Изобретение касается сигаретного изделия, содержащего листовой материал для обработки побочного дыма из листа негорючих активных компонентов, образующих пористую структуру для обработки потока побочного дыма. Материал для такой обработки, используемый в сочетании с сигаретой, имеющей традиционную сигаретную бумагу, обеспечивает сигарету с низким выделением побочного дыма. Материал имеет пористость, которая обеспечивает обычную скорость свободного горения сигареты. Материал может содержать сорбент, способный сорбировать компоненты побочного дыма, и компонент для хранения кислорода, который выделяет кислород при температурах скорости свободного горения для поддержания обычной скорости свободного горения и для увеличения обработки окислением уловленных неводных компонентов. Предпочтительно катализатор окисления включен в этот материал, и наиболее предпочтительно компонент для хранения кислорода может также иметь двойную функцию катализатора окисления. Особенно предпочтительными являются оксиды церия, которые выполняют обе эти функции.
При курении табачных изделий выделяются три типа дыма, а именно дым основного потока (или "дым затяжки"), выдыхаемый дым и побочный дым, особенно при курении сигарет. Фильтрующие материалы предназначены для удаления побочного дыма струи и выдыхаемого дыма в ограниченных пространствах, где могут курить люди. В общем, понятно, что побочный дым составляет большую часть дыма, выделяемого в процессе курения. Поэтому значительный интерес уделяется уменьшению побочного дыма, и это может быть достигнуто одной или более из следующих технологий:
I) изменением состава табака и характеристик плотности загрузки табачной порции в сигарете или сигаре;
II) изменением обертки из сигаретной бумаги сигареты или сигары;
III) изменением диаметра сигареты, а также состава табака и/или обеспечением средства на сигарете или сигаре, содержащего и/или регулирующего выделение побочного дыма.
Предлагались различные выполнения табачных стержней и сигаретной бумаги, которые так или иначе оказывали воздействие на скорость свободного горения сигареты или сигары с целью уменьшения побочного дыма и/или гашения зажженной сигареты или сигары, когда ею не затягиваются в течение продолжительного периода времени. Такие предложения включают выбор сортов табака, уменьшение диаметра сигарет, их плотности и использование нескольких слоев сигаретного табака в табачной порции (загрузке). Такие выполнения могут в значительной степени замедлять свободное горение сигареты и таким образом увеличивать количество затяжек, получаемых на сигарету. Либо в сочетании с выбором табака и/или конструкции или независимо от состава табака, различные композиции сигаретной бумаги также могут влиять на скорость свободного горения сигареты. Такие композиции бумаги включают химические вещества, замедляющие скорость свободного горения, химические вещества для уменьшения побочного дыма, множественные покрытия различных типов сигаретной бумаги с одинаковыми или различными характеристиками и уменьшение воздухопроницаемости. См. , например, патенты Канады 1239783 и 1259008, патенты США 4108151, 4225636, 4231377, 4420002, 4433697, 4450847, 4461311, 4561454, 4624268, 4805644, 4878507, 4915118, 5220930, 5271419, 5540242 и патент Великобритании 2094130. Также предлагались сигареты меньшего размера, например такие, которые описаны в патенте США 4637410.
Предлагались различные средства, включающие сигарету, в основном для предотвращения случайных возгораний. Они могут включать или не включать различные типы фильтров для фильтрования и таким образом уменьшения количества побочного дыма. Примеры таких устройств показаны в патентах США 1211071, 3827444, 3886954 и 4685477.
Кроме того, были созданы различные виды держателей сигарет, которые служат, в основном, для уменьшения загрязнения пальцев курильщика. Такие средства могут быть присоединены к концу сигареты и/или установлены на сигарете, как показано в патенте США 1862679. Другие типы сигарет, которые заключены в обертки, снабженные отверстиями для обеспечения безопасности и/или регулирования побочного дыма, описаны в патенте Канады 835684 и патентах США 3220418 и 5271419.
Устройства, устанавливаемые на сигарете и которые могут скользить вдоль сигареты для управления скоростью горения и, следовательно, скоростью свободного горения, описаны в патенте Великобритании 928089, патенте США 4638819 и в WO 96/22031. В патенте Великобритании 928089 описано средство управления горением сигареты путем ограничения потока воздуха в тлеющий материал горящей сигареты. Посредством замедления горения сигареты предлагается уменьшить обычное содержание табака в сигарете наполовину и обеспечивать, в результате, более короткую сигарету. Средство ограничения потока воздуха может быть снабжено рядом отверстий различного размера или гофрированными участками в этом средстве, обеспечивающими продольные проходы вдоль части сигареты. В патенте США 4638819 описано кольцо, которое надевается на сигарету и скользит вдоль нее в процессе курения для управления скоростью свободного горения сигареты и уменьшения побочного дыма. Кольцо выполнено из прочного материала, предпочтительно металла, что вызывает значительное загрязнение, а из-за различия диаметров сигарет оно не может надежно обеспечить желаемую степень уменьшения побочного дыма и длительность гашения.
Другая система с кольцом описана в публикации WO 96/22031. Средство (управления горением) снабжено внутренним кольцом, которое окружает и находится в контакте с периметром обычной сигареты, причем внутреннее кольцо выполнено из пористого материала. Наружное кольцо охватывает внутреннее кольцо для направления потока воздуха вдоль длины пористого внутреннего кольца. Извилистые проходы в пористом материале внутреннего кольца сдерживают скорость поступления воздуха к горящим сигаретным уголькам и, таким образом, управляют (в смысле снижают) скоростью свободного горения сигареты. Это средство может продолжаться до половины длины сигареты, причем воздух должен будет протекать вдоль внутреннего пористого кольца к горящему угольку.
Другие системы, предназначенные для управления потоком побочного дыма, описаны в публикации WO 95/34226, патентах США 4685477, 5592955, 5105838 и в заявке ЕР 0304766. Эти ссылки описывают различные трубчатые конструкции, в которые помещается табачный элемент, для уменьшения выделения побочного дыма.
В структурах сигарет использовались различные типы керамических компонентов, включая изоляционные трубки для сигарет, а также изоляционные трубки для курительных аэрозольных устройств. В патенте США 4915117 описан тонкий лист керамического материала, который заменяет сигаретную бумагу для уменьшения органических веществ, выделяющихся во время горения обычной сигаретной бумаги. Изолированные керамические гильзы описаны в патентах США 5105838 и 5159940. Патент США 5105838 описывает сигаретное устройство, имеющее тонкий табачный стержень окружностью приблизительно 12,5 мм. Изолирующая керамическая гильза имеет низкую удельную теплопроводность и выполнена пористой. Для того чтобы достигнуть уменьшения выделений побочного дыма из горящего табачного стержня, скорость свободного горения снижают путем использования покрытия с низкой пористостью над пористым керамическим элементом, причем покрытие имеет проницаемость приблизительно менее 15 единиц Кореста.
Патент США 5592955 описывает пористую и негорючую оболочку многоразового пользования для вмещения и удерживания стержня курительного материала перед курением, во время и после курения. Уменьшение побочного дыма, выделяемого из этого устройства, обеспечивается наружной оберткой оболочки, которая имеет проницаемость менее 40 единиц Кореста, причем оболочка имеет радиальную толщину приблизительно от 0,25 до 0,75 мм. Обертка регулирует общую пористость устройства и, таким образом, управляет скоростью свободного горения сигареты и уменьшает побочный дым, выделяемый в интервалах между затяжками. Устройство включает воздухопроницаемый колпачок на открытом конце трубки. Негорючая оболочка может включать полоски металла, действующие как теплоотводы для уменьшения скорости свободного горения табачного стержня.
