專利範圍所定義。
90‧‧‧菸草棒
92‧‧‧濾嘴端
100‧‧‧抽菸物品
102‧‧‧菸草管
104‧‧‧香菸包裝紙
106‧‧‧纖維質纖維材料
108‧‧‧紙材-填料材料
110‧‧‧無觸媒紙材-填料材料
112‧‧‧第一內包裝紙
114‧‧‧紙材
116‧‧‧紙材-填料材料
118‧‧‧無觸媒紙材-填料材料
120‧‧‧第二外包裝紙
122‧‧‧包裝紙
124‧‧‧紙材
126‧‧‧紙材-填料材料
128‧‧‧無觸媒紙材-填料材料
130‧‧‧徑向內部
132‧‧‧徑向外部
200‧‧‧香菸製紙機
202,202’‧‧‧料箱
204,204’‧‧‧長網線
206‧‧‧運轉槽
210,210’,210”‧‧‧真空箱
212,212’‧‧‧中間紙材
214,214’‧‧‧伏輥
216‧‧‧乾燥部份
218‧‧‧供給料供應
220‧‧‧紙
228‧‧‧白堊槽
300‧‧‧香菸
302‧‧‧管形自由流動過濾元件
304‧‧‧菸嘴濾塞
310‧‧‧組合栓
312‧‧‧栓包裝紙
360‧‧‧菸草棒
362‧‧‧濾嘴部份
364‧‧‧包邊紙
366‧‧‧菸草紙材
368‧‧‧基本紙材
371‧‧‧外包裝紙
374‧‧‧管形自由流動過濾元件
380‧‧‧圓柱形菸草栓
384‧‧‧栓包裝紙
391‧‧‧空間
405‧‧‧包邊紙
410‧‧‧香菸
411‧‧‧燃料元件
412‧‧‧膨脹管
413‧‧‧過濾元件
414‧‧‧香菸包裝紙
415‧‧‧反射端蓋
416‧‧‧開口
418‧‧‧經改良紙
420‧‧‧熱源
421‧‧‧味道床
422‧‧‧放射能量反射器套筒
423‧‧‧選用內套筒
424‧‧‧唇
500‧‧‧香菸
505‧‧‧濾嘴
510‧‧‧菸草棒
511‧‧‧包邊紙
512‧‧‧內核區域
515‧‧‧內包裝紙
520‧‧‧菸草去筋菸葉材料
525‧‧‧外包裝紙
第1(a)圖顯示一種例示抽菸物品，其具奈米顆粒一氧化碳觸媒支撐於包裝紙之紙材-填料材料上。第1(b)圖顯示包裝紙之放大圖。
第2(a)圖顯示一種例示抽菸物品，其具奈米顆粒一氧化碳觸媒支撐於具第二最外包裝紙之第一包裝紙之紙材-填料材料上。第2(b)圖顯示具第二最外包裝紙之第一包裝紙 之放大圖。
第3(a)圖顯示一種例示抽菸物品，其具有包括奈米顆粒一氧化碳觸媒之包裝紙。包裝紙之內紙材區域含支撐觸媒之紙材-填料材料。第3(b)圖顯示包裝紙之放大圖。
第4圖顯示一種製紙機之略示圖，其中白堊箱可含經觸媒改良之紙材-填料。
第5圖描述一型香菸之構造，其可用於電抽菸裝置。
第6圖為具有經觸媒改良之紙包圍燃燒元件之香菸之正視圖。
第7圖顯示第6圖所示之香菸之橫切面。
第8圖顯示具有以管形式置中之經觸媒改良之包裝紙之香菸之橫切面。
第9圖顯示奈米顆粒氧化鐵觸媒及奈米顆粒氧化鐵觸媒/CaCO3 混合物之CO成為CO2 轉化率。
第10圖顯示煅燒條件對紙材-填料材料上30%之奈米顆粒氧化鐵觸媒裝載之CO成為CO2 轉化率之影響，如溫度之函數。
90‧‧‧菸草棒
92‧‧‧濾嘴端
100‧‧‧抽菸物品
102‧‧‧菸草管
104‧‧‧香菸包裝紙
106‧‧‧纖維質纖維材料
108‧‧‧紙材-填料材料
110‧‧‧無觸媒紙材-填料材料

Claims (53)

