烟草烟雾过滤嘴

摘要

一种烟草烟雾过滤嘴，其包含用金属浸渍剂浸渍的高活性活性炭(17)。使用相对低水平的浸渍剂，连同与用于标准香烟过滤嘴中的那些相比具有较高的活性的基础炭，在从香烟烟雾中除去HCN方面是高度有效的。

权利要求

1.一种烟草烟雾过滤嘴，其包含用金属浸渍剂浸渍的活性炭，其中所述活性炭是在浸渍之前具有大于90％CTC的活性的高活性活性炭，其中金属浸渍剂选自以下的一种或多种：铜、钼、锰、钴、锌和铁。

2.权利要求1的烟草烟雾过滤嘴，其中金属浸渍剂以占高活性活性炭的干重为不大于

10％的量存在。

3.权利要求2的过滤嘴，其中金属浸渍剂以占活性炭干重为1到5％的量存在。

4.权利要求1的烟草烟雾过滤嘴，其中金属浸渍剂是铜。

5.一种烟草烟雾过滤嘴，其包含活性炭，该活性炭用铜和钼浸渍，其中铜与钼的比为大于1.3比1，其中活性炭在浸渍之前具有大于90％CTC的活性。

6.一种烟草烟雾过滤嘴，其包含活性炭，该活性炭用铜和钼浸渍，其中所述活性炭是在浸渍之前具有大于90％CTC的活性的高活性活性炭。

7.前述权利要求1-6任何一项的过滤嘴，其中活性炭在浸渍之前具有大于100％CTC的活性。

8.前述权利要求1-6任何一项的过滤嘴，其中活性炭在浸渍之后具有大于80％CTC的活性。

9.前述权利要求1-6任何一项的过滤嘴，其中活性炭在浸渍之后具有大于90％CTC的活性。

10.前述权利要求1-6任何一项的过滤嘴，其中基本上全部的活性炭具有在2mm到

0.15mm之间的粒子尺寸。

11.前述权利要求1-6任何一项的过滤嘴，其中基本上全部的活性炭具有在0.6mm到

0.212mm之间的粒子尺寸。

12.前述权利要求1-6任何一项的过滤嘴，其包含10mg到150mg活性炭。

13.前述权利要求1-6任何一项的过滤嘴，其包含30mg到60mg活性炭。

14.前述权利要求1-6任何一项的过滤嘴，其还包含一种或多种附加的吸附剂。

15.权利要求14的过滤嘴，其中附加的吸附剂选择性地除去不同于HCN的存在于香烟烟雾的气相部分中的化合物。

16.一种过滤嘴香烟，其包含在其上游端连接到卷绕的烟丝条的前述权利要求任何一项的过滤嘴。

说明书

烟草烟雾过滤嘴

[0001] 本发明涉及烟草烟雾过滤嘴，特别是用于香烟的烟雾过滤嘴。

[0002] 使用活性炭从烟草烟雾中除去不希望的气相(VP)组分是众所周知的。

[0003] 在香烟烟雾的VP部分中存在超过400种化合物(例如醛、酮和烃)。 活性炭是强吸附剂；其能有效地从烟草烟雾中除去大量的这些化合物。然而，VP部分中的化合物全部倾向于被活性炭降低到类似的程度；活性炭可以被描述为有效的“总的(blanket)吸附剂”。

[0004] 近年来，对借助于香烟过滤嘴进行选择性过滤产生了提高的兴趣，也就是说与其他烟雾组分的去除相比提高从烟草烟雾中对特定化合物的去除。 特别希望选择性地去除的一种化合物是氰化氢(HCN)，因为HCN通常被认为是VP部分中存在的毒性最大的化合物之一。 当在香烟过滤嘴中使用时，标准活性炭能将HCN除去，但是与其他的VP化合物相比这不是选择性地除去。 实际上，其去除程度通常低于其他的VP化合物。

