(57)【要約】  本発明は、触媒組成物、触媒組成物を導入している製造品および触媒組成物の製造方法を提供する。触媒組成物は、支持体および超微粒子を含む。開示されている製造品としては、ガスマスクまたは喫煙製品において利用されるようなフィルター装置が挙げられる。また、本発明の触媒組成物を含む喫煙製品も開示されている。
2007519507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体および超微粒子を含む触媒組成物。
【請求項２】
前記支持体が、金属酸化物、セラミック、金属、合金、ゼオライト、ポリマー、炭素含有材料またはこれらの混合物を含む請求項１に記載の触媒組成物。
【請求項３】
前記超微粒子が、金、銅、銀、白金、パラジウム、ロジウム、ニッケルおよびその他の遷移金属、鉄、貴金属の合金、金属酸化物、ならびにこれらの混合物を含む請求項１に記載の触媒組成物。
【請求項４】
エアロゾル発生材料のロッド、
前記ロッドの第一端部に組み合わさったフィルター要素、および
超微粒子を含む少なくとも１つの触媒組成物
を含み、
前記少なくとも１つの触媒組成物は、１５０Ｃより低い温度で一酸化炭素を二酸化炭素に転換するために作用する喫煙製品。
【請求項５】
前記触媒組成物が、前記フィルター要素内に配置される請求項４に記載の喫煙製品。
【請求項６】
前記フィルター要素が、炭素を含む請求項５に記載の喫煙製品。
【請求項７】
前記フィルター要素が、吸着剤を更に含む請求項６に記載の喫煙製品。
【請求項８】
前記触媒組成物が、前記エアロゾル発生材料のロッド内に配置されている請求項４に記載の喫煙製品。
【請求項９】
熱源を更に含む請求項４に記載の喫煙製品。
【請求項１０】
前記触媒組成物が、前記熱源に隣接して配置されている請求項９に記載の喫煙製品。
【請求項１１】
前記触媒組成物が、前記フィルター要素中に配置されている請求項９に記載の喫煙製品。
【請求項１２】
前記触媒組成物が、少なくとも１つの支持体上に配置されている複数の超微粒子を含む請求項４に記載の喫煙製品。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの支持体が、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはこれらの混合物の少なくとも１つを含む請求項１２に記載の喫煙製品。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの支持体が、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を含む請求項１３に記載の喫煙製品。
【請求項１５】
前記超微粒子が、貴金属を含む請求項１３に記載の喫煙製品。
【請求項１６】
前記貴金属が、約１００ｎｍまでの平均粒径を有する請求項１５に記載の喫煙製品。
【請求項１７】
前記貴金属が、約１０ｎｍまでの平均粒径を有する請求項１６に記載の喫煙製品。
【請求項１８】
前記貴金属が、約２から約４ｎｍの平均粒径を有する請求項１７に記載の喫煙製品。
【請求項１９】
喫煙製品のフィルター要素中に少なくとも１つの触媒組成物を導入する工程を含み、前記少なくとも１つの触媒組成物が、少なくとも１つの支持体、および前記少なくとも１つの支持体上に配置されている複数の超微粒子を含む、前記喫煙製品において一酸化炭素の二酸化炭素への転換を促進する方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの支持体が、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはこれらの混合物の少なくとも１つを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの支持体が、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記超微粒子が、金を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
請求項１に記載の触媒組成物を含む製造品。
【請求項２４】
請求項１に記載の触媒組成物を含むフィルター要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、触媒組成物に関し、更に詳しくは、超微粒子を含む触媒組成物に関する。本発明の実施形態は、エアロゾル／気体媒体における反応を触媒することにおいて有用である。一実施形態において、触媒組成物は、紙巻きタバコの煙において、気相成分、例えば、一酸化炭素の量を低減させるために、喫煙製品において利用し得る。
【背景技術】
【０００２】