Каталитические материалы использовались в курительных средствах, как, например, в табачных и особенно в сигаретных фильтрах дыма, для конверсии компонентов основного потока дыма обычно окислением, как изложено в патенте США 3693632, патенте Великобритании 1435504 и заявках ЕР 107471 и ЕР 658320. Катализаторы также включались в сигаретную бумагу для обертывания табака, как описано в Канадском патенте 604895 и патентах США 4182348 и 5386838. Адсорбирующие материалы, такие как цеолиты, включались в табак, а также в сигаретный фильтр. Цеолиты, предназначенные для такого использования, описаны в заявке ЕР 740907, где цеолиты имеют размеры пор в пределах от 5 до 7 ангстрем.
Несмотря на то что эти различные средства в разной степени достигали успеха в регулировании выделения побочного дыма из горящей сигареты, различные примеры выполнения этого изобретения обеспечивают материал, обладающий высокой пористостью для обработки побочного дыма, способный превосходно обрабатывать побочный дым при одновременном продолжении горения сигареты с обычной скоростью свободного горения.
Чтобы упростить описание изобретения, выражения "табачный стержень" или "табачная загрузка" будут использоваться в отношении сигарет, сигар, сигарок, табачного стержня в обертке, табачного жгута, табака в оболочке и т.д. Также понятно, что термин "сигарета" взаимозаменяем "сигарой", сигаркой" и другими курительными изделиями, имеющими форму стержня.
Краткое описание изобретения
Соответственно, изобретение обеспечивает в своем аспекте использование подходящего материала для обработки побочного дыма сигареты для удаления видимых частиц дыма, аэрозолей и газов конверсии с неприятным запахом.
Согласно другому аспекту изобретения предлагается курительное изделие типа сигареты, выделяющее уменьшенное количество побочного дыма, содержащее:
I) сигарету с обычной сигаретной бумагой, окружающей табачный стержень сигареты;
II) негорючий материал для обработки побочного дыма, окружающий и находящийся, по существу, в контакте с обычной сигаретной бумагой участка табачного стержня сигареты; при этом материал имеет пористость, поддерживающую обычную скорость свободного горения сигареты внутри этого материала;
III) материал содержит компонент хранения кислорода, который выделяет кислород при температурах скорости свободного горения вблизи горящего уголька сигареты, в результате чего такой выделившийся кислород:
а) компенсирует снижение материалом скорости проникновения кислорода в горящий уголек для обеспечения обычной скорости свободного горения,
б) способствует окислительной обработке компонентов побочного дыма.
Согласно другому аспекту изобретения изделие типа сигареты содержит:
I) сигарету с сигаретной бумагой, окружающей табачный стержень сигареты;
II) негорючий материал, окружающий и находящийся, по существу, в контакте с наружной периферией сигаретной бумаги, при этом материал имеет пористость, которая поддерживает скорость свободного горения, характерную для сигареты;
III) материал содержит, по существу, гидрофобный сорбент, способный сорбировать неводные компоненты побочного дыма, выделяющиеся из горящего уголька сигареты, а также содержит компонент хранения кислорода, который выделяет кислород при температурах вблизи горящего уголька сигареты, в результате чего такой выделившийся кислород:
а) компенсирует снижение материалом скорости проникновения кислорода к горящему угольку для обеспечения скорости его свободного горения, и
б) способствует окислительной обработке компонентов побочного дыма.
Согласно другому аспекту изобретения курительное изделие содержит сигарету и обрабатывающий материал, окружающий и, по существу, находящийся в контакте с сигаретной бумагой сигареты, причем обрабатывающий материал имеет пористость, которая поддерживает обычную скорость свободного горения сигареты, и содержит катализатор окисления, который способствует окислительной обработке побочного дыма, выделяемого из горящего уголька сигареты, причем сигаретная бумага разъединяет реакцию обработки побочного дыма от получения основного потока дыма во время затяжки.
Согласно следующему аспекту изобретения способ обработки побочного дыма, выделяемого горящей сигаретой, содержащей материал для обработки побочного дыма, окружающий и, по существу, находящийся в контакте с сигаретной бумагой сигареты, причем материал имеет пористость, которая поддерживает обычную скорость горения сигареты и содержит сорбент и компонент хранения кислорода, который выделяет кислород при температурах скорости свободного горения вблизи горящего уголька сигареты, предусматривает:
I) сорбирование неводных компонентов побочного дыма, выделяемого горящей сигаретой, в указанном материале;
II) обработку указанных сорбированных компонентов и выделение обработанных летучих веществ, которые проникают в материал и не видны в атмосфере.
Согласно еще одному аспекту изобретения листовой материал, применяемый в сигарете для уменьшения побочного дыма, содержит композицию по существу гидрофобного сорбента, армирование листа и компонент хранения кислорода, который выделяет кислород при температурах скорости свободного горения вблизи горящего уголька сигареты, причем листовой материал имеет следующие характеристики:
I) пористость по меньшей мере около 200 единиц Кореста;
II) размер пор от около 50 ангстрем до около 2 микрон;
III) площадь поверхности БЭТ (по методу Бранауэра-Эммета-Теллера) для композиции, превышающую приблизительно 20 м2/г;
IV) плотность от около 0,3 до около 0,8 г/см3;
V) толщину листа от около 0,04 мм до около 1 мм.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные варианты выполнения изобретения показаны на чертежах, на которых:
Фиг.1 - вид в перспективе изделия типа сигареты согласно одному выполнению изобретения, показывающий применение обрабатывающего материала;
Фиг.2 - частичное сечение изделия по Фиг.1;
Фиг.3 - увеличенный вид участка А Фиг.2;
Фиг.4 - увеличенный вид участка В Фиг.3;
Фиг.5 - схематичный вид прибора для измерения температуры сигареты;
Фиг. 6 - временной график температур табака, измеренных при горении сигареты;
Фиг. 7 - график температуры по расстоянию для накладывающихся друг на друга температур табака, измеренных по оси и по периферии.
Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения.
Материал для обработки побочного дыма, применяемый при обработке табачного дыма в соответствии с изобретением, обеспечивает очень значительное неожиданное преимущество, особенно когда его применяют для обработки побочного дыма сигареты. Материал для обработки может иметь форму трубки, размещаемой на сигарете, и, по существу, в контакте с сигаретой, или сигарета может быть обернута в этот материал, находящийся, по существу, в контакте с сигаретой. Такое расположение позволяет использовать обыкновенную сигарету, и при курении сигарета горит с обычной скоростью свободного горения. Ссылка на нормальную или обычную сигарету подразумевает имеющиеся в продаже сигареты, содержащие табачные стержни обычных плотностей набивки и обычные сорта табака, наполнители и т.д. Табачный стержень заключен в обычную сигаретную бумагу, имеющую обычную пористость в пределах от 5 до 50 единиц Кореста, иногда до 70 единиц Кореста. Обыкновенный сигаретный фильтр либо прикреплен к сигарете, либо может обеспечиваться вместе с материалом для обработки в форме трубки, охватывающей табачный стержень с обычной сигаретной бумагой. Обыкновенные сигареты имеют обычную скорость свободного горения от около 3 до около 5 мм/мин при обычных плотностях набивки в пределах приблизительно от 0,20 до 0,26 г/см3. Обыкновенные сигареты, по меньшей мере в Северной Америке, имеют окружность от около 20 до около 30 мм, обычно приблизительно от 23 до 27 мм, и длину табачного стержня по меньшей мере приблизительно около 40 мм, предпочтительно около 55 мм, около 64 и около 74 мм, который имеет приемлемое сопротивление затяжке. Сигаретный фильтр обычно имеет длину от около 15 до около 35 мм.
Понятно, что нестандартная сигарета отличается от традиционной сигареты. Такие нестандартные сигареты могут содержать модифицированные табаки или модифицированную сигаретную бумагу, которая может, например, влиять на скорость свободного горения, как описано в упомянутых выше патентах.
