АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ ДЛЯ КУРИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2018 года по МПК A24D3/16 

Настоящее раскрытие относится к активированному углю, подходящему для курительных изделий, к фильтрам, содержащим такой активированный уголь, и к связанным курительным изделиям.

Сгораемые курительные изделия, такие как сигареты, обычно содержат скрошенный табак (обычно в виде резаного наполнителя), окруженный бумажной оберткой, образующей табачный стержень. Для использования сигареты курильщик поджигает один конец сигареты, и табачный стержень начинает гореть. Затем курильщик принимает вдыхаемый дым в свой рот, затягиваясь на противоположном конце или конце сигареты, подносимом ко рту, который обычно содержит фильтр. Фильтр расположен для захвата некоторых составляющих вдыхаемого дыма до того, как вдыхаемый дым доставляется курильщику, и может содержать активированный уголь для адсорбции составляющих дыма.

Фильтрам, содержащим активированный уголь, свойственно допускать проскок частиц, который возникает, когда частицы активированного угля высвобождаются из фильтра и входят в рот курильщика, когда курильщик затягивается на подносимом ко рту конце курительного изделия. Активированный уголь для применения в фильтрах курительных изделий, как правило, получают из скорлупы кокосовых орехов, и он может быть активирован в различной степени с целью управления эффективностью адсорбции. Более высокоактивированный уголь обычно более эффективен, чем менее высокоактивированный уголь. Однако, если получаемый из скорлупы кокосовых орехов активированный уголь активирован в более высокой степени, уменьшается сопротивление истиранию и может происходить проскок большего числа частиц. Кроме того, получаемый из скорлупы кокосовых орехов активированный уголь, активированный в высокой степени, в ходе способа изготовления фильтра может генерировать значительное количество пыли, которая может загрязнять оборудование для производства фильтров.

Несмотря на то, что получаемый из скорлупы кокосовых орехов активированный уголь допускает проскок частиц и пылеобразование, он, как правило, является более твердым и, как правило, имеет более высокое сопротивление истиранию, чем активированный уголь, получаемый из других растительных источников. И все же может быть преимущественным использование источников активированного угля, отличных от скорлупы кокосовых орехов, чтобы дополнительно улучшить свойства активированного угля и ввиду того, что скорлупа кокосовых орехов является ограниченным ресурсом.

Для увеличения твердости активированного угля был предложен ряд способов. Такие способы включают покрытие частиц активированного угля полимером и модификацию поверхности частиц. Однако такие способы могут привести к потере эффективности адсорбции. Активированный уголь, изготовленный из определенных полимеров, может быть менее хрупким, чем активированный уголь, изготовленный из растительных источников, но во многих случаях является настолько твердым или абразивным, что он может повредить промышленное производственное оборудование.

Одной целью настоящего изобретения является использование источника активированного угля, отличного от скорлупы грецких орехов, для применения в фильтрах курительных изделий.

Другой целью настоящего изобретения является включение активированного угля в состав курительного изделия, где во время курения активированный уголь характеризуется меньшим проскоком частиц, чем получаемый из скорлупы кокосовых орехов активированный уголь, в настоящее время используемый в фильтрах курительных изделий, при этом обладая эффективностью адсорбции, аналогичной или большей таковой у получаемого из скорлупы кокосовых орехов активированного угля, в настоящее время используемого в фильтрах курительных изделий.

Другой целью настоящего изобретения является включение активированного угля в состав курительного изделия, где активированный уголь характеризуется меньшим пылеобразованием в ходе изготовления, чем получаемый из скорлупы кокосовых орехов активированный уголь, в настоящее время используемый в фильтрах курительных изделий.

Другие цели настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области после прочтения и осознания настоящего раскрытия, которое включает формулу изобретения, следующую далее, и сопутствующие графические материалы.

В аспектах настоящего изобретения курительное изделие содержит курительный материал и фильтр, расположенный ниже курительного материала. Фильтр содержит активированный уголь, образуемый способом, который включает карбонизацию композиции, содержащей целлюлозный материал и добавленное активируемое связующее. Связующее предпочтительно содержит лигнин. В аспектах настоящего изобретения материал активированного угля, образованный из композиции, содержащей целлюлозный материал и активируемое связующее, используют в изготовлении фильтра для курительного изделия.

В аспектах настоящего изобретения способ изготовления фильтра для курительного изделия или курительного изделия с фильтром включает получение материала активированного угля, образуемого способом, который включает карбонизацию композиции, содержащей целлюлозный материал и добавленное активируемое связующее; получение фильтрующего материала для применения в курительном изделии; и объединение материала активированного угля и фильтрующего материала для образования фильтра для курительного изделия. Фильтр может быть включен в состав курительного изделия.

В аспектах настоящего изобретения курительное изделие содержит курительный материал и фильтр, расположенный ниже курительного материала. Фильтр содержит материал активированного угля, имеющий значение BET от приблизительно 1000 до 2000 м²/г, твердость по методу падающего бойка более чем приблизительно 95% и характеризующийся меньшим проскоком частиц, чем получаемый из скорлупы кокосового ореха активированный уголь, активированный в той же степени. Анализ проскока частиц может быть выполнен в изделии, имеющем фильтр в стандартной конфигурации «штранг-пространство-штранг», в котором получаемый из скорлупы кокосового ореха активированный уголь характеризуется по меньшей мере некоторым проскоком частиц.