  1. 一種用於抽菸物品用包裝紙製造之經觸媒改良之紙材-填料，經觸媒改良之紙材-填料係形成為粉末，該粉末包括：複數個經觸媒改良之紙材-填料顆粒，每個經觸媒改良之紙材-填料顆粒包括：紙材-填料材料的顆粒；及固定於該紙材-填料材料上之奈米顆粒一氧化碳觸媒，其中奈米顆粒一氧化碳觸媒包括奈米顆粒氧化鐵觸媒，且其中經觸媒改良之紙材-填料顆粒具有0.1至10微米的平均粒度。
  2. 如申請專利範圍第1項之經觸媒改良之紙材-填料，其中將經觸媒改良之紙材-填料加以煅燒。
  3. 一種抽菸物品用包裝紙，包裝紙包括：紙材；及如申請專利範圍第1項之經觸媒改良之紙材-填料。
  4. 如申請專利範圍第3項之包裝紙，其中紙材包括纖維素纖維。
  5. 如申請專利範圍第3項之包裝紙，其中奈米顆粒一氧化碳觸媒進一步包括氧化鐵以外之奈米顆粒觸媒。
  6. 如申請專利範圍第3項之包裝紙，其中奈米顆粒氧化鐵觸媒包括FeOOH、α-Fe2 O3 、γ-Fe2 O3 、或其混合物。
  7. 如申請專利範圍第3項之包裝紙，其中紙材-填料材料包括第II族、第III族或第IV族金屬之氧化物、碳酸鹽、或氫氧化物。
  8. 一種抽菸物品，其包括：具如申請專利範圍第3項之包裝紙之菸草棒。
  9. 如申請專利範圍第8項之抽菸物品，其中奈米顆粒一氧化碳觸媒對紙材-填料之比例(重量%)為0.1至3.0，較佳為0.1至1.0，更佳為0.33至1.0。
  10. 如申請專利範圍第8或9項之抽菸物品，其中包裝紙中之奈米顆粒一氧化碳觸媒總量為至多100毫克。
  11. 如申請專利範圍第8項之抽菸物品，其中包裝紙為抽菸物品之栓包裝紙、外包裝紙、或菸草紙材。
  12. 如申請專利範圍第8項之抽菸物品，其中包裝紙外包抽菸物品之燃料元件及/或膨脹管。
  13. 如申請專利範圍第8項之抽菸物品，其中包裝紙包圍抽菸物品之熱源。
  14. 如申請專利範圍第8項之抽菸物品，其中包裝紙在熱源與味道床之間。
  15. 如申請專利範圍第8項之抽菸物品，其中包裝紙為以菸草去筋菸葉包圍之內管。
  16. 如申請專利範圍第15項之抽菸物品，其中內管為中空。
  17. 如申請專利範圍第15項之抽菸物品，其中內管至少部份地充填菸草去筋菸葉。
  18. 如申請專利範圍第8項之抽菸物品，其中紙材-填料材料包括碳酸鈣。
  19. 如申請專利範圍第18項之抽菸物品，其中奈米顆粒氧化鐵觸媒具有0.1至10奈米之平均粒度，及碳酸鈣包括10 至60重量%之包裝紙。
  20. 如申請專利範圍第8項之抽菸物品，其中抽菸物品為香菸，包裝紙包括纖維質纖維素材料之紙材，及至少一些紙材-填料材料包括礦物顆粒。
  21. 如申請專利範圍第20項之抽菸物品，其中礦物顆粒包括以下至少之一：碳酸鈣、二氧化鈦、二氧化矽、氧化鋁、碳酸鎂、氧化鎂、與氫氧化鎂。
  22. 如申請專利範圍第20項之抽菸物品，其中奈米顆粒觸媒進一步包括氧化鐵以外之奈米顆粒。
  23. 如申請專利範圍第21或22項之抽菸物品，其中奈米顆粒觸媒包括FeOOH、α-Fe2 O3 、γ-Fe2 O3 、或其混合物。
  24. 如申請專利範圍第8項之抽菸物品，其中包裝紙具有徑向內部及徑向外部，徑向內部具有第一奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載且徑向外部具有第二奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載。