Сигареты могут быть изготовлены вручную и быть пригодными для курения или могут иметь табачный стержень, не готовый для курения. Согласно одному аспекту изобретения не готовые для курения стержни становятся пригодными для курения, когда на стержень уложена сигаретная бумага с образованием пригодной для курения сигареты, или бумага находится на внутренней поверхности материала для обработки в виде трубки и в нее вставляется табачный стержень.
Материал для обработки, ввиду его близости к горящему угольку, способен обеспечивать регулирование побочного дыма в виде очень компактной конструкции. Ранее сигаретные устройства, обеспечивающие обычную скорость свободного горения, были чрезвычайно массивными из-за большой полости, образованной в трубке, которая находилась на расстоянии от сигареты и ничем не напоминала сигареты нормального или обычного размера. Попытки регулировать побочный дым более компактными устройствами обычных размеров приводили к использованию более тонких сигарет, чтобы обеспечить пространство между трубкой и сигаретой. Использование такого средства могло вызвать необходимость смены сортов табака курильщиком, а также изменение вкуса и запаха сигареты.
Материал для обработки по изобретению имеет преимущество, особенно в отношении сигарет, поскольку позволяет курильщику использовать сигарету по своему выбору в трубчатой конструкции или покупать свои любимые сигареты, обернутые в материал по изобретению. Несмотря на то что материал для обработки может использоваться с другими видами курительных изделий, например в трубках, а также в фильтрующих средствах для фильтрации табачного дыма от воздуха, наиболее важное применение он находит в сигаретах и других курительных изделиях, имеющих форму стержня. Материал для обработки может наматываться на сигареты стандартными станками для изготовления сигарет, или же материал для обработки может быть выполнен в форме трубки, в которую вставляется сигарета так, чтобы внутренняя поверхность материала входила в контакт с сигаретой. Трубчатый элемент позволяет курить обыкновенные сигареты обычным образом, обеспечивая при этом привычный вкус и аромат и минимальный посторонний запах (если таковой выделяется). Реализация этих признаков имеет особое значение с учетом того, что сигарета может гореть с обычной скоростью свободного горения. Материал для обработки является негорючим, легко удаляется и не представляет опасности с точки зрения экологии для окружающей среды, так как он может быть изготовлен из инертных материалов, таких как керамические материалы, глины и другие подходящие связующие, и материалов для армирования листа. Материалы для армирования могут быть в виде лент, пластинок или нитеобразных материалов. Материал для обработки функционирует так, что он обеспечивает обычную скорость свободного горения, и поэтому нет необходимости уменьшать пористость в трубке до определенного минимального уровня, а также нет необходимости в наружном покрытии поверх материала для обработки для регулирования пористости сигаретного устройства. Материал для обработки может быть выполнен так, что он будет иметь относительно низкую наружную температуру и тем самым обеспечивать более высокую безопасность. Собранное сигаретное изделие имеет малый вес и легко зажигается на его открытом конце. Хотя это не предпочтительно, трубка может использоваться повторно путем введения новой сигареты в трубку вместо уже выкуренной сигареты.
Эффективность материала для обработки побочного дыма увеличивается, когда этот материал располагается очень близко или в контакте с сигаретой. Материал для обработки, вследствие его конструкции, наиболее предпочтительно располагать вблизи горящего уголька сигареты, чтобы перехватить, уловить путем адсорбции или абсорбции, или той и другой, и обработать различные компоненты побочного дыма, выходящего из горящего уголька и наружу из сигаретной бумаги. Понятно, что поглощаются только компоненты, которые имеют достаточное сродство для этого материала. Другие материалы, например очень летучие газы, могут проходить через материал, не подвергаясь сорбции. Однако такие газы могут окисляться в реакционной зоне материала, и в присутствии катализатора такие окислительные реакции ускоряются. Материал для обработки, либо нанесенный на поверхность сигареты, либо содержащий расположенную в нем сигарету, позволяет сигарете гореть обычным образом, без сгорания материала для обработки. Однако понятно, что материал для обработки может быть выполнен так, чтобы прочность его структуры ослаблялась в процессе курения, чтобы курильщик мог смять сигарету до завершения курения.
Помимо этого, в случаях модификаций трубчатый элемент может быть использован в сигаретах-самокрутках, которые обычно продаются в непригодной для курении форме, но становятся пригодными для курения, когда их вставляют в трубку. Например, материал для обработки в форме листа может содержать сигаретную бумагу, нанесенную на его внутреннюю поверхность, может формироваться в трубку и, после того как в нее будет вставлен табачный стержень, не готовый для курения, такой, например, как в Канадском патенте 1235039, образуется пригодное для курения сигаретное изделие. В качестве альтернативы обернутые пористым фильтром сигареты могут быть покрыты не имеющим пор материалом, что делает сигаретное устройство пригодным для курения. Материал для обработки может также использоваться на нестандартных сигаретах, которые, например, могут иметь модифицированную сигаретную бумагу, снижающую скорость свободного горения сигареты. Несмотря на то что сигареты со сниженными скоростями свободного горения не являются предпочтительными, при некоторых обстоятельствах может возникнуть необходимость в таких сигаретных конструкциях, даже если вкус и запах дыма изменяется.
Согласно одному из вариантов изобретения первый активный компонент в материале для обработки может быть, по существу, гидрофобным сорбирующим материалом, способным избирательно сорбировать неводные компоненты побочного дыма, выделяемого из горящего уголька сигареты. Вторым активным материалом является компонент хранения кислорода, который выделяет кислород при температурах скорости свободного горения вблизи горящего уголька. Такой выделяющийся кислород выполняет по меньшей мере такие функции:
I) компенсирует снижение материалом обработки скорости проникновения кислорода к горящему угольку, чтобы тем самым обеспечить обычную скорость свободного горения,
II) способствует окислительной обработке компонентов побочного дыма.
Сорбирующий материал может быть выполнен из различных негорючих компонентов, как будет описано более подробно, причем негорючие компоненты имеют значительную пористость, большие размеры микропор, очень большие площади поверхности БЭТ, плотности в пределах от около 0,30 до около 0,80 г/см3, и при изготовлении их в виде листов с целями изобретения будут относительно тонкими, с толщиной в пределах от около 0,04 мм до около 1 мм. Активные сорбционные компоненты могут иметь индивидуальные БЭТ в пределах от около 10 до около 1800 м2/г с распределением размера пор от около 5 ангстрем до около 200 ангстрем. Материал обычно имеет объем пор от около 0,05 до около 1,0 см3/г. Материал имеет промежуточные пространства размером от около 200 ангстрем до около 2 микрон.
Компонент для хранения кислорода обеспечивают на месте, в самом материале и/или наносят на поверхность материала, находящуюся внутри при нанесении на сигарету. Компонентом для хранения кислорода предпочтительно является оксид металла, имеющий несколько состояний окисления и предпочтительно выбираемый из группы оксидов переходных металлов, оксидов редкоземельных металлов, оксидов металлов группы лантанидов и твердых смесей двух или более оксидов металлов. Оксиды переходных металлов могут быть выбраны из группы, состоящей из IVB, VB, VIB, VIIB, VIII и IB Периодической Таблицы Элементов. Предпочтительными компонентами для хранения кислорода являются оксиды металлов группы лантанидов, и наиболее предпочтительными являются оксиды церия. Компонент для хранения кислорода способен выделять кислород при повышенных температурах, обычно выше 300oС. Выделяемый кислород функционирует надлежащим образом в среде, несколько обедненной кислородом, вокруг горящего уголька. Несмотря на то что очень пористый материал для обработки позволяет воздуху проникать к горящему угольку в количестве, которое помогает, например, обыкновенной сигарете гореть с обычной скоростью свободного горения, материал для обработки ограничивает до некоторой степени скорость проникновения воздуха или кислорода через материал. Таким образом, скорость свободного горения может быть близкой к скорости свободного горения, но может не совсем соответствовать скорости свободного горения. Таким образом, кислород, выделяемый компонентом для хранения кислорода, обеспечивает достаточное дополнительное количество кислорода для обеспечения скорости обычного свободного горения сигареты. В то же время происходит сопутствующая реакция окисления сорбируемых компонентов побочного дыма. Очень пористый материал для обработки подает воздух на окислительные реакции для окисления компонентов побочного дыма, сорбированных в указанном материале. Таким образом, эта реакция также нуждается в кислороде, выделяемом компонентом для хранения кислорода. Однако сочетание материала, имеющего высокопористую структуру, и компонента для хранения кислорода, выделяющего кислород, обеспечивает достаточно кислорода для получения обычной скорости свободного горения сигареты и для того, чтобы окисление поглощенных компонентов побочного дыма происходило с надлежащей скоростью, чтобы видимые компоненты не выделялись из материала. Любые компоненты, которые могут быть видны при выходе из материала в атмосферу, либо превращаются в невидимые компоненты, либо сорбируются в материале.