«Активированный в той же степени» означает, что получаемый из скорлупы кокосового ореха активированный уголь имеет значение BET, отличающееся не более чем на 10% от значения для активированного угля, используемого в качестве фильтра или в нем. «BET» представляет собой общую площадь поверхности твердого вещества, рассчитанная по уравнению Брунауэра-Эммета-Теллера, как более подробно описано в примерах ниже.

Различные аспекты фильтров и курительных изделий согласно настоящему изобретению могут обладать одним или несколькими преимуществами в сравнении с доступными в настоящее время фильтром и курительными изделиями. Например, применение активированного угля, получаемого из источника, отличного от скорлупы кокосовых орехов, может быть преимущественно использовано при уменьшении поставок скорлупы кокосовых орехов. В качестве дополнительного примера, варианты осуществления активированного угля, описанные в данном документе, могут обуславливать снижение пылеобразования в ходе изготовления и уменьшение проскока частиц во время курения в сравнении с получаемым из скорлупы кокосовых орехов активированным углем, обычно используемым в фильтрах для курительных изделий. В некоторых вариантах осуществления эффективность активированного угля может быть повышена в сравнении с получаемым из скорлупы кокосовых орехов активированным углем, обычно используемым в фильтрах для курительных изделий, при сохранении желаемых низких уровней пылеобразования и проскока частиц. Дополнительные преимущества одного или нескольких аспектов фильтров и курительных изделий, описанных в данном документе, будут очевидны специалистам в данной области после прочтения и осознания настоящего раскрытия.

Активированный уголь представляет собой общий термин, используемый для описания семейства углеродсодержащих адсорбентов с сильно развитой внутренней пористой структурой. Активированный уголь может быть получен из углеродсодержащего сырья, такого как древесина, бурый уголь, каменный уголь, шелуха или скорлупа кокосовых орехов, торф, смола, полимеры, целлюлозные волокна, полимерные волокна и т.п. Активированный уголь может быть получен любым подходящим способом, таким как физическая активация или химическая активация. При физической активации сырье перерабатывают в активированный уголь с помощью горячих газов посредством карбонизации, активации/окисления или карбонизации и активации/окисления. Способ карбонизации включает пиролиз сырья при высоких температурах, как правило, в диапазоне от приблизительно 600°C до приблизительно 900°C, в отсутствие кислорода. Активация/окисление включает воздействие на карбонизированный материал окисляющих атмосфер, таких как пар, двуокись углерода или кислород, при температурах выше 250°C. Температуры для активации/окисления, как правило, находятся в диапазоне от приблизительно 600°C до приблизительно 1200°C.

Химическая активация включает пропитывание необработанного сырья определенными химическими веществами, такими как кислота, основание или соль, как, например, фосфорная кислота, гидроксид калия, гидроксид натрия, хлорид кальция или хлорид цинка. Необработанные материалы затем карбонизируют при температурах, как правило, более низких, чем для карбонизации при физической активации. Например, температуры для карбонизации при химической активации могут находиться в диапазоне от приблизительно 450°C до приблизительно 900°C. Карбонизация и активация могут происходить одновременно.

Для целей настоящего раскрытия углеродсодержащее сырье может быть активировано любым подходящим способом. Например, способ активации может включать химическую активацию, которая может предусматривать более короткое время активации и более низкие температуры по сравнению с физической активацией. Альтернативно может быть использована физическая активация.

В предпочтительных вариантах осуществления активированный уголь получают из композиции, которая содержит целлюлозный материал и активируемое связующее. Как используется в данном документе, «активируемое связующее» означает связующее, которое может быть обработано или переработано так, чтобы превратиться в активированный уголь. Таким образом, активируемое связующее вместе с целлюлозным материалом может быть активировано с получением активированного угля. Может быть использовано любое подходящее активируемое связующее. Активируемое связующее предпочтительно содержит лигнин, по существу состоит из него или состоит из него. Как используется в данном документе, «лигнин» включает лигнин в той форме, в которой он существует в природе, или производные формы лигнина, которые получают при извлечении лигнина из сырья, например, лигнофенол, лигноаминофенол и лигносульфонат.

Для получения активированного угля может быть использован любой подходящий целлюлозный материал в комбинации с активируемым связующим. Целлюлозный материал предпочтительно включает растительное сырье. Примеры подходящего растительного сырья включают шелуху кокосовых орехов, скорлупу кокосовых орехов, оливковые косточки, древесину, целлюлозные волокна и т.п. Примеры древесины, которая может быть использована, включают твердую древесину, мягкую древесину и отходы древесины. В вариантах осуществления для получения активированного угля используют комбинацию целлюлозных материалов. Комбинация целлюлозных материалов предпочтительно включает древесину, такую как древесные частицы, и растительный материал, такой как скорлупа или ядра. Весовое отношение древесины к растительному материалу может быть любым подходящим отношением, как, например, от 10:90 до 90:10.