[0005] 众所周知的是在活性炭中加入各种化学品，以提高特定化合物的去除。 这些“浸渍炭”能够通过化学反应以及借助于物理吸附除去特定的化合物。 这样的炭被广泛地用于例如防毒面具和呼吸器应用，其中活性炭通常用大量化学品中的一种或多种浸渍，以对于去除特定的毒物有针对性。 我们的实验显示，这样的呼吸器-级炭在用于香烟过滤嘴应用时是相对无效的，因为仅仅获得了低水平的总体去除。 显然，呼吸器-级炭不适于香烟过滤嘴环境，其中炭和气体之间的接触时间比在防毒面具/呼吸器应用中的接触时间少得多。 这些呼吸器级炭还显示很少的对HCN具有提高的选择性的迹象。上述情况将使人们认为为了有效去除香烟过滤嘴应用中的HCN，高填充量的浸渍剂将是需要的。

[0006] 我们已经出人意料地发现，使用相对低水平的浸渍剂，与比用于标准香烟过滤嘴中的基础炭具有更高的活性的基础炭结合，对于从香烟烟雾中除去HCN是高度有效的。

[0007] 本发明提供了烟草烟雾过滤嘴，其包含用金属浸渍剂浸渍的高活性活性炭。

[0008] 优选，所述金属浸渍剂以占高活性活性炭的干重为最多10％的量存在。 更优选，浸渍剂以占高活性活性炭的1到5％的量存在。所述金属浸渍剂可以是例如铜、锰、钼、钴、铁、锌的一种或多种。在一个优选的实施方案中，浸渍剂是铜。 在另一个优选的实施方案中，金属浸渍剂是铜和钼的混合物。

[0009] 在本发明说明书中，“金属浸渍剂”、“铜”和“钼”等等是指金属本身和/或其离子，其可以是任何形式(例如盐，配合物，螯合物等等)。

[0010] 本发明的活性炭可以衍生自任何可以制备活性炭的原料[可以制备活性炭的这些原料包括，例如，木材，煤，坚果壳例如椰子，泥煤，石油焦和骨；以及合成来源例如聚(丙烯腈)或者苯酚-甲醛]。

[0011] 活性炭是“高活性”活性炭。 在这里“活性”指在平衡条件下由基础活性炭(基础活性炭指在用浸渍剂例如铜和/或钼浸渍之前的活性炭)吸附的特定的蒸气(例如四氯化碳-CTC)的重量百分数。在此活性水平作为％CTC值给出。因此，95％CTC的炭活性值指在平衡条件下95％重量CTC的吸附水平。 “高活性”指在平衡条件下吸附大于大约90％CTC的基础活性炭(即在金属浸渍之前的活性炭)。 优选所述活性在浸渍之前大于90％。 更优选活性炭的活性在浸渍之前大于100％(即在平衡条件下基础活性炭吸附大于大约100％CTC)。

[0012] 优选所述活性炭在浸渍之后具有大于80％CTC、更优选大于90％CTC的活性。

[0013] 按照本发明，在另一个方面，提供了烟草烟雾过滤嘴，其包含用铜和钼浸渍的活性炭，其中铜与钼的比大于1.3比1。

[0014] 在浸渍活性炭中优选的铜比钼的比(重量)大于2∶1。特别优选的是在3.5∶1和4.5∶1之间的比。 在浸渍活性炭中特别优选的铜比钼的比是4∶1。

[0015] 优选所述活性炭是高活性活性炭。

[0016] 按照本发明，在另一个方面提供了烟草烟雾过滤嘴，其包含用铜和钼浸渍的活性炭，其中所述活性炭是高活性活性炭。

[0017] 高活性活性炭是上述讨论的活性炭。优选，活性炭的活性大于90％CTC、更优选大于100％CTC。

[0018] 优选铜和钼以占活性炭干重不大于10％的结合量存在。 优选铜和钼以占活性炭干重为1到5％的量存在于活性炭中。

[0019] 优选，铜比钼的比大于1.3比1。 更优选，铜比钼的比大于2比1、优选在3.5比1和4.5比1之间。 铜比钼的特定的优选的比是4比1。

[0020] 我们已经非常出人意料地发现，与通常用于军用或者民用呼吸器中的浸渍剂的浓度相比，金属浸渍剂浓度(例如铜/钼浸渍剂浓度)的显著降低没有导致HCN去除的可认别的恶化。