  25. 如申請專利範圍第24項之抽菸物品，其中第一奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載大於第二奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載。
  26. 如申請專利範圍第25項之抽菸物品，其中第一奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載為至多100毫克。
  27. 如申請專利範圍第24項之抽菸物品，其中在徑向內部中奈米顆粒一氧化碳觸媒對紙材-填料材料之比例(重量%)為0.1至3.0，較佳為0.1至1.0，更佳為0.33至1.0。
  28. 如申請專利範圍第24至27項中之任一項之抽菸物品，其中第二奈米顆粒一氧化碳觸媒裝載為小於1毫克，較佳 為零。
  29. 如申請專利範圍第8項之抽菸物品，其中包裝紙為第一包裝紙且抽菸物品進一步包括第二包裝紙。
  30. 一種製造如申請專利範圍第1項之經觸媒改良之紙材-填料之方法，該方法包括：(i)形成奈米顆粒一氧化碳觸媒與紙材-填料材料之水性漿液；(ii)視情況地將水性漿液散佈於撐體表面上；及(iii)將水性漿液乾燥以將水蒸發，及形成經觸媒改良之紙材-填料。
  31. 如申請專利範圍第30項之方法，其中紙材-填料材料為碳酸鈣。
  32. 一種製造如申請專利範圍第1項之經觸媒改良之紙材-填料之方法，該方法包括：(i)將奈米顆粒一氧化碳觸媒自液相沈澱於紙材-填料材料上；(ii)去除至少一部份之液相；及(iii)將具沈澱奈米顆粒一氧化碳之紙材-填料材料乾燥以將其餘液相蒸發，及形成經觸媒改良之紙材-填料。
  33. 一種製造如申請專利範圍第1項之經觸媒改良之紙材-填料之方法，該方法包括：將奈米顆粒一氧化碳觸媒自氣相沈積於紙材-填料材料上，其中奈米顆粒一氧化碳觸媒包括FeOOH、α-Fe2 O3 、γ-Fe2 O3 、或其混合物，及紙材-填料材料係選自CaCO3 、 TiO2 、SiO2 、Al2 O3 、MgCO3 、MgO、與Mg(OH)2 。
  34. 一種製造如申請專利範圍第3項之包裝紙之方法，該方法包括：(i)對製紙機之成形部份之料箱供應經觸媒改良之紙材-填料與纖維素材料；(ii)將含經觸媒改良之紙材-填料與纖維素材料之水性漿液沈積於製紙機之成形部份上，以形成具經觸媒改良之紙材-填料分布於其中之基本紙材；及(iii)自基本紙材除水以形成中間紙材片。
  35. 如申請專利範圍第34項之方法，其中紙材-填料材料包括CaCO3 ，及方法包括在對製紙機供應經觸媒改良之紙材-填料之前煅燒經觸媒改良之紙材-填料。
  36. 一種製造如申請專利範圍第3項之包裝紙之方法，該方法包括：(i)對製紙機之成形部份之料箱供應纖維素材料；(ii)將水性漿液自料箱沈積於製紙機之成形部份上，以形成纖維素材料之基本紙材；(iii)將經觸媒改良之紙材-填料分布於基本紙材上；及(iv)自基本紙材除水以形成中間紙材片。