Композиция для активации может содержать любое подходящее количество целлюлозного материала и активируемого связующего. Целлюлозный материал предпочтительно присутствует в композиции в количестве приблизительно 50% или более. Обычно целлюлозный материал будет присутствовать в композиции для активации в количестве менее чем приблизительно 99%. Более предпочтительно, целлюлозный материал присутствует в композиции, подлежащей активации, в количестве от приблизительно 65% по весу до приблизительно 95% по весу.

Активируемое связующее предпочтительно присутствует в композиции в количестве приблизительно 2% по весу или более. Более предпочтительно, активируемое связующее присутствует в композиции в количестве приблизительно 5% по весу или более. Обычно активируемое связующее будет присутствовать в композиции для активации в количестве менее чем приблизительно 50% по весу. Активируемое связующее предпочтительно присутствует в композиции для активации в количестве до приблизительно 35% по весу. Более предпочтительно, композиция, подлежащая активации, будет иметь от приблизительно 5% по весу до приблизительно 35% по весу активируемого связующего.

Если композицию для активации необходимо активировать химически, химически активируемая композиция может быть образована путем добавления одного или нескольких средств химической активации, таких как кислота, основание или соль, к композиции, содержащую целлюлозный материал и активируемое связующее. Примеры конкретных средств химической активации включают фосфорную кислоту, гидроксид калия, гидроксид натрия, хлорид кальция и хлорид цинка. Средство химической активации предпочтительно присутствует в количестве, достаточном для обеспечения химической активации целлюлозного материала и активируемого связующего. В вариантах осуществления одно или несколько средств химической активации составляют от приблизительно 25% по весу до приблизительно 75% по весу химически активируемой композиции.

Композицию, содержащую целлюлозный материал и активируемое связующее, независимо от того, является композиция химически активируемой композицией или нет, предпочтительно экструдируют перед активацией. Композицию можно экструдировать в виде пеллет любых подходящих форм или размеров. Композицию предпочтительно экструдируют во в целом цилиндрические пеллеты. Цилиндрические пеллеты могут иметь любые подходящие параметры. Цилиндрические пеллеты предпочтительно имеют диаметр от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 1 мм. Цилиндрические пеллеты предпочтительно имеют длину от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 10 мм. Более предпочтительно, цилиндрические пеллеты имеют длину от приблизительно 1 мм до приблизительно 5 мм.

К примеру, экструзия и химическая активация могут быть в целом выполнены согласно описанному в WO 2009/011590 под названием «ХИМИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ И СПОСОБЫ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ».

Активированный уголь предпочтительно не модифицируют после активации. Например, после активации на активированном угле не располагают покрытие или другой материал, который может оставить существенный остаток.

Активированный уголь согласно настоящему изобретению предпочтительно характеризуется меньшим проскоком частиц или пылеобразованием, чем получаемый из скорлупы кокосовых орехов активированный уголь, в настоящее время используемый в фильтрах для курительных изделий. Получаемый из скорлупы кокосовых орехов активированный уголь, используемый в настоящее время, обычно представляет собой гранулированный активированный уголь, имеющий номер сетки 30-70 (по стандарту США) (0,595 мм x 0,210 мм) и значение BET приблизительно 1100 м²/г. Как показано в примерах ниже, эталонный активированный уголь, получаемый из скорлупы кокосовых орехов, имеет плотность приблизительно 0,49 г/см³ и твердость по методу падающего бойка приблизительно 98%.

Активированный уголь, используемый в фильтрах согласно настоящему изобретению, характеризуется меньшим проскоком частиц или пылеобразованием, чем получаемый из скорлупы кокосовых орехов активированный уголь, активированный в той же степени, что и активированный уголь, используемый в фильтрах согласно настоящему изобретению. Для сведения, получаемый из скорлупы кокосовых орехов активированный уголь для сравнения с активированным углем согласно настоящему изобретению может быть таким же, как и стандартный активированный уголь, но с другим уровнем активации, соответствующим уровню активации активированного угля согласно настоящему изобретению. Например, то же сырье, которое используют для изготовления получаемого из скорлупы кокосовых орехов активированного угля, в настоящее время используемого в фильтрах курительных изделий, может быть активировано при другой температуре или в течение другого периода времени по сравнению с получаемым из скорлупы кокосовых орехов активированным углем, имеющим значение BET 1100 м²/г, но в иных отношениях активировано тем же способом, что и получаемый из скорлупы кокосовых орехов активированный уголь, в настоящее время используемый в фильтрах курительных изделий.

Проскок частиц может быть определен любым подходящим способом. Проскок частиц предпочтительно измеряют с помощью анализа сухой затяжки (без поджигания) на фильтре, содержащем активированный уголь. Проскок частиц анализируют, когда фильтр (необязательно включенный в состав курительного изделия) функционально соединен с курительной машиной, оснащенной счетчиком частиц, выполненным с возможностью обнаружения частиц в диапазоне размеров от приблизительно 0,3 мкм до приблизительно 10 мкм. Счетчик частиц предпочтительно представляет собой счетчик частиц, работающий по принципу рассеяния лазерного излучения, такой как счетчик частиц AEROTRAK®. Курительная машина предпочтительно выполнена с возможностью осуществления 12 затяжек по 55 мл в течение 2 секунд каждые 13 секунд на фильтр (необязательно включенный в состав курительного изделия). Результаты анализа проскока частиц предпочтительно усредняют по исследованиям ряда фильтров или курительных изделий, как, например, пяти или десяти, или более, фильтров или курительных изделий.

