(57)【要約】【課題】シガレット煙中のアルデヒド類と、ケトン類と、ニトリル類とを選択的かつ効果的に除去し得るシガレットフィルタ用活性炭およびかかる活性炭を含むフィルタを備えたフィルタ付シガレットを提供すること。【解決手段】無機酸で処理した活性炭からなるシガレットフィルタ用活性炭。フィルタ付シガレットは、そのフィルタが該活性炭を含む。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機酸で処理された活性炭からなることを特徴とするシガレットフィルタ用活性炭。
【請求項２】
前記無機酸が、硝酸であることを特徴とする請求項１に記載のシガレットフィルタ用活性炭。
【請求項３】
活性炭による温度２９８Ｋの水の吸着等温線からＤｕｂｉｎｉｎ−Ａｓｔａｋｈｏｖ式により求めた吸着特性エネルギーが１０００ｋＪ／ｇ以上、２３００ｋＪ／ｇ未満の活性炭からなることを特徴とするシガレットフィルタ用活性炭。
【請求項４】
前記吸着特性エネルギーが、１０００〜２０００ｋＪ／ｇであることを特徴とする請求項３に記載のシガレットフィルタ用活性炭。
【請求項５】
親水性官能基を１０〜４０ミリモル／グラムの割合で含む活性炭からなることを特徴とするシガレットフィルタ用活性炭。
【請求項６】
シガレット本体と、前記シガレット本体の一端に設けられたフィルタとを備え、前記フィルタが、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシガレットフィルタ用活性炭を含むことを特徴とするフィルタ付シガレット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シガレットフィルタ用活性炭およびフィルタ付シガレットに関する。
【背景技術】
【０００２】
シガレット煙中の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を除去するために、シガレットフィルタには、主として、炭化、賦活された活性炭が添加されている。活性炭は、アルデヒド、ケトン、ニトリル類等の吸着除去に有効であるが、その吸着現象は物理吸着が主体であるため、シガレット煙中のＶＯＣをほぼ無差別に吸着する。そのため、香喫味成分までも活性炭により吸着され、シガレットの香喫味が損なわれるという問題が生じている。
【０００３】
そこで、シガレット煙中の有害成分を選択的に除去し得る活性炭の研究が行われている。例えば、特許文献１には、特定の活性炭素材に特定の脂肪族第１級または第２級アミンを添着させたアルデヒド類の吸着剤が開示されている。しかしながら、従来の活性炭系タバコフィルタ用吸着剤は、シガレット煙中のアルデヒド類と、ケトン類と、ニトリル類とを選択的かつ効果的に除去し得るものではなかった。
【特許文献１】特開昭６３−２４４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明は、シガレット煙中のアルデヒド類と、ケトン類と、ニトリル類とを選択的かつ効果的に除去し得るシガレットフィルタ用活性炭およびかかる活性炭を含むフィルタを備えたフィルタ付シガレットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の側面によると、無機酸で処理された活性炭からなることを特徴とするシガレットフィルタ用活性炭が提供される。本発明の第２の側面によると、温度２９８Ｋの水の吸着等温線から求めた吸着特性エネルギーが１０００ｋＪ／ｇ以上、２３００ｋＪ／ｇ未満の活性炭からなることを特徴とするシガレットフィルタ用活性炭が提供される。また、本発明の第３の側面によると、親水性官能基を１０〜４０ミリモル／グラムの割合で含む活性炭からなることを特徴とするシガレットフィルタ用活性炭が提供される。さらに、本発明の第４の側面によると、シガレット本体と、前記シガレット本体の一端に設けられたフィルタとを備え、前記フィルタが、本発明のシガレットフィルタ用活性炭を含むことを特徴とするフィルタ付シガレットが提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、シガレット煙中のアルデヒド類と、ケトン類と、ニトリル類とを選択的かつ効果的に除去し得るシガレットフィルタ用活性炭およびかかる活性炭を含むフィルタを備えたフィルタ付シガレットが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００８】
本発明は、無機酸で処理された活性炭からなることを特徴とするシガレットフィルタ用活性炭を提供する。