Каталитический материал может быть легко включен в материал для обработки в сочетании с компонентом для хранения кислорода. Тем не менее понятно, что каталитический материал может быть включен в подходящий пористый носитель без сорбционного материала или компонента для хранения кислорода. Катализатор может быть обеспечен в самом материале и/или может быть нанесен на внутреннюю сторону материала для обработки. Каталитическим материалом предпочтительно является катализатор окисления такого типа, который может использоваться вместе с компонентом для хранения кислорода. Когда катализатор обеспечен в самом материале, то он находится на его внутренних пустотах, для преобразования компонентов побочного дыма, особенно отходящих газов с неприятным запахом, в газы с допустимым запахом, которые, в свою очередь, в зависимости от соответствующих свойств и сродства, могут выделяться или не выделяться из материала. Катализатор и компонент для хранения кислорода могут комбинироваться и примешиваться и обеспечиваться в самой трубке, и/или наноситься на поверхность материала, прилегающего к сигарете при использовании.
Как объясняется в одновременно рассматриваемой международной заявке РСТ/СА 97/00762, поданной 15 октября 1997 года, содержание которой включено сюда путем ссылки, могут использоваться разнообразные катализаторы для ускорения разных реакций в потоке побочного дыма сигареты, так как по меньшей мере некоторая часть дыма проходит через материал, например для уменьшения посторонних запахов, улучшения сгорания монооксида углерода и других мелких молекул, таких как, например, альдегиды, кетоны, органические кислоты и тому подобное. Предпочтительные катализаторы принадлежат к группе окислительных катализаторов. Они, в основном, включают катализаторы, выбранные из группы, состоящей из металлов группы платины, переходных металлов и их оксидов, оксидов редкоземельных металлов и металлов группы лантанидов. Оксиды переходных металлов, имеющие множественные степени окисления, предпочтительно выбираются из группы, состоящей из группы IVB, VB, VIB, VIIB, VIII и IB Периодической Таблицы Элементов. Металлы группы платины предпочтительно включают платину или палладий. Другие катализаторы включают алюмосиликаты, оксиды алюминия и карбонаты кальция. Понятно, что катализатор может включать смеси различных катализаторов или может включать твердые сплавы двух или более оксидов металлов.
Полезной группой алюмосиликатных катализаторов являются цеолиты, которые могут применяться в этом изобретении и могут быть такого типа, который описан в упомянутой выше заявке ЕР 740907, содержание которой включено сюда путем ссылки. Цеолиты алюмосиликата и цеолиты с высоким содержанием диоксида кремния способны оказывать каталитическое действие помимо своей сорбционной способности. Предпочтительные цеолиты включают силикатные цеолиты, X, Y и L-цеолиты, бета-цеолиты, цеолиты морденита, ZSM-цеолиты. Понятно, что гидрофобные цеолиты имеют очень высокие соотношения диоксида кремния к оксиду алюминия, приблизительно 50 и выше. Выбранный катализатор или коктейль из катализаторов может быть включен в лист материала в процессе производства. В качестве альтернативы катализатор или их смесь могут быть нанесены в виде пульпы или раствора на уже полученную пористую структуру и высушены для обеспечения катализатора на внутренней поверхности пор.
Аспектом изобретения является также то, что компонент для хранения кислорода может иметь двойную функцию катализатора окисления. Некоторые оксиды переходного металла, имеющие несколько состояний окисления, могут функционировать как компонент для хранения кислорода и как окислительный катализатор. Предпочтительной группой оксидов переходного металла, обладающей этими способностями, являются оксиды металлов группы лантанидов, и наиболее предпочтительными являются оксиды церия. Количество компонента для хранения кислорода и/или катализатора, используемого в материале для обработки, может сильно изменяться в зависимости от соответствующей активности отдельных компонентов или активности компонента двойной функции. Помимо этого, количества будут изменяться в зависимости от того, включен ли катализатор в сам материал, нанесен ли он на внутреннюю поверхность или применяется как в самом материале, так и нанесенным на внутреннюю поверхность. В качестве подсказки, материал катализатора присутствует в количестве приблизительно до 30 вес.% материала. Более низкое количество, разумеется, диктуется количеством, эффективным для подачи кислорода компонентом для хранения кислорода, а также количеством, необходимым для выполнения эффективных функций каталитического окисления. В зависимости от активности выбранного материала более низкое количество каталитического материала может быть совсем незначительным в частях на миллион, хотя обычно будет превышать приблизительно 5 вес.%. Необходимы некоторые испытания, чтобы определить небольшие количества, в частности, катализатора, чтобы убедиться, что окисление не ускоряется до такой степени, что горение уголька превышает обычную скорость свободного горения и из-за этого начинает ухудшать вкус и запах дыма основного потока. Обычно верхний предел содержания компонента для хранения кислорода и/или катализатора составляет приблизительно менее 30 вес.% и предпочтительно приблизительно менее 20 вес.%. Однако понятно, что когда выбранные материалы имеют двойную функцию (хранения кислорода и каталитического окисления), количество материала может превышать 30 вес.%.
Предпочтительным каталитическим материалом является материал на основе церия, в частности оксид церия. Этот катализатор не только очень хорошо ускоряет окисление уловленных органических материалов, но также выполняет необходимую дополнительную функцию хранения кислорода и выделения его в обедненные кислородом участки. Материал катализатора в виде оксида церия (СеО2) в холодном состоянии способен удерживать кислород, но при повышении температуры выделяет кислород после термической конверсии в диоксид церия (Се2O3). По мере продвижения горящего уголька вдоль трубки материала для обработки его температура обычно поднимается до интервала от около 400oС до около 550oС, и каталитический материал выделяет кислород для поддержания обычной скорости свободного горения сигареты. Кроме того, выделяющийся кислород также поддерживает каталитическое окисление уловленных компонентов побочного дыма. Понятно, что катализатор на основе церия может использоваться в смеси с другими катализаторами или в твердой смеси (в виде сплава) с одним или более оксидом металлов в качестве катализатора.
Материал для обработки предпочтительно изготовлен в виде листа, в котором лист может иметь толщину обычно в пределах от 0,04 до 2 мм, но предпочтительно не превышает толщину 1 мм. Лист может быть изготовлен стандартным непрерывным процессом изготовления бумаги, без термообработки, или процессами, включающими термообработку, какие описаны в упомянутом выше патенте США 4915117, содержание которого включено сюда путем ссылки. Образуют композицию пульпы, содержащую неорганические негорючие активные материалы, негорючие наполнители и горючие органические компоненты. Составу пульпы придается форма исходного листа, который затем выдерживается при повышенной температуре для испарения органических веществ и создания таким образом пористой структуры листа. Пористая структура обычно состоит из сочетания макропор и микропор, где макропоры сообщаются между собой через лист и имеют размер, который обеспечивает пористость, поддерживающую обычную скорость свободного горения сигареты. Соответственно, пористость материала должна превышать приблизительно 200 единиц Кореста и может доходить до 10000 единиц Кореста и быть даже выше. Желательно, чтобы величина пористости в единицах Кореста была как можно выше, однако, понятно, что физические свойства материала могут ограничивать пористость, например приблизительно от 300 до 4000 единиц Кореста. Когда в листовом материале необходим каталитический материал, каталитические частицы могут добавляться в состав пульпы в каталитически эффективном количестве, приблизительно составляющем около 30 вес.%. Материал катализатора таков, что он выдерживает процесс термообработки и вследствие его расположения в самом материале вокруг микропор и на поверхностях макропор, каталитическое преобразование адсорбированных и абсорбированных компонентов, составляющих побочный дым, улучшается.