В анализе проскока частиц активированного угля в фильтре согласно настоящему изобретению можно провести сравнение с эталонным, получаемым из скорлупы кокосовых орехов, активированным углем следующим образом. Эталонный, получаемый из скорлупы кокосовых орехов, активированный уголь и активированный уголь согласно настоящему изобретению включают в состав испытываемых изделий, такие как испытываемые фильтры или изделия, содержащие испытываемые фильтры, которые по существу являются одним и тем же. Например, испытываемое изделие, имеющее эталонный, получаемый из скорлупы кокосовых орехов, активированный уголь, предпочтительно имеет такое же количество активированного угля (значения веса угля в двух испытываемых изделиях отличаются друг от друга не более чем на 5%). Эталонный активированный уголь включают в состав испытываемого изделия по существу таким же образом, как и активированный уголь согласно настоящему изобретению включают в соответствующее испытываемое изделие. Испытываемые изделия имеют конфигурацию «штранг-пространство-штранг», при этом уголь добавлен в пространство в фильтре.

Активированный уголь согласно настоящему изобретению предпочтительно характеризуется проскоком частиц, составляющим приблизительно 500 единиц или менее, при испытании способом, дающим для эталонного, получаемого из скорлупы кокосовых орехов, активированного угля приблизительно 580 единиц. Более предпочтительно, активированный уголь согласно настоящему изобретению характеризуется проскоком частиц, составляющим приблизительно 400 единиц или менее, при испытании способом, дающим для эталонного, получаемого из скорлупы кокосовых орехов, активированного угля приблизительно 580 единиц. Еще более предпочтительно, активированный уголь согласно настоящему изобретению характеризуется проскоком частиц, составляющим приблизительно 250 единиц или менее, при испытании способом, дающим для эталонного, получаемого из скорлупы кокосовых орехов, активированного угля приблизительно 580 единиц.

Длину, количество, плотность или состав фильтрующего материала, такого как целлюлозоацетатное волокно, в испытываемом изделии можно изменять, чтобы оказать влияние на проскок частиц эталонного, получаемого из скорлупы кокосовых орехов, активированного угля. Когда в эталонном испытываемом изделии достигнут желаемый проскок частиц, активированный уголь согласно настоящему изобретению можно испытать в по существу идентичном испытываемом изделии, чтобы определить, уменьшается ли проскок частиц активированного угля согласно настоящему изобретению по сравнению с проскоком частиц эталонного, получаемого из скорлупы кокосовых орехов, активированного угля.

Для проверки того, имеет ли фильтр или курительное изделие активированный уголь согласно настоящему изобретению, активированный уголь может быть удален из фильтра или курительного изделия и помещен в испытываемое изделие. Испытываемое изделие предпочтительно дает проскок частиц, составляющий приблизительно 580, с эталонным, получаемым из скорлупы кокосовых орехов, активированным углем. Активированный уголь можно удалить из фильтра или курительного изделия любым подходящим способом. Например, если фильтр представляет собой фильтр по типу «штранг-пространство-штранг», активированный уголь можно физически удалить из фильтра. В качестве дополнительного примера, если фильтр представляет собой целлюлозоацетатный фильтр по типу «уголь в волокне», фильтрующий материал можно растворить, например, в ацетоне, оставляя активированный уголь, который может быть высушен и включен в состав испытываемого изделия.

Желаемым считается любое уменьшение проскока частиц по сравнению с фильтрами, имеющими получаемый из скорлупы кокосовых орехов активированный уголь, в настоящее время используемый в курительных изделиях (номер сетки 30-70 по стандарту США (0,595 мм × 0,210 мм), значение BET 1100 м²/г).

При сравнении с фильтрами, имеющими эталонный активированный уголь, активированный в той же степени, что и активированный уголь в фильтрах согласно настоящему изобретению, фильтры согласно настоящему изобретению предпочтительно характеризуются уменьшением проскока частиц, составляющим 10% или более. Более предпочтительно, фильтры согласно настоящему изобретению предпочтительно характеризуются уменьшением проскока частиц, составляющим 50% или более, по сравнению с фильтрами, имеющими эталонный активированный уголь, активированный в той же степени. Еще более предпочтительно, фильтры согласно настоящему изобретению характеризуются уменьшением проскока частиц, составляющим 90% или более, по сравнению с фильтрами, имеющими эталонный активированный уголь, активированный в той же степени.

Активированный уголь для использования в фильтрах курительных изделий согласно настоящему изобретению может меть любое подходящее значение BET. Активированный уголь для использования в фильтрах курительных изделий согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет значение BET от приблизительно 1000 м²/г до приблизительно 2000 м²/г. Более предпочтительно, активированный уголь для использования в фильтрах курительных изделий согласно настоящему изобретению имеет значение BET от приблизительно 1200 м²/г до приблизительно 1800 м²/г. Еще более предпочтительно, активированный уголь для использования в фильтрах курительных изделий согласно настоящему изобретению имеет значение BET от приблизительно 1400 м²/г до приблизительно 1600 м²/г. Например, предпочтительный активированный уголь для использования в фильтрах курительных изделий согласно настоящему изобретению может иметь значение BET приблизительно 1500 м²/г.

