ФИЛЬТР ДЛЯ ТАБАЧНОГО ДЫМА Российский патент 2008 года по МПК A24D3/06 

Изобретение относится к фильтрам для табачного дыма, содержащим сыпучий сорбент.

Подобное использование частиц сорбента для удаления компонентов паровой фазы (ПФ) из табачного дыма хорошо известно. Сигареты, содержащие летучий ароматизатор (например, ментол) также хорошо известны. Однако предшествующие попытки использования как летучих ароматизаторов, так и сыпучих сорбентов в сигаретах с фильтром были безуспешными, доказав, что невозможно обеспечить удовлетворительный уровень снабжения ароматом при поддержании удовлетворительного уровня удаления компонентов ПФ при помощи сыпучего сорбента.

Мы обнаружили, что эту проблему можно преодолеть при помощи фильтра для табачного дыма, содержащего активированный уголь, в котором (1) объем пор максимум 0,3 см³/г (N₂) обеспечен порами диаметром менее 2 нм (микропоры), и (2) (а) объем пор по меньшей мере 0,25 см³/г (N₂) обеспечен порами диаметром от 2 до 50 нм (мезопоры) и/или (б) объем пор по меньшей мере 0,12 см³/г (Hg) обеспечен порами диаметром от 7 до 50 нм (более крупные мезопоры). Активированный уголь, не содержащий объема микропор, имеет низкую способность к удалению ПФ, которая еще более снижается или сводится к нулю в присутствии летучего ароматизатора, и указанные сочетания микро/мезопор являются необходимыми для обеспечения требуемого равновесия между подачей аромата и удалением ПФ. Здесь объем пор, выраженный в см³/г (N₂), означает указанный объем, измеренный с помощью азотной порометрии с использованием Micrometrics Tristar 3000 для измерения изотерм адсорбции/десорбции азота и определения распределения пор по размерам с помощью метода по Баррету-Джойнеру-Халенда (BJH) по десорбционной ветви изотермы. Объем пор или площадь поверхности, выраженные в см³/г (Hg) или в м²/г (Hg), означают указанное значение, измеренное с помощью ртутной порометрии при контактном угле 140° и значении поверхностного натяжения 480 дин/см.

Таким образом, в настоящем изобретении предложен фильтр для табачного дыма, содержащий активированный уголь, который имеет объем микропор, обеспечиваемый микропорами диаметром менее 2 нм, причем указанный объем микропор составляет до 0,3 см³/г (N₂), и в этом угле объем мезопор по меньшей мере 0,25 см³/г (N₂) обеспечен мезопорами диаметром от 2 до 50 нм; такой фильтр, в котором по меньшей мере 0,12 см³/г (Hg) указанного объема мезопор обеспечивается мезопорами диаметром от 7 до 50 нм; и фильтр для табачного дыма, содержащий активированный уголь, который имеет объем микропор, обеспечиваемый микропорами диаметром менее 2 нм, причем указанный объем микропор составляет до 0,3 см³/г (N₂), и в котором объем мезопор по меньшей мере 0,12 см³/г (Hg) обеспечен мезопорами диаметром от 7 до 50 нм.

В активированном угле, используемом согласно изобретению, площадь поверхности пор по меньшей мере 5 м²/г (Hg), более предпочтительно 6 м²/г (Hg) или более, предпочтительно обеспечена порами диаметром более 50 нм (макропоры).

Наименование пор размером (диаметром) менее 2 нм, от 2 до 50 нм и более 50 нм как микро-, мезо- и макропоры согласуется с принятыми Международным союзом теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) терминологией и формулировкой.

Объем микропор, обеспечиваемый указанными микропорами, предпочтительно составляет максимум 0,26 см³/г (N₂), более предпочтительно 0,15 см³/г (N₂) или менее. Объем мезопор, обеспечиваемый указанными мезопорами от 2 до 50 нм, может составлять, например, приблизительно 0,3 см³/г (N₂) и предпочтительно составляет более 0,4 см³/г или более 0,5 см³/г (N₂); таким образом, предпочтительный интервал составляет от 0,3 до 0,5 см³/г (N₂) или более. Объем мезопор, обеспечиваемый более крупными мезопорами от 7 до 50 нм предпочтительно составляет 0,13 см³/г (Hg) или более, и может составлять более 0,3 или более 0,5 см³/г (Hg); таким образом, предпочтительный интервал составляет от 0,13 до 0,5 см³/г (Hg) или более.

Совершенно неожиданно нами было обнаружено, что активированный уголь с такой тщательно регулируемой микро/мезо пористостью и предпочтительно микро/мезо/макро пористостью (а) проявляет удовлетворительную степень адсорбции летучего ароматизатора, такого как ментол (не слишком маленькой и не слишком большой), (б) высвобождает достаточное количество ароматизатора в процессе курения, чтобы предоставить удовлетворительный вкус, (в) проявляет хорошую адсорбцию ПФ компонентов из табачного дыма и (г) сохраняет удовлетворительную (хотя и пониженную) степень удаления этой ПФ даже в присутствии летучего ароматизатора, такого как ментол. Такая комбинация свойств не была до настоящего времени достижима.