Со ссылкой на Фиг.1 показан предпочтительный пример использования материала для обработки в сигаретном изделии 10. Сигаретное изделие предназначено с помощью материала для обработки выделять очень низкие уровни побочного дыма и предпочтительно никакого видимого побочного дыма. Изделие содержит обычную сигарету 12 с табачным стержнем 14, который обернут в обычную сигаретную бумагу 16. Изделие включает участок наконечника с фильтром 18, который взаимодействует с табачным стержнем 12, обеспечивая обычную фильтрацию дыма основного потока. Материал для обработки может быть использован в соответствии с аспектом этого изобретения в форме трубки 20, которая окружает или охватывает сигарету 12. Трубка 20 согласно изобретению находится, по существу, в контакте с внешней поверхностью сигаретной бумаги 16, как показано в стыке 22. Участок 14 табачного стержня предпочтительно оканчивается на конце 24 трубки, где толщина трубки показана цифровой позицией 26. Трубка предпочтительно имеет радиальную толщину в пределах приблизительно от 0,04 до приблизительно 1 мм. Общий наружный диаметр трубки 20 будет меняться в зависимости от диаметра сигареты, но может иметь такую конструкцию, чтобы общий размер сигаретного изделия заметно не увеличивался. Предпочтительные окружности сигаретного изделия составляют от около 25 до около 35 мм. Этот диапазон очень близок к размеру обычных имеющихся в продаже сигарет, которые имеют окружности в пределах от около 20 до около 30 мм. Участок фильтра 18 также предпочтительно имеет диаметр, который приблизительно равен наружному диаметру трубки 20 так, чтобы придать законченный вид сигаретному изделию.
Обертка из материала или трубка 20 может характеризоваться следующими свойствами:
I) пористость в пределе по меньшей мере около 200 единиц Кореста;
II) размер пор от около 50 ангстрем до около 2 микрон;
III) площадь поверхности БЭТ для состава, превышающая приблизительно 20 м2/г;
IV) плотность от около 0,3 до около 0,8 г/см3;
V) толщина листа приблизительно от 0,04 до 1 мм.
Пористость трубки достаточна для обеспечения воздушных потоков, поддерживающих обычную скорость свободного горения сигареты, причем трубка находится в контакте с зоной горения сигареты для активации или увеличения активности материала трубки для обработки побочного дыма, выделяющегося из горящего уголька. Пористая структура такова, что при повышенных температурах ее абсорбирующие и адсорбирующие побочный дым свойства активизируются для поглощения различных компонентов побочного дыма, чтобы обработать их и удалить. Кроме того, если имеется катализатор, активность катализатора может значительно увеличиваться при повышенных температурах, особенно при обработке газов, которые стремятся пройти через материал, не сорбируясь, или по поверхности сорбента. Также пористая структура имеет достаточную сорбционную способность при повышенных температурах для предотвращения прорыва побочного дыма, особенно каких-либо видимых частиц аэрозоля. Понятно, что пористая структура может иметь изменяющуюся толщину, изменяющиеся размеры пор и т.д., чтобы некоторое количество побочного дыма проникало через трубку. Это действие может быть целесообразным, если курильщик желает чувствовать остаточный запах побочного дыма на поверхности трубки. Пористая структура предпочтительно предназначена для одноразового использования и затем выбрасывается. Этот признак оптимизирует конструкцию с точки зрения толщины трубки, когда для предотвращения прорыва побочного дыма требуется минимальная толщина.
Структурная плотность материала будет, разумеется, изменяться в зависимости от типа включенных материалов. Например, оксиды алюминия имеют плотность приблизительно 2,5 г/см3, оксиды циркония - приблизительно 5,7 г/см3 и оксиды церия - приблизительно 7,3 г/см3. Объем пор структуры может измеряться азотной адсорбцией и технологиями ртутной порометрии. Эта структура способна сорбировать видимые компоненты побочного дыма в пористой структуре и в присутствии подходящего катализатора, преобразовывать всякие отходящие газы с посторонним запахом, которые могут проходить через материал, в допустимые запахи, когда они проникают через трубку и выделяются в атмосферу.
Ввиду того, что материал может использоваться на нормальной или обычной сигарете, сигарета изолирует табак от трубки. Бумага предпочтительно действует как барьер для миграции компонентов, составляющих материал для обработки, или компонентов, составляющих побочный дым, в табак так, что на дым основного потока воздействия не оказывается. Бумага может быть особенно полезной при блокировании диффузии каталитических компонентов в табак, во избежание какого-либо привкуса в дыме основного потока. Изоляция материала для обработки от табачного стержня с помощью сигаретной бумаги выполняет уникальные функции, характерные для этого изобретения. В отношении устройств предыдущего уровня техники, которые обеспечивают трубчатый материал на сигарете, в них обычно имеется дополнительный бумажный материал или ему подобный, наносимый на наружную поверхность трубки для обеспечения необходимого регулирования диффузии кислорода, чтобы снизить скорость свободного горения и таким образом уменьшить выделение побочного дыма. В противоположность этому, изобретение заявителя обеспечивает материал для обработки, который позволяет сигарете гореть с обычными скоростями свободного горения и нормально выделять побочный дым, включая дым от сигаретной бумаги. Материал для обработки затем выполняет обработку компонентов побочного дыма за пределами сигаретной бумаги, отдельно от действия горящего уголька, производящего дым основного потока. Отделение действия обработки от зоны производства дыма основного потока предотвращает проникновение компонентов побочного дыма назад в дым основного потока, которое заметно влияет на вкус и запах дыма основного потока, и попадание в дым основного потока значительного количества компонентов, которые обычно в нем отсутствуют при свободном курении сигареты. Компоненты побочного дыма могут сорбироваться материалом для обработки, обрабатываться и выпускаться в атмосферу. В физической структуре материала для обработки нет ничего такого, что могло бы направлять обработанные компоненты и полученные продукты реакции назад в сигаретный табак, в результате чего не происходит никакого значительного изменения вкуса и запаха дыма основного потока.
Так как материал для обработки выполнен в виде листа, толщина трубки может содержать один слой материала, композиционный материал из двух или более слоев, составляющих толщину листа, или несколько слоев листа, намотанных один на другой, чтобы получить необходимую толщину для трубки. Так как листовой материал тонкий, его можно наносить на внешнюю поверхность табачного стержня сигареты использованием стандартных станков для обертывания сигарет. В качестве альтернативы, трубки могут изготовляться отдельно и вследствие их конструкционной прочности могут быть отдельными устройствами, в которые могут вставляться обычные сигареты или нестандартные сигареты, или сигареты другого размера для обеспечения необходимого регулирования побочного дыма. Трубка выполнена из негорючих материалов, которые имеют теплоемкость, способствующую обычной скорости свободного горения сигареты и поддерживающую обычные температуры сигарет вокруг горящего уголька. Трубка не требует присутствия металлических компонентов, которые действуют как теплоотводы для регулирования температуры горящего уголька, но трубка, по существу, оказывается прозрачной для горящего уголька так, что сохраняются обычные скорости свободного сгорания. Кроме того, путем выбора катализатора в том же материале может быть предусмотрено хранение кислорода, так что когда уголек нагревает трубку, кислород выделяется в обедненную кислородом среду вблизи горящего уголька, что также способствует поддержанию обычной скорости горения сигареты.