Активированный уголь для использования в фильтрах или курительных изделиях согласно настоящему изобретению может меть любую подходящую твердость. Активированный уголь предпочтительно является не настолько твердым, чтобы повреждать оборудование для производства фильтров или оборудование для производства курительных изделий. Одной мерой, которую можно использовать для определения свойств твердости, является твердость по методу падающего бойка. Твердость по методу падающего бойка можно определить согласно ASTM D3802-10. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что твердость по методу падающего бойка может дать представление о том, насколько активированный уголь является устойчивым к разрушению частиц, причем активированный уголь, имеющий большую твердость по методу падающего бойка, склонен иметь повышенную устойчивость к истиранию. Твердость по методу падающего бойка является широко применяемым показателем для установления измеряемого свойства активированного угля, которое связано с пылеобразованием. В вариантах осуществления активированный уголь для использования в фильтрах или курительных изделиях согласно настоящему изобретению имеет твердость по методу падающего бойка, составляющую приблизительно 95% или более. Активированный уголь для использования в фильтрах или курительных изделиях согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет твердость по методу падающего бойка, составляющую приблизительно 97% или более или 98% или более. Более предпочтительно, активированный уголь для использования в фильтрах или курительных изделиях согласно настоящему изобретению имеет твердость по методу падающего бойка, составляющую приблизительно 99%. Будет понятно, что активированный уголь для использования в фильтрах или курительных изделиях согласно настоящему изобретению, как правило, будет иметь твердость по методу падающего бойка, составляющую менее 100%.

Активированный уголь для использования в фильтрах или курительных изделиях согласно настоящему изобретению может иметь любую подходящую плотность, определяемую согласно ASTM D-2854-09. Активированный уголь для использования в фильтрах курительных изделий согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет плотность от приблизительно 0,35 г/см³ до приблизительно 0,65 г/см³. Более предпочтительно, активированный уголь для использования в фильтрах курительных изделий согласно настоящему изобретению имеет плотность от приблизительно 0,4 г/см³ до приблизительно 0,60 г/см³. Например, предпочтительный активированный уголь для использования в фильтрах курительных изделий согласно настоящему изобретению может иметь плотность, составляющую приблизительно 0,42 г/см³.

Активированный уголь для использования в фильтрах согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет два или несколько из свойства предпочтительного проскока частиц, свойства предпочтительного значения BET, свойства предпочтительной твердости и свойства предпочтительной плотности, описанных выше. Активированный уголь для использования в фильтрах согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет по меньшей мере свойство предпочтительного проскока частиц, описанное выше, и свойство предпочтительного значения BET, описанное выше. Более предпочтительно, активированный уголь для использования в фильтрах согласно настоящему изобретению имеет три или более из предпочтительных свойств, описанных выше. Например, активированный уголь для использования в фильтрах согласно настоящему изобретению имеет свойство предпочтительного проскока частиц, описанное выше, и свойство предпочтительного значения BET, описанное выше, и свойство предпочтительной твердости, описанное выше. Еще более предпочтительно, активированный уголь для использования в фильтрах согласно настоящему изобретению имеет все четыре из свойства предпочтительного проскока частиц, свойства предпочтительной плотности, свойства предпочтительной твердости и свойства предпочтительного значения BET, описанных выше.

Активированный уголь может быть расположен в фильтре для курительного изделия любым подходящим образом. Например, активированный уголь может быть смешан с волокнистым фильтрующим материалом, расположен в пустом пространстве в фильтре или в комбинации смешан с волокнистым фильтрующим материалом и расположен в пустом пространстве в фильтре.

В некоторых вариантах осуществления активированный уголь предусмотрен в фильтре в конфигурации «штранг-пространство-штранг», где активированный уголь присутствует в пустом пространстве между двумя секциями материала штранга фильтра. Штранги секций фильтра в конфигурации «штранг-пространство-штранг» предпочтительно представляют собой штранги из целлюлозоацетатного волокна. В вариантах осуществления активированный уголь предусмотрен в конфигурации «уголь в волокне». Волокно предпочтительно представляет собой целлюлозоацетатное волокно. Независимо от конфигурации фильтра может быть желательным включение секции белого целлюлозоацетатного волокна в подносимый ко рту конец фильтра с эстетической целью или для удовлетворения ожиданий пользователя.

Любое подходящее курительное изделие может включать фильтр, имеющий активированный уголь, как описано в настоящем раскрытии, где фильтр расположен ниже курительного материала. Термин «курительное изделие» включает сигареты, сигары, сигариллы и другие изделия, в которых курительный материал, такой как табак, поджигается и сжигается с получением дыма. Термин «курительное изделие» также включает изделия, в которых курительный материал не сжигается, такие как, без ограничения, курительные изделия, в которых курительная композиция нагревается прямо или косвенно, или курительные изделия, в которых используются поток воздуха или химическая реакция при наличии или отсутствии источника тепла для доставки никотина или других материалов из курительного материала.

Все научные и технические термины, используемые в данном документе, имеют значения, обычно используемые в данной области техники, если не указано иное. Приводимые ниже определения предназначены для облегчения понимания некоторых терминов, часто используемых в данном документе.

Используемые в данном документе формы единственного числа включают варианты осуществления, имеющие ссылки на множественное число, если из содержания явно не следует иное.