「触媒」という用語は、反応体に対して通常少量使用され、プロセス中で消費されずに反応速度を増加させる物質を定義するために一般に使用される。触媒は、プロセス化学において広く利用されており、気体流またはエアロゾルにおいて起る反応を触媒するために使用されてきた。触媒組成物は、喫煙製品を通して流れるエアロゾル／気体流における反応を触媒するために、喫煙製品において使用されてきた。
【０００３】
紙巻きタバコは、様々な形態におけるタバコを使用する、普及している喫煙製品である。紙巻きタバコおよび様々なその成分についての記述は、Ｔｏｂａｃｃｏ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｄａｖｉｓら（編）（１９９９）において示されている。
【０００４】
紙巻きタバコは、一般に、実質的に円筒形のロッド形状構造を含み、包装紙により囲まれた刻みタバコ（例えば、切断充填物形態における）等の喫煙に適した材料の充填物、ロールまたはカラムを含み、所謂「タバコロッド」を形成する。通常、紙巻きタバコは、タバコロッドと端同士を合わせて一列にそろえた円筒形フィルター要素を有する。通常は、フィルター要素は、プラグラップで囲んだ酢酸セルロースのトウを含み、周囲を囲む先端部材料を使用してタバコロッドにくっつけられる。先端部材料およびプラグラップに孔を開けることにより、吸い込んだ主流煙を周囲空気で希釈することも望ましいことになっている。
【０００５】
紙巻きタバコおよび紙巻きタバコに似たタバコ製品は、その一端に火を付け、タバコロッドを燃焼させるか、または、熱源を発火させて、エアロゾル発生ロッドにおける成分をエアロゾル化することによって喫煙者により使用される。次いで、喫煙者は、紙巻きタバコの反対の端部（即ち、フィルター末端）に吸い込むことによって主流煙を口内に受け容れる。
【０００６】
炭素質成分を採用する多くの紙巻きタバコおよび紙巻きタバコ型喫煙製品が提案されている。そのような喫煙製品の例は、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願第１０／３８２２４４号、名称“Ｓｍｏｋｉｎｇ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ”（２００３年３月５日出願）において示されている。炭素質燃焼性材料成分を有する紙巻きタバコは、レイノルド社（Ｒ．Ｊ．Ｒｅｙｎｏｌｄｓ  Ｔｏｂａｃｃｏ  Ｃｏｍｐａｎｙ）から、ＰｒｅｍｉｅｒおよびＥｃｌｉｐｓｅの商標で販売されてきた。また、触媒材料を、ある種の喫煙製品の炭素質燃焼性材料成分の中に導入することも提案されてきた。例えば、米国特許第５０４０５５１号明細書（Ｓｃｈｌａｔｔｅｒら）；第５２１１６８４号明細書（Ｓｈａｎｎｏｎら）；第５２４００１４号明細書（Ｄｅｅｖｉら）；および第５２５８３４０号明細書（Ａｕｇｕｓｔｉｎｅら）を参照されたい。これらの特許のそれぞれの開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００７】
触媒は、紙巻きタバコの煙の化学成分を変更するために、紙巻きタバコにおいて利用されている。紙巻きタバコにおける触媒の使用は、米国特許４１８２３４８号明細書（Ｓｅｅｈｏｆｅｒら）；および第６２８６５１６号明細書（Ｂｏｗｅｎら）（副流煙の処理）において記載されている。これらの特許のそれぞれの開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００８】
また、紙巻きタバコの煙の化学成分を変更するためのその他の試みもなされてきた。米国特許公開第２００３／０１８８７５８号明細書（Ｈａｊａｌｉｇｏｌら）（その開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる）は、紙巻きタバコにおいて、オキシ水酸化物化合物の使用を開示している。
【０００９】
ある種の紙巻きタバコは、炭素等の材料を導入するフィルター要素を有する。典型的な紙巻きタバコおよびフィルターは、米国特許第２８８１７７０号明細書（Ｔｏｖｅｙ）；第３３５３５４３号明細書（Ｓｐｒｏｕｌｌら）；第３１０１７２３号明細書（Ｓｅｌｉｇｍａｎら）；および第４４８１９５８号明細書（Ｒａｎｉｅｒら）ならびに欧州特許出願第５３２３２９号および第６０８０４７号において記載されている。ある種の市販フィルターは、酢酸セルロースのトウ内に分散された炭素（例えば、活性炭材料または活性木炭材料）の粒子または顆粒を有し、その他の市販フィルターは、その中に分散した炭素繊維を有し、なおその他の市販フィルターは、所謂「キャビティフィルター」または「トリプルフィルター」デザインを有する。典型的な市販フィルターは、アメリカンフィルトロナ社（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｆｉｌｔｒｏｎａ  Ｃｏｒｐ．）