Фиг. 2 является частичным сечением сигареты по Фиг.1. Сигарета 12 с сигаретной бумагой 16 находится в контакте с внутренней поверхностью 28 трубки 20. Этот контакт может быть получен расположением сигареты с возможностью скольжения внутри трубки 20 или нанесением листового материала на сигарету для образования трубки 20. Когда сигарета находится в процессе курения, она сокращается внутри трубки 20. Благодаря уникальным характеристикам материала для обработки, он, по существу, способен выдерживать эту высокотемпературную зону по мере ее продвижения по трубке. Конструкционная прочность трубки может либо ослабляться по мере продвижения уголька, либо сохраняться, если предусматривается повторное использование трубки.
Фиг. 3 является увеличенным участком А на Фиг.2. Трубка 20 находится, по существу, в контакте с бумагой 16, в которую обернут табак 14. Как отмечалось ранее, плотность табака может быть обычной насыпной плотностью, а бумага 16 может быть обычной бумагой, так что не требуется специальных приспособлений при производстве сигарет для использования трубки. Однако понятно, что в определенных обстоятельствах сама сигарета может иметь специальные насыпные плотности и специальную композицию сигаретной бумаги с целью дополнительно уменьшить выделения побочного дыма, хотя, в виду общей эффективности материала для обработки, этого обычно не требуется. Внутренняя поверхность 28 трубки 20 находится в контакте с большей частью наружной поверхности 38 сигаретной бумаги 16, но, как будет ясно, между бумагой и материалом обертки вдоль сигареты могут образовываться небольшие зазоры или пространства 29. Эти зазоры получаются из сигаретной бумаги, которая изолирует внутреннее пространство трубки 20 от табака 14, если она не образует правильный цилиндр, а внутренняя полость обертки не является точно цилиндрической формы. Следовательно, считается, что материал обработки, по существу, находится в контакте с сигаретной бумагой.
Согласно изобретению трубка достаточно близко расположена к зоне горения сигареты и, предпочтительно, как показано на Фиг.3, вблизи или в контакте с зоной горения в сигаретной бумаге 16 для активации пористой структуры трубки. Несмотря на то что материал трубки может обладать сорбционной способностью при низких температурах, выбранный материал может стать каталитическим при гораздо более высоких температурах зоны горения. Материал трубки очень пористый, значительно превышающий пористость сигаретной бумаги, которая обычно составляет около 50 единиц Кореста или менее. Трубка имеет пористость, значительно превышающую это количество. Пористость трубки обычно превышает 300 единиц Кореста и обычно составляет до 4000 единиц Кореста и выше. Такая пористость обеспечивает или поддерживает обычную скорость свободного горения сигареты. Однако поры структуры трубки имеют такой размер, который обеспечивает необходимую сорбционную способность для поглощения побочного дыма и способствует подаче потоков воздуха, необходимых для поддержания скорости свободного горения, причем воздушные потоки могут быть обеспечены кислородом, выделяющимся компонентом хранения при нагреве.
Как показано на Фиг.4, специально увеличенный участок В, в трубке 20 находится структурный материал 40 с макропорами 42, имеющими размеры пор предпочтительно в пределах от около 200 ангстрем до около 2 микрон. Это сечение представляет приблизительно не более 3-6 микрон материала. Ответвления макропор 42 образуют микропоры, которые имеют размер пор предпочтительно в пределах от около 5 до около 200 ангстрем. Макропоры 42 сообщаются между собой, обеспечивая проход для газа через толщу трубки. Понятно, что, будучи объемной структурой, трубка имеет различные направления макропор, где они перекрываются или пересекаются, обеспечивая нужную степень взаимного сообщения между собой. Сообщение таково, что обеспечивается необходимая пористость в пределах приблизительно от 300 до 4000 единиц Кореста и возможно до 10000 единиц Кореста, для необходимой толщины трубки, где площадь поверхности БЭТ находится предпочтительно в пределах от около 20 до около 1000 м2/г. В зависимости от выбора сорбционных материалов площадь поверхности БЭТ может быть менее 500 м2/г, а иногда менее 300 м2/г. Макропоры имеют такой размер, который позволяет воздуху проникать внутрь через трубку 20, чтобы подавать кислород к горящему угольку внутри трубки. Листовой материал может быть составлен из различных сорбционных материалов, или они могут быть получены непосредственно на месте термообработкой. Например, сорбционными материалами могут быть активированный уголь, цеолиты или пористые оксиды металлов. Активированный уголь обычно имеет площадь поверхности БЭТ в пределах от около 300 до около 1800 м2/г и распределение размера пор от около 5 до около 200 ангстрем. Цеолиты, используемые по изобретению, имеют площадь поверхности БЭТ от около 300 до около 1000 м2/г и распределение размера пор от около 5 ангстрем до около 20 ангстрем. Пористые оксиды металлов, получаемые термообработкой, как объяснялось выше, имеют площадь поверхности БЭТ от около 10 до около 400 м2/г и распределение размера пор от около 5 ангстрем до около 20 ангстрем. Материал листа обычно имеет объем пор от около 0,05 до около 1,0 см3/г и отверстия пор в промежуточных пространствах размером от около 200 ангстрем до около 2 микрон.
Побочный дым из горящего уголька проникает через макропоры, где температура трубчатого материала быстро уменьшается от внутренней поверхности, где она может находиться в пределах от 400 до 550oС, к внешней поверхности, где она снижается приблизительно от 250 до 350oС. Пары и аэрозоли конденсируются на поверхности пористой структуры, и, вследствие сродства органического компонента в сигаретном дыме, они быстро проникают в микропоры и поглощаются на сорбционном материале. При более высоких температурах материала обработки сорбируемые компоненты могут окисляться в другие соединения и выделяться. Пористая структура предпочтительно имеет теплоемкость, которая уменьшает до минимума нарастание тепла в участке внутренней поверхности трубки, обеспечивая обычные температуры горения сигареты, что помогает избежать образования каких-либо неприятных привкусов в дыме основного потока. Как отмечалось ранее, температура на периферии сигареты находится в пределах от 400 до 550oС, а температура по оси в угольке составляет приблизительно от 700 до 950oС.
Материал для обработки выполняет чрезвычайно эффективную фильтрацию побочного дыма, перехватывая побочный дым непосредственно снаружи сигаретной бумаги. Газообразные продукты, которые могут проходить через макропоры, не конденсируясь и/или адсорбируясь в материале для обработки, могут включать или не включать отходящие газы с посторонним запахом, хотя, как объяснялось ранее, в устройство трубки могут быть включены каталитические материалы, чтобы каталитически преобразовывать газы, проходящие через материал, в невидимые компоненты, когда они выходят из материала, или вообще устранять их. Также, как упоминалось ранее, каталитический материал, имеющий способность хранения кислорода, выделяет кислород, нагреваясь от прилегающего горящего уголька. Выделяющийся кислород течет прямо к тлеющему угольку, дополнительно поддерживая обычную скорость свободного горения сигареты. Из-за относительно высокой удельной теплопроводности материала для обработки температуры в районе горящего уголька могут быть достаточно высокими, что помимо каталитической конверсии различных компонентов побочного дыма вызывает пиролиз органических материалов. Такой пиролиз способен преобразовывать по меньшей мере некоторые из уловленных органических веществ в золу и бесцветные газы.