Используемый в данном документе союз «или» обычно используется в своем значении, включающем «и/или», если из содержания явно не следует иное. Термин «и/или» означает один или все из перечисленных элементов или комбинацию любых двух или нескольких перечисленных элементов.

Используемые в данном документе выражения «иметь», «имеющий», «включать», «включающий», «содержать», «содержащий» или им подобные используются в своем широком смысле, и в целом означают «включающий без ограничения». Следует понимать, что выражения «состоящий по существу из», «состоящий из» и т.п. относятся к категории «содержащий» и т.п.

Слова «предпочтительный» и «предпочтительно» относятся к вариантам осуществления настоящего изобретения, которые могут дать определенные преимущества при определенных обстоятельствах. Тем не менее, другие варианты осуществления могут также быть предпочтительными при тех же или других обстоятельствах. Кроме того, перечисление одного или нескольких предпочтительных вариантов осуществления не подразумевает, что другие варианты осуществления не являются применимыми, и не предназначено для исключения других вариантов осуществления из объема настоящего раскрытия, в том числе формулы изобретения.

Фиг. 1-2 представляют собой схематические виды в перспективе вариантов осуществления частично развернутых курительных изделий. Курительные изделия, изображенные на фиг. 1-2, иллюстрируют варианты осуществления курительных изделий или компонентов курительных изделий, описанных выше. Схематические графические материалы не обязательно выполнены в масштабе и представлены для целей иллюстрации, а не ограничения. На графических материалах изображены один или несколько аспектов, описанных в настоящем раскрытии. Тем не менее, следует понимать, что другие аспекты, не изображенные в графических материалах, находятся в пределах объема и сущности настоящего раскрытия.

Как видно из фиг. 1, на ней изображено курительное изделие 10, в данном случае сигарета. Курительное изделие 10 содержит стержень 20, такой как табачный стержень, и фильтр 30 на конце, подносимом ко рту. Фильтр 30 включает сегмент 32 на конце, подносимом ко рту, такой как сегмент белого целлюлозоацетатного волокна, и расположенный выше сегмент 34 угля в волокне. Сегменты фильтра 32 и 34 представлены как разделенные с иллюстративной целью, но могут быть примыкающими. Аналогично, сегмент фильтра 34 и стержень 20 представлены как разделенные с иллюстративной целью, но могут быть примыкающими. Представленное курительное изделие 10 содержит фицеллу 60, сигаретную бумагу 40 и ободковую бумагу 50. В изображенном варианте осуществления фицелла 60 окружает по меньшей мере часть фильтра 30. Сигаретная бумага 40 окружает по меньшей мере часть стержня 20. Ободковая бумага 50 или другая подходящая обертка окружает фицеллу 60 и часть сигаретной бумаги 40, что общеизвестно из уровня техники.

На фиг. 2 проиллюстрирован вариант осуществления, в котором фильтр 30 находится в конфигурации «штранг 32-пространство 37-штранг 35». Активированный уголь (не показан) может занимать пустое пространство 37 между штрангами фильтра 32 и 35. На фиг. 2 сегмент фильтра 35 и стержень 20 представлены как разделенные для целей иллюстрации, но могут быть примыкающими. На фиг. 2 компоненты, обозначенные такими же номерами, что и компоненты, изображенные на фиг. 1, являются такими же, что и компоненты, обсуждаемые относительно фиг. 1 выше, или аналогичными им. Для тех компонентов, которые конкретно не обсуждаются относительно фиг. 2, делается ссылка на обсуждение выше относительно фиг. 1.

Неограничивающие примеры, иллюстрирующие активированный уголь, как описано выше, и фильтры и курительные изделия, имеющие такой активированный уголь, описаны ниже.

Примеры

В следующих примерах описано определение свойств активированного угля, полученного из различных источников, и функционирование некоторых видов активированного угля в фильтрах курительных изделий.

Активированный уголь, свойства которого определяются, включает получаемый из скорлупы кокосовых орехов активированный уголь, активированный до значения BET 1100 м²/г («GCN эталонный»), получаемый из скорлупы кокосовых орехов активированный уголь, активированный до значения BET 1400 м²/г («GCN экстра»), получаемый из древесины (сосновой) активированный уголь, активированный до значения BET 1200 м²/г («древесный»), получаемый из оливковых косточек активированный уголь, активированный до значения BET 1600 м²/г («из оливковых косточек»), и получаемый из древесины (древесина=активируемое связующее) экструдированный активированный уголь, активированный до значения BET 1500 м²/г («древесный экструдированный»).

Активированный уголь GCN эталонный был получен от Cabot-Norit путем активации паром. Активированный уголь GCN экстра был получен от Cabot-Norit путем активации паром. Древесный активированный уголь был получен от Cabot-Norit путем активации паром. Активированный уголь из оливковых косточек был получен от Cabot-Norit путем химической активации. Древесный экструдированный активированный уголь был получен от Cabot-Norit путем активации паром после выполнения способа экструзии.