Таким образом, в изобретении также предложен фильтр для табачного дыма по изобретению, заключенный в сигарете с фильтром, содержащей летучий ароматизатор, например ментол. Такая сигарета с фильтром впервые обеспечивает сочетание подачи ароматизатора, чтобы придать приемлемый вкус ароматизатора с приемлемым уменьшением подачи ПФ компонентов дыма.

Фильтр согласно изобретению может быть любой конструкции, ранее предлагаемой для фильтров для табачного дыма, содержащих сыпучие сорбенты. Например, уголь может быть диспергирован в фильтрующей вставке, выполненной из жгута, или волокон, или листового материала, собранных с образованием вставки; вместо этого уголь можно приклеивать к одной или более нитям, протянутым через матрицу фильтрующей вставки, или приклеивать к внутренней поверхности обертки, расположенной вокруг фильтрующей вставки, или он может образовывать слой, помещенный между парой вставок (например, из жгутов из ацетата целлюлозы) в традиционной обертке. Уголь можно обработать ароматизатором перед изготовлением фильтра с тем, чтобы он действовал в качестве носителя ароматизатора и сводил к минимуму миграцию ароматизатора во время хранения. Вместо этого уголь можно использовать в подходящем фильтре в неароматизированном состоянии, а ароматизатор добавить к другой части фильтра и/или к сигарете, с которой используют фильтр, и/или к упаковке сигарет с фильтром. Ароматизатор можно наносить на обертку вокруг фильтрующей вставки или на одну или более нитей в фильтрующей вставке, и такая вставка может быть вставкой, которая также содержит активированный уголь, или отдельной вставкой.

Фильтры согласно изобретению могут дополнительно включать один или более чем один сыпучий сорбент, отличный от активированного угля, требуемого по изобретению (например, силикагель, или другой уголь), смешанный с углем, требуемым по изобретению, и/или находиться отдельно от него.

Изобретение проиллюстрировано следующими примерами, из которых примеры Б, В, Г и Д выполнены согласно изобретению, а остальные являются сравнениями.

Примеры

Для каждого примера образец соответствующего активированного угля сушили и выдерживали в атмосфере ментола в эксикаторе при 55°С в течение 4 дней и регистрировали увеличение массы. Затем собирали «тройные гранулированные» фильтры для сигарет, каждый из которых содержал 100 мг насыщенного ментолом угля в уплотненном слое между двумя сегментами фильтра из ацетата целлюлозы. Сигареты с фильтром выкуривали согласно условиям Международной организации по стандартизации (ISO) (затяжки 35 см³, каждая продолжительностью 2 с, производимые один раз в минуту) и измеряли выход ментола из сигарет. Паровую фазу сигаретного дыма также собирали и измеряли процент уменьшения выбранного количества соединений паровой фазы; измеряли среднее уменьшение этих соединений ПФ и уменьшение, полученное на эквивалентном фильтре со 100 мг такого же угля перед насыщением его ментолом по отношению к эквивалентной сигарете с фильтром без угля.

Результаты представлены в нижеследующей таблице, в которой указаны параметры пористости для различных типов использованного угля и измеренные характеристики для фильтров, использующих эти типы угля. В примерах Б, В, Г и 3 использовали активированные угли согласно требованиям изобретения, в то время как в остальных их не использовали. В сравнительном примере А использовали стандартный уголь на основе коксового ореха, как стандартно используемый в известных сигаретных фильтрах, в то время как в сравнительных примерах от Д до Ж и от И до Н использовали другие угли, у которых соотношение микро/мезо/макропористости приводило к неудовлетворительным результатам. Сравнительный пример Л показал хорошие поглощение и выход ментола, но при неизмеримо низком объеме микропор угля, его способность к удалению ПФ была низкой и снижалась практически до нуля в присутствии ментола. Сравнительные примеры И, К, М и Н показали активное удаление ПФ после обработки ментолом, но дали заметно неадекватный выход ментола, в то время как остальные сравнительные примеры (А и от Д до Ж) были заметно неадекватны как для удаления ПФ, так и для выхода ментола.