【０００９】
本発明において、原料となる活性炭は、その由来、形状に特に制限はない。粒状、球状、繊維状の活性炭を用いることができる。
【００１０】
活性炭を処理する無機酸は、処理により活性炭に親水性を付与し得るものであり、例えば、液相処理には、硝酸、硫酸、塩酸、過酸化水素水等を用いることができ、気相処理にはオゾンをも用いることができる。
【００１１】
液相処理では、原料活性炭を無機酸中に入れ、室温（２０℃）から無機酸の沸点までの温度で攪拌することにより、活性炭を処理することができる。気相処理では、気相にある無機酸を活性炭に接触させることにより、活性炭を処理することができる。
【００１２】
液相の無機酸の濃度に特に制限はないが、硝酸としては、０．１Ｎ〜１Ｎの濃度の硝酸を用いることが特に好ましい。
【００１３】
上記無機酸による処理により、活性炭による温度２９８Ｋの水の吸着等温線からＤｕｂｉｎｉｎ−Ａｓｔａｋｈｏｖ式により求めた吸着特性エネルギーＥが１０００ｋＪ／ｇ以上、２３００ｋＪ／ｇ未満の活性炭が得られる。吸着特性エネルギーＥは、１０００〜２０００ｋＪ／ｇであることが好ましい。
【００１４】
吸着特性エネルギーＥは、活性炭表面の親水性の指標であり、その値が大きくなるほど親水性が高いことを示すものである。吸着特性エネルギーＥは、上に述べたように、活性炭による温度２９８Ｋの水の吸着等温線からＤｕｂｉｎｉｎ−Ａｓｔａｋｈｏｖ式により求められるものであり、Ｄｕｂｉｎｉｎ−Ａｓｔａｋｈｏｖ式は、
ｌｏｇＷ＝ｌｏｇＷ0−２．３０３m-1（ＲＴ／Ｅ）mｌｏｇm（Ｐ0／Ｐ）
（ここで、Ｒは、気体定数（８．３１４５１Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）、Ｔは、吸着温度（２９８Ｋ）、Ｐ0は、飽和蒸気圧（３．１８０ｋＰａ）、Ｐは、吸着圧、ｍは、吸着剤指数（定数であり、通常２〜６）、Ｗは、相対圧Ｐ／Ｐ0のときに満たされているミクロ孔の容積（ｃｃ／ｇ）、Ｗ0は、全ミクロ孔容積（ｃｃ／ｇ））で示される。ここで、活性炭による２９８Ｋの水の吸着等温線は、例えば、ＢＥＬｓｏｒｐ−１８（日本ベル社製）を用いて求めることができる。また、全ミクロ孔容積は、例えば、Ａｕｔｏｓｏｒｂ−１−ＭＰ（Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ社製）に付属しているソフトウェアにより密度関数理論（ＤＦＴ）法で解析することによって求めることができる。
【００１５】
また、上記無機酸による処理により、親水性官能基を１０〜４０ミリモル／グラムの割合で含む活性炭が得られる。ここで、親水性官能基の含有率は、ＢＥＬ−ＣＡＴ−Ｓ（日本ベル社製）を用い、活性炭を、ヘリウム雰囲気下、５Ｋ／分の昇温速度で２９８Ｋから６７３Ｋまで加熱した際に発生する一酸化炭素（ＣＯ）および二酸化炭素（ＣＯ2）をＴＣＤ検出器（ＨＯＲＩＢＡ製）で定量し、一酸化炭素量（重量）をヒドロキシル基量（重量）として換算し、二酸化炭素量（重量）をカルボキシル基量（重量）として換算し、両換算値を合算することによって得ることができる。
【００１６】
本発明に従う無機酸による処理では、原料活性炭の物理的構造特性、特にＢＥＴ比表面積、細孔径分布が、当該処理後も実質的に維持される。すなわち、原料活性炭のＢＥＴ比表面積は、無機酸による処理後でも、その８５％以上の値を示し、細孔径分布の傾向は、処理の前後で同様である。ここで、ＢＥＴ比表面積は、例えば、活性炭による温度７７Ｋでの窒素吸着等温線を、Ａｕｔｏｓｏｒｂ−１−ＭＰ（Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ社製）を用いて求め、その窒素吸着等温線を用いて、相対圧Ｐ／Ｐ0＝０．０１〜０．１間でのＭｕｌｔｉＰｏｉｎｔＢＥＴ法により算出したものである。また、細孔径分布は、上記活性炭による温度７７Ｋでの窒素吸着等温線を用い、上記Ａｕｔｏｓｏｒｂ−１−ＭＰに付属しているソフトウェアによりＤＦＴ法で解析して得たものである。
【００１７】
本発明によるフィルタ付シガレットは、シガレット本体と、シガレット本体の一端に設けられたフィルタとを備える。フィルタは、上記本発明のシガレットフィルタ用活性炭を含む。本発明のフィルタ付シガレットは、活性炭として本発明の活性炭を用いる以外は、通常のチャコールフィルタ付シガレットと同様の構造を有する。フィルタは、例えば、本発明の活性炭を分散させたセルロースアセテート繊維トウからなる単一フィルタ構造、または本発明の活性炭を分散させたセルロースアセテート繊維トウからなるフィルタセクションと、その後段に設けられた、セルロースアセテート繊維トウからなるプレーンフィルタセクションとからなるデュアルフィルタ構造を取ることができる。また、フィルタは、空隙を隔てて設けられた２つのプレーンフィルタセクションからなり、その空隙に本発明の活性炭を充填することによって構成することもできる。フィルタに含まれる本発明の活性炭は、シガレット１本につき、３０〜５０ｍｇの割合で用いることが好ましい。