Плотность, значение BET, номер сетки или диаметр и твердость по методу падающего бойка для каждого из материалов активированного угля были исследованы или получены из спецификаций производителя. Плотность определяли следующим образом. Вкратце, плотность определяли согласно ASTM D2854-09. Значение BET определяли с использованием изотермы адсорбции N₂ при -196ºC, получаемой на волюметрическом аппарате Autosorb-6B от Quantachrome, в целом согласно описанному в следующих источниках: (i) Gregg SJ, Sing KSW. Adsorption, Surface Science and Porosity. Academic Press, New York 1982; и (ii) Rouquerol F, Rouquerol J, Sing K. Adsorption by powders and porous solids. Principles, methodology and applications. Academic Press, 1999; (iii) Linares-Solano A, Salinas-Martínez de Lecea C, Alcañiz-Monge J, Cazorla-Amorós D. Further advances in the characterization of Microporous carbons by Physical adsorption of gases. Tanso 1998;185:316-25.

Твердость по методу падающего бойка определяли согласно ASTM D3802-10.

Результаты определения свойств активированного угля представлены в таблице 1 ниже.

Таблица 1
Определение свойств активированного угля Активированный уголь Плотность (г/см³) Значение BET (м²/г) Номер сетки (по стандарту США) Твердость по методу падающего бойка (%) Тип GCN эталонный 0,49 1100 30×70 (0,595 мм × 0,210 мм) 98 Гранулы GCN экстра 0,39 1400 30×70 (0,595 мм × 0,210 мм) 98 Гранулы Древесный 0,35 1200 30×70 (0,595 мм × 0,210 мм) 98 Гранулы Древесный экструдированный 0,42 1500 Диаметр 0,8 мм, длина 2-4 мм 98 Цилиндры Из оливковых косточек 0,32 1600 30×70 (0,595 мм × 0,210 мм) 75 Гранулы

Типичные изображения используемых гранул или цилиндров активированного угля показаны на фиг. 3. Как показано на фиг. 3, относительные величины наблюдаемого пылеобразования были следующими: из оливковых косточек ≈ GCN экстра > древесный > GCN эталонный >> древесный экструдированный.

Эксперименты по проскоку частиц и адсорбции составляющих дыма выполняли на фильтрах сигарет, в которых фильтры содержали активированный уголь. Активированный уголь был включен в пустое пространство фильтра в конфигурации «штранг-пространство-штранг» или был включен в состав фильтра в конфигурации «уголь в волокне». В конфигурации «уголь в волокне» фильтр содержал секцию белого целлюлозоацетатного волокна на 7 мм на подносимом ко рту конце, примыкающую к секции целлюлозоацетатного волокна на 20 мм, в состав которой было включено 60 мг активированного угля. В конфигурации «штранг-пространство-штранг» фильтр содержал секцию целлюлозоацетатного волокна на 11 мм на подносимом ко рту конце и секцию целлюлозоацетатного волокна 11 мм на стержневом конце. Секция на подносимом ко рту конце и секция на стержневом конце были разделены промежутком длиной 5 мм, в пустое пространство которого было помещено 110 мг активированного угля.

Фильтры, содержащие активированный уголь, были включены в состав прототипов сигарет, имеющих табачный стержень длиной 57 мм, содержащий приблизительно 700 мг табака. Также была исследована контрольная сигарета, имеющая фильтр из целлюлозоацетатного волокна на 27 мм.

Для исследования проскока частиц сигареты были функционально соединены с курительной машиной, функционально соединенной с счетчиком частиц AEROTRAK, работающим по принципу рассеяния лазерного излучения, выполненным с возможностью обнаружения частиц в диапазоне размеров от 0,3 микрометра до 10 микрометров. Машина осуществляла сухие затяжки (без поджигания) сигарет в виде 12 затяжек по 55 мл в течение 2 секунд каждые 13 секунд. Результаты были усреднены для десяти сигарет для каждой испытываемой конструкции фильтра.

Для анализа выхода составляющих дыма сигареты исследовали согласно CRM № 70 «Определение отдельных летучих органических соединений во вдыхаемом дыме сигарет способ газовой хроматографии-масс-спектрометрии» и CRM № 74 «Определение отдельных карбонильных соединений во вдыхаемом дыме сигарет с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC)» (способы Coresta). Были оценены выходы ацетальдегида, акролеина, формальдегида, бензола и бутадиена.

Результаты экспериментов по проскоку частиц показаны на фиг. 4-5. На фиг. 4 показаны результаты для конфигураций «уголь в волокне». Число частиц для древесного активированного экструдированного угля было приблизительно равно числу частиц для эталонного белого целлюлозоацетатного фильтра (приблизительно 20 единиц в каждом случае), при этом для GCN эталонного оно было немного более высоким (приблизительно 22 единицы). Число частиц для древесного активированного угля и активированного угля из оливковых косточек было значительно более высоким, составляя от 100 до 200 единиц. Для более высокоактивированного получаемого из скорлупы кокосовых орехов активированного угля (GCN экстра) показатель был существенно более высоким, чем для любого другого исследуемого активированного угля, при общем числе частиц, составляющем примерно 350. Как показано на фиг. 4, фильтры, имеющие активированный уголь, получаемый из целлюлозного материала и связующего (древесный экструдированный), характеризовались меньшим проскоком частиц, чем активированный уголь (GCN эталонный), в настоящее время используемый в фильтрах курительных изделий, и существенно меньшим, чем получаемый из скорлупы кокосовых орехов активированный уголь (GCN экстра), активированный в аналогичной степени.