[0021] 本发明的活性炭粒子尺寸取决于要求的性能和过滤嘴结构。 在说明书中给出的目尺寸是US目。 适合的浸渍活性炭具有在2mm(目尺寸10)和0.15mm(100目)之间的粒子尺寸。优选，基本上全部浸渍活性炭具有在0.6mm(30目)和0.212mm(70目)之间的粒子尺寸。 更优选，基本上全部浸渍活性炭具有在0.425mm(40目)和0.212mm(70目)之间的粒子尺寸。

[0022] 本发明烟草烟雾过滤嘴的浸渍活性炭能够显示令人惊奇的HCN的选择性脱除，而对总的VP降低没有不利影响。过去没有发现浸渍炭在香烟应用中有利，因为浸渍组分(例如金属离子)和存在于烟雾中的组分之间的化学反应(和/或这些反应的产品)对香烟味道具有不利影响，其降低吸烟者的满足感。与过去认为对于可接受的HCN去除所必须的量相比，本发明的烟草烟雾过滤嘴可以包括相当低的量的例如浸渍的铜、浸渍的铜和钼；这可以降低任何对味道的不利影响。

[0023] 申请人还显示了本发明过滤嘴的活性炭在较低水平的活性炭重量下具有令人惊奇的有效性的优点。这可以降低与过滤嘴制造有关的成本。优选的烟草烟雾过滤嘴包含低于150mg用金属浸渍剂(例如铜和钼)浸渍的活性炭。 特别优选的烟草烟雾过滤嘴包含10mg到70mg浸渍活性炭，更优选30mg到60mg浸渍活性炭。

[0024] 本发明的过滤嘴可以具有任何过去为包含颗粒吸附剂的烟草烟雾过滤嘴建议的设计式样。 例如，本发明的浸渍活性炭可以被分散到过滤嘴塞子中，负载在被集聚形成所述塞子的丝束或者纤维或者片材上；其可以另外地粘附到一条或多条线状物上，该线状物在过滤嘴塞子的基质中延伸，或者粘附到围绕所述过滤嘴塞子的卷绕材料的内表面，如例如GB-A-9124535和GB-A-9221545中描述的，对于更多的信息请参考该文献)；或者其可以在普通的卷绕材料中形成夹在一对塞子(例如纤维素醋酸酯丝束的塞子)之间的床。

[0025] 本发明的过滤嘴还可以包括不同于本发明所要求的活性炭的一种或多种特定的吸附剂(例如二氧化硅凝胶，不同的活性炭或者沸石)，其可以或者可以不选择性地除去存在于香烟烟雾的VP部分中的其他的化合物(例如醛)。附加的吸附剂可以与本发明要求的活性炭混合和/或与其分离。

[0026] 本发明的烟草烟雾过滤嘴在过滤嘴或者香烟制造之后甚至在长时间(例如储藏)之后还能提供有效的HCN去除。用于已知的过滤嘴的炭在贮存期间吸附存在于过滤嘴或者烟草中的挥发性的物质，因此降低了吸烟时过滤嘴炭能够除去VP化合物的效率。其结果是，已知的过滤嘴除去HCN的效率也随着老化而降低。令人惊奇地，本发明的过滤嘴除去HCN的能力甚至在长时间(例如六个月)的贮存之后也不显著地劣化。

[0027] 本发明还提供了过滤嘴香烟，其包含任何前面要求的过滤嘴，该过滤嘴在其上游端连接到卷绕的烟丝条。 本发明的香烟过滤嘴通常使用常规的包梢外包卷附着于卷绕的烟丝条，所述外包卷可以是透气的或者不透气的搭接。

[0028] 通过以下实施例并且参考附图举例说明本发明，其中图1和2分别是按照本发明一个实施方案的单独的过滤嘴和过滤嘴香烟的示意的截面侧视图(不按比例)；并且图3是本发明不同的实施方案的单独的过滤嘴的示意的截面侧视图(不按比例)。