В варианте выполнения листовой материал может быть выполнен из пульпы, содержащей керамические материалы для армирования листа, имеющие толщину примерно от 0,5 до 20 микрон, в виде лент, пластинок или нитеобразных материалов, удерживаемых связующим, содержащим, например, инертные глины, алюмосиликат, силикат магния, целлюлозные материалы, пластик и т.д. Исходный лист высушивают и подвергают тепловой обработке при температуре 300-800oС. Такая температура сжигает органические материалы, включая целлюлозные материалы и пластики, и образует пористую структуру. Тепловая обработка также превращает связующий материал в структуру, в которой образуются микропоры. Предпочтительно материалы выбирают так, чтобы обеспечить гидрофобную структуру, в которой макропоры позволяют проходить водяному пару. При изготовлении исходного листа помимо каталитических частиц могут быть включены другие каталитические или адсорбционные материалы, такие как цеолиты, активированный уголь и т.д. Также могут быть включены материалы, повышающие прочность структуры, или, наоборот, могут добавляться компоненты, прочность которых при повышенной температуре уменьшается, чтобы облегчить разрушение трубки после курения. При разработке исходного листа могут быть включены связующие органические материалы, способные испаряться. Понятно, что листовой материал необязательно должен подвергаться термообработке, особенно если в качестве сорбционного материала используется активированный углерод. В качестве альтернативы, листовой материал может высушиваться и использоваться в своем исходном виде, и под воздействием высокотемпературной зоны горения сигареты материал исходного листа превращается в материал для обработки, имеющий свойства по изобретению.
Эффективность различных примеров осуществления изобретения для обработки побочного дыма показана в следующих примерах. Однако имеется в виду, что эти примеры не ограничивают объема прилагаемой формулы изобретения.
Пример 1
Представленные составы материала для обработки могут варьироваться до некоторой степени, но, в основном, находятся в следующих пределах для различных компонентов (Таблица 1).
Пример 2
Принимаются во внимание несколько соображений в отношении эффективности материала для обработки побочного дыма. Должно происходить значительное уменьшение видимых компонентов побочного дыма, чтобы курильщик осознал преимущество курения сигаретного изделия по изобретению. Система обработки побочного дыма не должна заметно влиять на запах и вкус дыма основного потока. Кроме того, материал обработки не должен ничего добавлять в дым основного потока, что может заметно изменить его запах и вкус. Материал для обработки должен способствовать удалению отходящих газов с неприятным запахом.
Чтобы оценить уменьшение видимого побочного дыма, были проведены испытания на уменьшение видимого побочного дыма образцов сигарет в сравнении с контрольными сигаретами (обычных сигарет). Испытание способно определить видимый побочный дым и на основании процентного содержания дыма, выделяемого контрольной сигаретой, дать относительную величину дыма, выделяемого из средства для обработки по изобретению. Ниже приведена таблица 2, которая дает сравнение и показывает, что с помощью материалов для обработки по изобретению можно достичь 100%-ного устранения видимого побочного дыма.
Используя стандартную курительную машину и осуществляя улавливание дыма основного потока и побочного дыма в отдельные фильтры и анализируя содержимое фильтров стандартным способом с помощью газовой хроматографии, заявитель смог продемонстрировать минимальное изменение состава дыма основного потока по сравнению с обычными сигаретами в присутствии катализатора. Результат ясно показывает, что сигаретная бумага способна отделять каталитическую обработку побочного дыма от производства дыма основного потока. Таблица 3, приведенная ниже, поясняет эти результаты. Сравнение образца по изобретению с контрольным образцом показывает очень незначительное изменение в ОСТЧ (общем содержании твердых частиц). Величина 1,0 означает отсутствие изменения, в то время как испытание продемонстрировало соотношение, составляющее 1,09 для ОСТЧ и 1,2 для смолы, так, что происходит очень небольшое увеличение тех компонентов в составе дыма основного потока. Курительные испытания показывают, что образец, по существу, имеет тот же вкус и запах, что и контрольный образец. Важно отметить, что в побочном дыме очень существенно снижено в ОСТЧ (общем содержании твердых частиц) НИК (количество никотина), Н2О и смолы. Это ясно указывает на то, что в то время, как на дым основного потока фактически не оказывается воздействия, материал для обработки очень активно воздействует на снижение указанных компонентов в побочном дыме. Этот аспект более подробно описан в Примере 5.
Пример 3
Материал для обработки побочного дыма имеет очень высокую пористость, намного превышающую 200 единиц Кореста, а предпочтительно значительно превышающую 1000 единиц Кореста. Этот материал должен поддерживать обычное горение сигареты, чтобы обеспечить соответствующий вкус и запах дыма основного потока и никакого ощутимого неприятного запаха. Одним аспектом, свидетельствующим о том, что сигаретное изделие функционирует правильно, является сравнение температур на периферии сигареты и на оси сигареты до, во время и после фазы затяжки с использованием материала для обработки и без него. Следующая таблица 4 показывает результаты этих испытаний, которые проводились устройством для измерения и контроля температур сигареты такого типа, который описан в Примере 4. Результаты, приведенные в таблице 4, ясно демонстрируют, что существует небольшая разница в отношении температуры на оси между обычной сигаретой и сигаретой, горящей внутри материала для обработки. Обычная сигарета имеет периферийную температуру в пределах приблизительно от 450 до 480oС, а температуру на оси приблизительно в пределах от 750 до 785oС при горении обычным образом без материала для обработки. Все соответствующие сигареты в материале для обработки имеют сравнимые температуры горения на периферии и на оси. Периферийная температура почти идентична в пределах приблизительно от 445 до 475oС. Соответственно, температура на оси находится в пределах от около 730 до около 793oС. Температуры, приведенные в таблице, являются высшими температурными уровнями на оси и на периферии, которым подвергается сигарета по мере прохождения горящего уголька через зону измерения. Ввиду того, что температуры образца по существу такие же, что и температуры контроля, очевидно, что материал имеет высокую удельную теплопроводность при использовании и не функционирует как изолятор. Если бы материал для обработки действовал как изолятор, температуры образца были бы выше, особенно по периферии. Следует заметить, что смоделированные образцы предыдущего уровня техники, а именно патента США 4915117 с керамической бумагой и WO 95/34226 с сигаретой в полости трубки, имеют температурные уровни, которые указывают на нестандартную производительность. Этот результат был подтвержден при фактическом курении. Оба смоделированные образцы 1 и 2 имели неприемлемый привкус и запах.
Пример 4
Трудно точно воспроизвести машинные результаты испытания по приемлемости вкуса и запаха сигареты. Было разработано надежное средство (монитор) для периодического измерения температуры приблизительно каждые две секунды. Перед описанием результатов испытания ниже дается короткое описание устройства по Фиг.5.
Устройство 44 для измерения температуры содержит раму 46, через которую протянуты несколько тонких проводов 48 (термопары). Эти провода параллельны и расположены на расстоянии 3 мм. Рама 46 удерживается точно на направляющей колее 50, чтобы создать воспроизводимое возвратно-поступательное движение с величиной хода ~ 10 мм в направлении 52 проводов. Устройство управления 53 предназначено для управляемого компьютером двигателя 54 с передачей 56, которая преобразует вращательное движение в линейное и управляет этим поступательным движением. Сигарета 58 образца расположена неподвижно и закреплена в центре внутри рамы 46 так, что провода 48 лежат в плоскости и перпендикулярны ее оси. Провода 48 продеты через образец 58 с использованием тонкой иглы, чтобы как можно меньше воздействовать на сигаретную бумагу 60.
Термопары 62 состоят из проводов двух несхожих металлов. Для обеспечения диапазона опытных температур используется Тип R (платина-платина/родий), причем каждый провод имеет диаметр 0,003 дюйма (0,08 мм). Каждый металлический провод занимает половину рамы и соединен с другим металлическим проводом в сварном узле 64. Образованный таким образом узел является чувствительным преобразователем температуры в напряжение. Управляемый движением рамы, этот узел проходит назад и вперед в радиальном направлении через образец 58 от оси 66 непосредственно за пределы кромки его бумаги.