На фиг. 5 показаны результаты анализа проскока частиц для конфигураций «штранг-пространство-штранг». Как показано на фиг. 5, проскок частиц, как правило, является более высоким в конфигурациях фильтра «штранг-пространство-штранг», чем в конфигурациях «уголь в волокне». В конфигурации «штранг-пространство-штранг» проскок частиц для древесного экструдированного активированного угля был большим, чем для контрольного белого фильтра, тогда как в конфигурации «уголь в волокне» между ними двумя не наблюдалось различий. В конфигурации «штранг-пространство-штранг» древесный экструдированный активированный уголь функционировал существенно лучше (имел меньший проскок частиц), чем GCN эталонный (соответственно приблизительно 190 против приблизительно 590).

На фиг. 6-7 проиллюстрирована способность фильтров с активированным углем GCN эталонным и древесным адсорбировать различные составляющие дыма в конфигурации «штранг-пространство-штранг» (фиг. 6) и способность фильтров с активированным углем GCN эталонным и древесным экструдированным адсорбировать различные составляющие дыма в конфигурации «уголь в волокне» (фиг. 7) по сравнению с эталонными фильтрами из белого целлюлозоацетатного волокна. Как показано как на фиг. 6, так и на фиг. 7, сигареты, имеющие активированный уголь в фильтрах, были способны лучше снижать количества различных составляющих дыма, чем фильтры без активированного угля (белые эталонные). На фиг. 6 и 7 также выявлено, что древесный экструдированный активированный уголь функционирует приблизительно так же хорошо, как и древесный активированный уголь. Такой вывод можно сделать потому, что древесный активированный уголь на фиг. 6 функционировал приблизительно так же хорошо, как и GCN эталонный на фиг. 6, а древесный экструдированный активированный уголь на фиг. 7 функционировал приблизительно так же хорошо, как и GCN эталонный на фиг. 7. Соответственно можно считать, что древесный и древесный экструдированный активированный уголь функционируют сходным образом (поскольку оба функционируют сходным образом с GCN эталонным). Соответственно, наличие связующего и экструзии, по-видимому, не оказывает отрицательного влияния на способность древесного экструдированного активированного угля к адсорбции составляющих дыма.

Изобретение относится к активированному углю, подходящему для курительных изделий, и к фильтрам, содержащим такой активированный уголь, и к связанным курительным изделиям. Способ изготовления фильтра для курительного изделия или курительного изделия с фильтром включает получение материала активированного угля, образуемого способом, который включает физическую активацию композиции, содержащей целлюлозный материал и добавленное активируемое связующее; получение фильтрующего материала для применения в курительном изделии и объединение материала активированного угля и фильтрующего материала с образованием фильтра для курительного изделия. Техническим результатом изобретения является уменьшение уровня пыли и проскока частиц активированного угля. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 7 ил.

1. Способ изготовления фильтра для курительного изделия или курительного изделия с фильтром, включающий:

получение материала активированного угля, образуемого способом, который включает физическую активацию композиции, содержащей целлюлозный материал и добавленное активируемое связующее;

получение фильтрующего материала для применения в курительном изделии и

объединение материала активированного угля и фильтрующего материала с образованием фильтра для курительного изделия.

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий включение образованного фильтра в состав курительного изделия.

3. Способ по п. 1 или 2, где материал активированного угля представляет собой экструдированный материал активированного угля.

4. Способ по п.1 или 2, где активируемое связующее содержит соединение лигнина.

5. Способ по п.1 или 2, где целлюлозный материал содержит одно или несколько из древесины и оливковых косточек.

6. Применение материала активированного угля, образованного путем физической активации композиции, содержащей целлюлозный материал и добавленное активируемое связующее, в изготовлении курительного изделия.

7. Применение по п. 6, где материал активированного угля представляет собой экструдированный материал активированного угля.

8. Применение по п. 6 или 7, где активируемое связующее содержит соединение лигнина.

9. Применение по п. 6 или 7, где целлюлозный материал содержит одно или несколько из древесины и оливковых косточек.

10. Курительное изделие, имеющее низкие уровни проскока частиц, содержащее:

курительный материал и

фильтр, содержащий материал активированного угля, расположенный ниже курительного материала, при этом материал активированного угля имеет значение BET от 1000 до 2000 м²/г и твердость по методу падающего бойка, составляющую более чем приблизительно 95%,

где материал активированного угля образован способом, который включает физическую активацию композиции, содержащей целлюлозный материал и добавленное активируемое связующее.

11. Курительное изделие по п. 10, где материал активированного угля имеет значение BET от приблизительно 1200 м²/г до приблизительно 1800 м²/г.

12. Курительное изделие по п. 10 или 11, где материал активированного угля характеризуется по меньшей мере приблизительно 10% уменьшением проскока частиц по сравнению с гранулированным активированным углем из скорлупы кокосовых орехов, активированным в той же степени.

13. Курительное изделие по п.10 или 11, где на материале активированного угля не расположены покрытие или остаток.

14. Курительное изделие по п.10 или 11, где материал активированного угля представляет собой экструдированный материал активированного угля.

15. Курительное изделие по п.10 или 11, где материал активированного угля содержит целлюлозный материал и активируемое связующее.