[0029] 对比实施例-呼吸器炭

[0030] 从大量供应者获得了在呼吸器应用中推荐用于去除HCN的许多的浸渍商品炭，并且与通常用于香烟过滤嘴应用中的标准(未浸渍的)炭进行了对比。这些测试包括组装具有“三重颗粒”过滤嘴的香烟，每种在两个纤维素醋酸酯过滤嘴段之间的填充床中包3
含100mg活性炭。在ISO条件(35cm 吹气，每个具有两秒的持续时间，每分钟一次)下燃吸所述过滤嘴香烟并且测量氰化氢HCN和平均VP产生量。 对于香烟A到F(每个包含六种典型的呼吸器级活性炭之一)，与在过滤嘴中不包含炭的相当的香烟对比，在表1中给出了平均VP和HCN。所述表还包括包含过滤嘴的“标准”香烟的VP和HCN值，所述过滤嘴包含衍生自椰子壳的未浸渍的活性炭(如通常用于香烟过滤嘴中的那种)。

[0031] 表1

[0032]样品参考 平均VP降低(％) HCN降低(％)
标准 55 44
A 22 23
B 27 31
C 25 41
D 29 47
E 23 46
F 39 36

[0033] 显然，呼吸器样品A到F不适合于香烟过滤嘴环境。 另外显然标准过滤嘴对于HCN没有选择性。

[0034] 浸渍样品的制备

[0035] 通常通过以下步骤制备浸渍活性炭的样品：将碱式的铜(H)碳酸盐、碳酸铵和钼酸氢铵(VI)溶解在含水氨化溶液中，并且按照表2(对于2％铜；0.5％钼给出的)中详细描述的比与活性炭混合。 其他金属浓度的量(和比)作相应的调整。 将得到的浆液热处理到175℃，给出干燥的、自由流动的产品，其然后过筛，得到要求的目尺寸。

[0036] 表2

[0037]组分 重量(g)
活性炭 1000
碱式铜(II)碳酸盐44
钼酸氢铵(VI) 12
碳酸铵 20
水 460
氨溶液(0.88) 158

[0038] 浸渍样品的测试

[0039] 通过以上方法制备了十四个浸渍活性炭样品。 组装过滤嘴香烟，每个包含100mg的所述样品之一，并且使用以上对于对比样品描述的过程进行测试。 表3中给出了十四个浸渍样品的结果，以及两个未浸渍的对照样品(样品3和4)的结果。

[0040] 使用如上所述的过程制备了仅仅包含2％铜的另一个浸渍炭样品，除了在混合中省略钼酸氢铵。 使用用于表3中的样品的相同的过程测试该样品(样品27)，结果在表3a中给出。

[0041] 表3

[0042]样品参考 炭活性 炭活性 金属 目尺寸 平均VP HCN
*
(％CTC)基础 (％CTC)浸渍 含量(％) (US目) 降低(％) 降低(％)
1 80 46 ＞10 20/40 29 46
2 80 47 ＞10 12/20 15 25
3 95 n/a 零 30/70 77 75
4 60 n/a 零 30/70 51 53
5 101 75 10 30/70 42 92
6 122 82 10 30/70 66 93
7 101 84 5 30/70 56 92
8 103 91 5 30/70 64 83
9 80 73 5 30/70 69 93
10 83 75 5 30/70 46 58
11 101 91 2.5 30/70 81 88
12 101 95 1.25 30/70 83 88
13 101 91 2.5 30/70 77 82
14 108 99 2.5 12/20 57 70
15 125 111 2.5 30/70 90 91
16 125 111 2.5 12/20 65 74

[0043] *表示为比率4∶1的(铜+钼)。

[0044] 表3a

[0045]样品参考 炭活性 炭活性 金属含量 目尺寸 平均VP HCN
(％CTC)基础 (％CTC)浸渍(％)(铜) (US目) 降低(％) 降低(％)
27 100 95 2.0 20/40 80 82