  37. 如申請專利範圍第36項之方法，其中步驟(iii)包括將經觸媒改良之紙材-填料分布於一部份基本紙材上。
  38. 如申請專利範圍第36項之方法，其中經觸媒改良之紙材-填料形成帶、條、或格子樣式。
  39. 一種製造如申請專利範圍第3項之包裝紙之方法，該方 法包括：(i)對製紙機之成形部份之料箱供應含纖維素材料之補給料；(ii)將支撐紙材運經製紙機；(iii)將經觸媒改良之紙材-填料沈積於支撐紙材上；(iv)將水性漿液自料箱沈積於支撐紙材上，以形成纖維素材料之漿狀紙材，其具有支撐紙材嵌入其中；(v)自漿狀紙材除水以形成片；及(vi)拾取片。
  40. 一種製造如申請專利範圍第3項之包裝紙之方法，其中包裝紙為雙層包裝紙，該方法包括：(i)將雙層包裝紙之第一層自第一料箱沈積於製紙機之線材上，第一料箱裝有第一供給組成物；(ii)將雙層包裝紙之第二層自第二料箱沈積於一部份第一層上，第二料箱裝有第二供給組成物，第二供給組成物包括經觸媒改良之紙材-填料；(iii)自第一層與第二層除水以形成單片；及(iv)拾取片。
  41. 如申請專利範圍第40項之方法，其中在步驟(ii)中沈積之一部份第二層形成帶、條、或格子樣式。
  42. 如申請專利範圍第41項之方法，其中該部份係在完成的紙材中。
  43. 如申請專利範圍第40、41或42項之方法，其中第二供給組成物包括滯留助劑。
  44. 如申請專利範圍第40項之方法，其包括煅燒經觸媒改良之紙材-填料。
  45. 如申請專利範圍第40項之方法，其中第一供給組成物無經觸媒改良之紙材-填料。
  46. 一種製造如申請專利範圍第8項之抽菸物品之方法，其包括：(i)合併奈米顆粒一氧化碳觸媒與用於包裝紙製造之紙材-填料材料，以形成經觸媒改良之紙材-填料，(ii)製造包裝紙，(iii)對製菸機提供含菸草之去筋菸葉，及(iv)將包裝紙置於去筋菸葉周圍，以形成抽菸物品之菸草棒部份。
  47. 如申請專利範圍第46項之方法，其中包裝紙為第一包裝紙且方法進一步包括：(v)將第二包裝紙置於菸草棒部份周圍。
  48. 如申請專利範圍第47項之方法，其中第二包裝紙係從第一包裝紙徑向向外。
  49. 如申請專利範圍第46、47或48項之方法，其中奈米顆粒一氧化碳觸媒係藉由將奈米顆粒氧化鐵觸媒自液相沈澱於紙材-填料材料上，或將奈米顆粒氧化鐵觸媒自氣相沈積於紙材-填料材料上，而與紙材-填料材料合併。
  50. 如申請專利範圍第49項之方法，其中奈米顆粒一氧化碳觸媒係藉由沈澱奈米顆粒氧化鐵觸媒且亦沈澱紙材-填料材料以形成經觸媒改良之紙材-填料，而與紙材-填料材料 合併。
  51. 如申請專利範圍第46項之方法，其中紙材-填料材料包括碳酸鈣。
  52. 如申請專利範圍第51項之方法，其中奈米顆粒一氧化碳觸媒進一步包括氧化鐵以外之奈米顆粒觸媒。
  53. 如申請專利範圍第46項之方法，其中奈米顆粒一氧化碳觸媒係藉由形成奈米顆粒一氧化碳觸媒與紙材-填料材料之水性漿液，將漿液乾燥以形成經奈米顆粒觸媒改良之紙材-填料之黏聚物，降低黏聚物之平均粒度，繼而在步驟(ii)之前煅燒經觸媒改良之紙材-填料，而與紙材-填料材料合併。
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