【００１８】
本発明の活性炭は、原料活性炭の物理的構造特性、特にＢＥＴ比表面積および細孔径分布を維持しながら、シガレット煙中のアルデヒド類と、ケトン類と、ニトリル類とを選択的かつ効果的に除去し得る。いいかえると、本発明の活性炭は、原料活性炭の全体的な吸着能を実質的に維持しながら、そのアルデヒド類、ケトン類およびニトリル類に対する吸着能が向上しているものである。したがって、通常の活性炭を用いた場合のシガレットの香喫味の低下を有意に抑制することができる。
【実施例】
【００１９】
次に、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
【００２０】
実施例１
（Ａ）ヤシガラ活性炭を、０．１Ｎ硝酸、１Ｎ硝酸または３Ｎ硝酸中に入れ、温度３７３Ｋで硝酸が活性炭による吸収と蒸発によりすべて消失するまで攪拌した後、活性炭を取り出し、余剰の硝酸を除去するために、ヘリウム雰囲気下、温度６７３Ｋで２時間加熱した。
【００２１】
（Ｂ）原料のヤシガラ活性炭（未処理活性炭）と、０．１Ｎ硝酸、１Ｎ硝酸および３Ｎ硝酸で処理したヤシガラ活性炭による温度７７Ｋでの窒素吸着等温線を、Ａｕｔｏｓｏｒｂ−１−ＭＰ（Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ社製）を用いて求めた。得られた窒素吸着等温線を図１に示す。図１に示すように、０．１Ｎ〜１Ｎの硝酸で処理したヤシガラ活性炭は、未処理ヤシガラ活性炭に比べ、吸着量は向上するが、３Ｎ硝酸で処理したヤシガラ活性炭は吸着量が減少する。
【００２２】
（Ｃ）各活性炭について、図１に示す窒素吸着等温線を用いて、相対圧Ｐ／Ｐ0＝０．０１〜０．１間でのＭｕｌｔｉＰｏｉｎｔＢＥＴ法により算出したＢＥＴ比表面積を表１に示す。
【００２３】
【表１】
2010193718.tif 000002
【００２４】
表１に示すように、ＢＥＴ比表面積は、０．１Ｎ〜１Ｎの硝酸で処理したヤシガラ活性炭では、未処理活性炭と実質的に同じ（未処理活性炭の比表面積の８５％以上を維持）であるのに対し、３Ｎ硝酸で処理したヤシガラ活性炭では、未処理活性炭の比表面積より大きく減少している。
【００２５】
（Ｄ）また、各活性炭について、図１に示す窒素吸着等温線を用いて、上記Ａｕｔｏｓｏｒｂ−１−ＭＰに付属しているソフトウェアにより密度関数理論（ＤＦＴ法）で解析した細孔分布（ＤＦＴ細孔分布）を図２に示す。図２において、線ａは、未処理活性炭、線ｂは、０．１Ｎ硝酸処理活性炭、線ｃは、１Ｎ硝酸処理活性炭、線ｄは、３Ｎ硝酸活性炭についてのものである。図２に示すように、硝酸による処理の有無にかかわらず、ミクロ細孔（直径２ｎｍ以下）の分布の傾向は、同様である。
【００２６】
（Ｅ）次に、未処理活性炭、および硝酸処理活性炭の親水性官能基含有率を測定した。その測定には、ＢＥＬ−ＣＡＴ−Ｓ（日本ベル社製）を用い、各活性炭を、ヘリウム雰囲気下、５Ｋ／分の昇温速度で２９８Ｋから６７３Ｋまで加熱した際に発生する一酸化炭素（ＣＯ）および二酸化炭素（ＣＯ2）ＴＣＤ検出器（ＨＯＲＩＢＡ製）で定量し、一酸化炭素量（重量）をヒドロキシル基量（重量）として換算し、二酸化炭素量（重量）をカルボキシル基量（重量）として換算した。結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
表２に示すように、未処理活性炭には親水性官能基はほとんど含まれておらず、他方硝酸で処理した活性炭は、酸強度が高いほど、親水性官能基の含有率が増加している。
【００２９】
（Ｆ）また、各活性炭について、２９８Ｋの水の吸着等温線を、ＢＥＬｓｏｒｐ−１８（日本ベル社製）を用いて求めた。結果を図３に示す。図３に示すように、硝酸の強度が高いほど、より低い相対圧で吸着等温線が立ち上がり、親水性が増大する。
【００３０】
（Ｇ）また、各活性炭について、吸着特性エネルギーＥを、図３に示す水の吸着等温線より、上記Ｄｕｂｉｎｉｎ−Ａｓｔａｋｈｏｖ式にて算出した。結果を表３に示す。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