[0046] 结果显示，为了获得VP物质的较高程度的降低(即香烟烟雾中VP部分中的组分的降低)以及HCN的较高程度的降低(香烟烟雾的VP部分中的HCN的降低)，在属于本发明实施方案的香烟过滤嘴例如样品11、15和27中，所希望的是使用具有高活性(大于大约90CTC)的基础炭以及相对低水平的金属浸渍(低于10％，优选1到5％)。

[0047] 较高的CTC活性倾向于具有较高的HCN吸持和VP吸持两者。 VP吸持随着浸渍剂浓度降低而提高。 在作为铜和钼浓度的函数测量时，HCN吸持保持相当恒定(表3)。 因此令人惊奇的是，相对于用于民用或者军用呼吸器的那些，铜/钼浸渍剂浓度的显著降低没有导致包含这些炭的过滤嘴去除HCN的能力的可识别的恶化。

[0048] 制备了衍生自不同的基础材料(例如椰子壳和煤)的活性炭；这些显示，对于相同的目尺寸、浸渍水平和活性，在例如煤和椰子之间，HCN吸持存在很小的差异。

[0049] 所述结果还清楚地显示，较小目尺寸(例如目尺寸30/70US目)与较大的目尺寸(比较例如样品15和16)相比在HCN方面给出优越的性能。 这与在香烟过滤嘴中通常观察到的行为相反，已经发现其中目尺寸的变化对VP去除仅仅具有相对次要的影响。

[0050] 我们的实验还显示，本发明实施方案中的活性炭的相对益处在较低的过滤嘴中炭重量水平下更为显著。 样品8和11被用于制造具有两种不同的炭重量(即分别为5％和2.5％金属水平)的香烟过滤嘴，并且进行如上所述的测试。 结果在表4a和4b中给出。

[0051] 表4a-包含样品8的香烟过滤嘴。

[0052]炭重量(mg/cig) 平均VP降低(％) 平均HCN降低(％)
95 76 87
50 40 80

[0053] 表4b-包含样品11的香烟过滤嘴。

[0054]炭重量(mg/cig) 平均VP降低(％) 平均HCN降低(％)
95 72 90
50 56 80

[0055] 随着时间的过去性能的保持

[0056] 包含已知的炭的过滤嘴的缺点是，在贮存期间过滤嘴中的炭吸附存在于过滤嘴或者烟草中的挥发性的物质，因此降低了在吸烟时所述炭除去VP化合物的效率。其结果是已知的炭除去HCN的总效率随着老化而降低。申请人测试了过滤嘴香烟(包括本发明的过滤嘴)的性能变化。 所述过滤嘴包含大约95mg的炭/过滤嘴。

[0057] 作为组装的香烟贮藏体现本发明的过滤嘴，并且在0、3和6个月测量性能变化。 结果示于表5中。

[0058] 表5

[0059]老化月数 标准炭*平均降低 样品8平均降低 样品11平均降低
VP(％) HCN(％) VP(％) HCN(％) VP(％) HCN(％)
0 64 53 76 87 72 90
3 55 41 62 86 63 88
6 45 29 48 85 50 85

[0060] *在表1中测试的炭

[0061] 显然，体现本发明的过滤嘴(用样品8和11制成)的HCN降低性能，在六个月以上没有显著降低(特别是与包含标准炭的样品相比)。

[0062] 图1和2分别是按照本发明一个实施方案的单独的过滤嘴和过滤嘴香烟的示意性截面侧视图(不按比例)。

[0063] 图1过滤嘴具有纤维素醋酸酯丝束的圆柱形的口端过滤嘴塞子2，纤维素醋酸酯丝束的圆柱形上游过滤嘴塞子3，和围绕所述塞子接合而在它们之间形成空腔6的过滤嘴卷绕材料4。 空腔6用按照以上方法制备并且具有与如上所述的样品11相同的组成的用铜和钼浸渍的活性炭的颗粒17填充。

[0064] 图2显示了图1类型的过滤嘴，其在上游端7连接到在自己的卷绕材料11中的烟丝条10，这通过完全的包梢外包卷12来实现，12围绕和接合过滤嘴的全长以及卷绕的烟丝条10，11的仅仅邻近端。