ТаблицаПримерАБВГДЕЖОбъем микропор, см³/г (N₂)0,460,260,110,120,520,330,23Объем мезопор 2-50 нм, см³/г (N₂)0,090,300,440,510,360,250,04Объем мезопор 7-50 нм, см³/г (Hg)0,060,130,340,540,210,15н/у*Поверхность макропор, м²/г (Hg)1,96,46,912,21,44,9н/у*Поглощение ментола, %18,627,327,52357,118,911,5Выход ментола, мг/сигарету0,030,730,440,720,070,060,15Среднее для паровой фазы (без обработки ментолом), %53854561854547Среднее для паровой фазы (с обработкой ментолом), %<5242436<5<5<5

Таблица (продолжение)Пример3ИКЛМНОбъем микропор, см³/г (N₂)0,190,350,43ни*0,500,31Объем мезопор 2-50 нм, см³/г (N₂)0,291,050,920,491,100,28Объем мезопор 7-50 нм, см³/г (Hg)0,130,200,29н/у*0,210,10Поверхность макропор, м²/г(Hg)8,02,81,1н/у*2,53,7Поглощение ментола, %2034,634,939,739,120Выход ментола, мг/сигарету0,580,080,120,990,040,00Среднее для паровой фазы (без обработки ментолом),%798775279155Среднее для паровой фазы (с обработкой ментолом),%25464503035* н/у - не установленони - практически ноль - слишком малое значение для измерения

Фильтр содержит активированный уголь, в котором объем пор максимум 0,3 см³/г (N₂) обеспечен порами диаметром менее 2 нм (микропоры), и (а) объем пор по меньшей мере 0,25 см³/г (N₂) обеспечен порами диаметром от 2 до 50 нм (мезопоры) и/или (б) объем пор по меньшей мере 0,12 см³/г (Hg) обеспечен порами диаметром от 7 до 50 нм (более крупные мезопоры). Фильтр обеспечивает удовлетворительную фильтрацию паровой фазы и предоставление аромата в присутствии летучего ароматизатора (например, ментола). 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Фильтр для табачного дыма, содержащий активированный уголь, который имеет объем микропор, обеспечиваемый микропорами диаметром менее 2 нм, причем указанный объем микропор составляет максимум 0,3 см³/г (N₂), и объем мезопор по меньшей мере 0,25 см³/г (N₂) в этом угле обеспечен мезопорами диаметром от 2 до 50 нм.2. Фильтр для табачного дыма по п.1, в котором по меньшей мере 0,12 см³/г (Hg) указанного объема мезопор обеспечивают мезопоры диаметром от 7 до 50 нм.3. Фильтр по п.1 или 2, в котором площадь поверхности по меньшей мере 5 м²/г (Hg) обеспечена макропорами диаметром более 50 нм.4. Фильтр по п.1, в котором указанный объем микропор составляет максимум 0,26 см³/г (N₂).5. Фильтр по п.1, в котором указанный объем микропор составляет максимум 0,15 см³/г (N₂).6. Фильтр по п.1, в котором указанный объем мезопор от 2 до 50 нм составляет приблизительно 0,3 см³/г (N₂).7. Фильтр по п.1, в котором указанный объем мезопор от 2 до 50 нм составляет более 0,4 или более 0,5 см³/г (N₂).8. Фильтр по п.1, в котором указанный объем мезопор от 7 до 50 нм составляет по меньшей мере 0,13 см³/г (Hg).9. Фильтр по п.1, в котором указанный объем мезопор от 7 до 50 нм составляет более 0,3 или более 0,5 см³/г (Hg).10. Фильтр для табачного дыма, содержащий активированный уголь, который имеет объем микропор, обеспечиваемый микропорами диаметром менее 2 нм, причем указанный объем микропор составляет максимум 0,3 см³/г (N₂), и объем мезопор по меньшей мере 0,12 см³/г (Hg) в этом угле обеспечен мезопорами диаметром от 7 до 50 нм.11. Фильтр по п.10, в котором площадь поверхности по меньшей мере 5 м²/г (Hg) обеспечена макропорами диаметром более 50 нм.12. Фильтр по п.10, в котором указанный объем микропор составляет максимум 0,26 см³/г (N₂).13. Фильтр по п.10, в котором указанный объем микропор составляет максимум 0,15 см³/г (N₂).14. Фильтр по п.10, в котором указанный объем мезопор от 2 до 50 нм составляет приблизительно 0,3 см³/г (N₂).15. Фильтр по п.10, в котором указанный объем мезопор от 2 до 50 нм составляет более 0,4 или более 0,5 см³/г (N₂).16. Фильтр по п.10, в котором указанный объем мезопор от 7 до 50 нм составляет по меньшей мере 0,13 см³/г (Hg).17. Фильтр по п.10, в котором указанный объем мезопор от 7 до 50 нм составляет более 0,3 или более 0,5 см³/г (Hg).18. Сигарета с фильтром, содержащая летучий ароматизатор, и включающая фильтр по любому из пп.1-17.19. Сигарета с фильтром по п.18, в которой указанный ароматизатор включает ментол.20. Сигарета с фильтром по п.18 или 19, в которой указанный ароматизатор нанесен на указанный активированный уголь.21. Сигарета с фильтром по п.18 или 19, в которой указанный ароматизатор нанесен на часть указанного фильтра или сигареты, отличную от указанного активированного угля и/или на упаковку для указанной сигареты.