表３に示す結果からも、硝酸の強度が高いほうが、親水性が増大することがわかる。
【００３３】
実施例２
実施例１で調製した各活性炭によるシガレット煙中成分の吸着率を測定した。この測定に用いた試験シガレット試料１０の概略を図４に示す。図４に示すように、シガレット試料１０は、日本たばこ産業（株）製マイルドセブンスーパーライトのシガレット本体１１を有する。シガレット本体１１の一端には、フィルタ１２がチップペーパー１３により取り付けられている。フィルタ１２は、シガレット本体１１の端に接した第１のプレーンフィルタセクション１２１と、第１のプレーンフィルタセクション１２１から空隙１２３を隔てて設けられた第２のプレーンフィルタ１２２からなる。第１および第２のプレーンフィルタセクションは、それぞれ、断面Ｙ型で、５．０デニール、総繊維度３５０００のセルロースアセテートトウからなり、長さは５．０ｍｍである。チップペーパー１３には、ベンチレーション孔は設けられていない。空隙１２３には、各活性炭１２４を５０ｍｇ充填した。また、対照シガレット試料として、第１および第２のプレーンフィルタを直接接して設けた以外は試験シガレット試料１０と同様の構成を有するシガレット（活性炭なし）を作製した。
【００３４】
各シガレット試料を用いて、定容量型自動喫煙器（ボルグワルド社製）により、吸引流量１７．５ｍＬ／秒、喫煙時間２秒／回、喫煙頻度１回／分の条件で吸煙を行い、フィルタ１２を通過したシガレット主流煙を、ガラス繊維フィルタ（ケンブリッジフィルタ）に通じ、その煙をアルミニウム製バッグ（容量３Ｌ）に捕集し、ＶＯＣをＧＣ−ＦＩＤ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製）で測定した。シガレット試料の喫煙頻度は７回とした。
【００３５】
活性炭によるシガレット主流煙中成分の吸着率を、ＧＣ−ＦＩＤの面積値を定量して以下の式より求めた。  
吸着率＝（各成分における試験シガレット試料の７回吸煙の面積値の合計）／（各成分における対照シガレット試料の７回吸煙の面積値の合計）
結果を表４に示す。また、表４に示す結果をグラフにして図５に示す。さらに、表４に示す吸着率を、活性炭の性能の比較の基準としてケトン類の吸着率を１．００としたときの各成分の吸着率の比を表５に示し、その吸着率比をグラフにして図６に示す。図５および図６において、棒グラフＡは、未処理活性炭についてのものであり、棒グラフＢは、０．１Ｎ硝酸処理活性炭についてのものであり、棒グラフＣは、１Ｎ硝酸処理活性炭についてのものであり、棒グラフＤは、３Ｎ硝酸処理活性炭についてのものである。
【００３６】
【表４】
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【００３７】
【表５】
2010193718.tif 000006
【００３８】
これらの結果からわかるように、活性炭を硝酸で処理することにより、シガレット主流煙中の代表的な嫌気、有害成分であるアルデヒド類、ケトン類およびニトリル類を選択的が除去される一方、飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類の除去は抑制される。
【００３９】
特に、硝酸の濃度が０．１Ｎ〜１Ｎであれば、未処理活性炭と同量で、アルデヒド類、ケトン類、ニトリル類のみを、未処理活性炭を同程度で除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】種々の活性炭による温度７７Ｋでの窒素吸着等温線を示すグラフ。
【図２】種々の活性炭のＤＦＴ細孔分布を示すグラフ。
【図３】種々の活性炭による２９８Ｋの水の吸着等温線を示すグラフ。
【図４】試験シガレット試料を示す概略断面図。
【図５】種々の活性炭によるシガレット主流煙中成分の吸着率を示すグラフ。
【図６】ケトン類の吸着率を１．００としたときの、種々の活性炭によるシガレット主流煙中成分の吸着率比を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４１】
１０…試験シガレット試料
１１…シガレット本体
１２…フィルタ
１２１…第１のプレーンフィルタセクション
１２２…第２のプレーンフィルタセクション
１２３…空隙
１２４…活性炭
１３…チップペーパー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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