[0065] 实施例17

[0066] 在如图1和2描述的本发明的过滤嘴和过滤嘴香烟的特定实施例中，过滤嘴是27毫米长和大约25毫米周长。口端塞子2是10毫米长非卷绕的乙酸酯(NWA)塞子-即预先形成的非卷绕的增塑纤维素醋酸酯长丝的塞子，其以本领域中众所周知的方式集聚和粘合在一起。

[0067] 上游端塞子3是10毫米长的卷绕的乙酸酯(WA)塞子-即预先形成的卷绕的增塑纤维素醋酸酯长丝塞子。 过滤嘴卷绕材料是27毫米长，给出空腔6，其是7毫米长，在塞子2和3之间延伸。 空腔6用按照以上方法制备并且具有与如上所述的样品11相同的组成的用铜和钼浸渍的活性炭的颗粒17(100mg)填充。 过滤嘴条通过透气的包梢外包卷12连接到商品卷绕的烟丝条10，11。

[0068] 在另一个特定的实施例(实施例17a)中，空腔用按照以上方法制备并且具有与如上所述的样品27相同的组成的用铜浸渍的活性炭的颗粒17(100mg)填充。

[0069] 可以看到，实施例17和实施例17a在结构上是与已知的三重粒料过滤嘴相似的，但是包含本发明的活性炭。

[0070] 图3是按照本发明不同的实施方案的单独的过滤嘴的示意的截面侧视图(不按比例)。

[0071] 图3过滤嘴具有纤维素醋酸酯丝束的圆柱形的口端过滤嘴塞子52和同样为纤维素醋酸酯丝束的圆柱状的上游过滤嘴塞子53。 按照以上方法制备的并且具有与如上所述的样品11相同的组成的用铜和钼浸渍的活性炭的粒子67被分散在上游过滤嘴塞子53中，负载在被集聚而形成所述塞子的丝束或者纤维或者片材上。过滤嘴卷绕材料54围绕塞子接合。可以看到，图3类型的过滤嘴可以例如以在图2中关于实施例17显示的方式在其上游端57连接到烟丝条(例如通过完全的包梢外包卷连接到在其自己的卷绕材料中的烟丝条，所述外包卷围绕和约束过滤嘴的全长以及卷绕的烟丝条的仅仅邻近的端)。

[0072] 实施例18

[0073] 在参考图3描述的本发明过滤嘴的特定的实施例中，过滤嘴是27毫米长和大约25毫米周长。口端塞子52是14毫米长非卷绕的乙酸酯(NWA)塞子-即预先形成的非卷绕的增塑纤维素醋酸酯长丝的塞子，其以本领域中众所周知的方式集聚和粘合在一起。

[0074] 上游端塞子53同样是13毫米长的预先形成的增塑纤维素醋酸酯长丝塞子，其以本领域中众所周知的方式集聚和粘合在一起。 按照以上方法制备的并且具有与如上所述的样品11相同的组成的用铜和钼浸渍的活性炭的粒子67(50mg)被分散在过滤嘴塞子53中，负载在被集聚而形成所述塞子的丝束材料(长丝)上。 在收集工艺期间将粒子引入丝束材料的方法在本领域中是众所周知的。 过滤嘴卷绕材料54围绕塞子接合并且是27毫米长。

[0075] 过滤嘴条可以以示于图2中并且参考该图描述的方式借助于透气的包梢外包卷连接到商品卷绕的烟丝条上。

[0076] 在另一个特定的实施例(实施例18a)中，空腔用按照以上方法制备并且具有与如上所述的样品27相同的组成的用铜浸渍的活性炭粒子67(50mg)填充，所述粒子分散在过滤嘴塞子53中，负载在丝束材料上。

[0077] 可以看到，实施例18和18a在结构上是与已知的活性乙酸酯过滤嘴相似的，但是包含本发明的活性炭。

[0078] 应当理解，本发明的过滤嘴可以具有任何过去为包含颗粒吸附剂的烟草烟雾过滤嘴建议的设计式样，其中用本发明的浸渍活性炭替代已知的颗粒吸附剂。