В одной схеме управления узел 64 термопары (далее сокращенно обозначенный "ТП") перемещается приблизительно на 5 прерывистых шагов, останавливаясь на каждом на 300 мс. Это позволяет термопаре стабилизироваться на короткий промежуток времени перед записью показаний прибора.
Небольшие напряжения ТП согласовываются, усиливаются и преобразуются в узле 65 в температуры.
Сигарета подсоединяется своим фильтром к обычной затяжечной машине периодического действия. В наших испытаниях мы использовали объем воздуха 36 мл за 2 секунды, каждые 60 секунд. Электрическое соединение 68 и 70 между затяжечной машиной 72 и записывающим/управляющим компьютером 74 и 76 позволяет устройству различать температуры, считываемые во время затяжек из "резервных" данных. Таким образом, каждая ТП записывает радиальный обзор каждые 2 секунды. По мере горения уголька образца через ТП также записывается характерный профиль времени в осевом направлении.
Испытания показали, что уголек во время горения движется, в основном, с постоянной осевой скоростью. Зная эту скорость, мы можем преобразовать данные времени в эффективное осевое положение. В принципе, можно получить трехразмерный график температуры как функции радиального и осевого положения.
Сложность возникает при считывании данных во время затяжки. Так как затяжки происходят редко и являются кратковременными, полученные данные довольно скудны. Фактически, на каждой ТП наблюдается только один небольшой пик в случайном положении на резервных данных. Эта проблема привела к необходимости использования множества термопар, как показано на Фиг.5. Поскольку, как объяснялось, данные времени могут преобразовываться в осевое положение и известно расстояние между термопарами, данные отдельных ТП могут накладываться одни на другие. Так как затяжки происходят в различных положениях для каждой ТП, может быть создан контур, который отражает подлинные температуры во время затяжки. Наложением одних данных на другие, взятых от нескольких образцов, с помощью этого контура выстраивается хорошее изображение температурного профиля во время затяжки.
Если рассматривать только данные, получаемые в осевой линии образца, график температуры против времени напоминает график на Фиг.6. Каждая термопара по очереди реагирует на прохождение уголька. Во время затяжки отмечаются периодические пики. Заметьте, что они происходят с регулярными интервалами и одновременно для каждой термопары. Может быть измерена скорость горения в мм/с. Это позволяет преобразовать ось Х из времени в расстояние. Так как расстояния между термопарами известны, их данные можно наложить одни на другие. Это создает сложный график, как показано на Фиг.7. Заметьте, что пики небольших затяжек рассеиваются. По мере составления данных других образцов образуется "контур" затяжки.
Описанное выше средство измерения температур может использоваться для получения всех профилей в виде графиков, которые показывают изменения во времени табака по мере продвижения горящего уголька через этот участок табака. Важнейшей частью графиков, которые требуют анализа с точки зрения вкуса и запаха, являются восходящие стороны кривых, которые образуют температуру табака по мере того, как горящий уголек приближается к этому месту. В этом районе табак, нагреваясь свыше 50oС, выделяет летучие вещества, которые влияют на запах и вкус дыма основного потока. Интегрированный участок под восходящей частью кривой может заранее предсказать вкус и запах сигареты. Чем ближе кривая к контролю, тем ближе будет вкус и запах к обычной сигарете. Наиболее пологая кривая показывает, что сигарета наименее близка по вкусу и запаху к обычной сигарете. Следующая таблица 5 дает количественную классификацию с помощью цифрового показателя интегрированного участка под кривой, где видно, что предпочтительные примеры реализации сигаретного изделия, имеющего катализатор церия, пропитывающий материал обертки и/или нанесенный на внутреннюю поверхность материал обертки, наиболее близко напоминают обычную сигарету.
Фактическое курение сигарет также подтвердило, что эти данные правильно отражают, что сигаретное устройство имеет приемлемый запах и вкус, сравнимый с обычными сигаретами. Следует заметить, что смоделированный образец 2 также был оценен на показатель изменения температуры. Его показатель очень высок по сравнению с контролем, что подтверждает посторонний вкус и запах при испытаниях курением смоделированного образца. Повышенный показатель означает, что до приближения горящего уголька табак в течение продолжительного времени находился под воздействием повышенной температуры так, что, по существу, табак "варился" в полости трубки, прежде чем горящий уголек достиг этого участка табака.
Пример 5
Катализатор обеспечен в материале обертки, чтобы способствовать окислению компонентов побочного дыма, которые могут сорбироваться в материале, обрабатываться и, возможно, удаляться, в зависимости от сродства материала для обработки. Образцы и контрольные экземпляры подвергались курению в стандартной курительной машине. Побочный дым, выделяемый во время курения сигареты, улавливался подходящим фильтром. Фильтр затем подвергали стандартному анализу с использованием газовой хроматографии для определения наличия различных органических соединений и относительного увеличения или уменьшения количества этих компонентов в уловленном побочном дыме для образцов против контроля. Результаты, приведенные в таблице 6 ниже, показывают активность катализатора для разрушения различных компонентов побочного дыма при сравнении состава побочного дыма обычной сигареты против сигаретного изделия по изобретению. Совершенно очевидно, что несколько компонентов, составляющих побочный дым, преобразовались катализатором в структуры с более низким молекулярным весом, невидимые при попадании в атмосферу. Кроме того, отмечено, что некоторые компоненты, как, например, бициклопентан, 2,3-дигидрофуран, 2-пропан, этилбензол, 1-децен и бензол были полностью удалены, на что указывает количество 0.
Примеры показывают различные признаки некоторых аспектов изобретения при обработке и, предпочтительно, устранении побочного дыма, не вызывающих заметного влияния на вкус и запах дыма основного потока. Материал для обработки наиболее эффективен для устранения видимого побочного дыма и, в то же время, способствует окислению компонентов побочного дыма. При горении сигареты отсутствует необычный для сигаретного изделия запах, что доказывает эффективность материала для обработки.
Несмотря на то, что здесь описаны предпочтительные примеры осуществления изобретения, специалистам в данной области понятно, что могут быть внесены изменения, не выходящие из объема изобретения и прилагаемых пунктов формулы.
Материал для обработки побочного дыма сигареты. Материал, выполненный из листа негорючих активных компонентов, обеспечивает пористую структуру, способную обрабатывать побочный дым. Материал имеет пористость, поддерживающую обычную скорость свободного горения традиционной сигареты. Материал может содержать сорбент, способный сорбировать компоненты побочного дыма, и компонент для хранения кислорода, который выделяет кислород при температурах скорости свободного горения для сохранения обычной скорости свободного горения и улучшения окислительной обработки адсорбированных неводных компонентов. Предпочтительно катализатор окисления включается в сам материал, и, наиболее желательно, компонент для хранения кислорода может также действовать в качестве катализатора окисления. Особенно предпочтительными материалами, которые выполняют такую двойную функцию, являются оксиды церия. Материал для обработки, используемый в сочетании с сигаретой, обеспечивает сигаретное изделие, выделяющее уменьшенное количество побочного дыма. 2 с. и 47 з.п.ф-лы, 6 табл., 7 ил.
III) при этом указанный материал содержит компонент для хранения кислорода, которым является оксид металла, имеющий несколько состояний окисления, причем указанный компонент для хранения кислорода выделяет кислород при температурах скорости свободного горения вблизи горящего уголька указанной сигареты, в результате чего такой выделившийся кислород а) компенсирует снижение указанным материалом скорости проникновения кислорода к горящему угольку для обеспечения указанной обычной скорости свободного горения, и б) способствует окислительной обработке компонентов побочного дыма.
| US 5592955 А, 17.12.1997 | |||
| US 5386838 А, 07.02.1995 | |||
| RU 94039293 А1, 20.09.1996. |