から、ＳＣＳ  ＩＶ  Ｄｕａｌ  Ｓｏｌｉｄ  Ｃｈａｒｃｏａｌ  Ｆｉｌｔｅｒとして；ＦＩＬ社（ＦＩＬ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｌｔｄ．）から、Ｔｒｉｐｌｅ  Ｓｏｌｉｄ  Ｃｈａｒｃｏａｌ  Ｆｉｌｔｅｒとして；バウムガートナー社（Ｂａｕｍｇａｒｔｎｅｒ  Ｐａｐｉｅｒｓ  Ｈｏｌｄｉｎｇ  ＳＡ）からＴｒｉｐｌｅ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｆｉｌｔｅｒとして；およびＦＩＬ社からＡＣＴとして入手できる。また、Ｃｌａｒｋｅら、Ｗｏｒｌｄ  Ｔｏｂａｃｃｏ、ｐ．５５（１９９２年１１月）も参照されたい。紙巻きタバコおよびフィルターの性質ならびに組成についての詳細な検討は、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第５３６００２３号明細書（Ｂｌａｋｌｅｙら）；第５４０４８９０号明細書（Ｇｅｎｔｒｙら）；第５５６８８１９号明細書（Ｇｅｎｔｒｙら）；および第６５３７１８６号明細書（Ｖｅｌｕｚ）において見出される。
【００１０】
炭素保持環状フィルター領域を有するフィルターの様々な環状配置は、従来技術において開示されている。例えば、欧州特許出願第５７９４１０号は、多孔性濾過材料または気相多孔性膜で形成された空洞管状キャビティを取り囲む環状の炭素支持領域を有する多数の紙巻きタバコの実施形態を示している。同様に、米国特許第３８９４５４５号明細書（Ｃｒｅｌｌｉｎら）は、気相多孔性膜を取り囲む環状の炭素支持領域または気相多孔性膜で取り囲まれた炭素支持材料のロッドの様々な配置を示している。
【００１１】
炭素を組み込んだ紙巻きタバコフィルター要素は、そこを通過する主流煙の性質を変化させる能力を有する。例えば、そのようなフィルター要素は、主流煙において存在するある種の気相成分の水準を減少させて、その煙の官能的性質の変化を起こす性向を有する。しかしながら、そのようなフィルター要素は、多くの場合、比較的多量の炭素（例えば、微粒子形状において）を組み込んでおり、および／または構成および配置が長軸方向に区分されている。従って、炭素を導入しているフィルター要素は、多数のおよび労働集約性処理工程を必要とし、そのようなフィルター要素を導入している紙巻きタバコは、多くの場合、少し金属性で、かさかさして、粉っぽい風味特性を有するのが特徴である。
【００１２】
その開示内容が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許公開第２００２／００１４４５３号明細書（Ｌｉｌｌｙら）は、主流煙から、気体成分、例えば、１，３−ブタジエン、イソプレン、およびトルエン等を選択的に除去するナノクラスターを使用して、主流煙から不飽和炭化水素を除去することを提案している。この公開において記載されているナノクラスターは、気体成分のある種のクラスを目的的に除去するが、そのようなナノクラスターは、その他の成分に対しては有効な触媒となり得ず、例えば、紙巻きタバコフィルターにおける一酸化炭素の二酸化炭素への転換を触媒できない可能性がある。
【００１３】
その開示内容が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許公開第２００３／０１３１８５９号明細書（Ｌｉら）は、一酸化炭素の二酸化炭素への転換のための酸化剤としておよび／または一酸化炭素の二酸化炭素への転換のための触媒としておよび／または炭化水素、アルデヒド、またはフェノール系化合物の二酸化炭素および水への転換のための触媒として作用することのできるナノ粒子添加剤の使用を提案している。この公開において記載されているナノ粒子添加剤は、１５０Ｃ以上の温度で触媒／酸化剤として作用し、紙巻きタバコの燃焼および熱分解領域において有効であることが記載されている。
【００１４】
その開示内容が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許公開第２００３／００７５１９３号明細書（Ｌｉら）は、一酸化炭素の二酸化炭素への転換のための酸化剤としておよび／または一酸化炭素の二酸化炭素への転換のための触媒として作用することのできるナノ粒子添加剤の使用を提案している。この公開において記載されているナノ粒子添加剤は、１５０Ｃ以上の温度で触媒／酸化剤として作用し、紙巻きタバコの燃焼および熱分解領域において有効であることが記載されている。ナノ粒子添加剤は、タバコロッドにおいて使用される切断充填材の中に導入される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
現在までの開発にもかかわらず、喫煙製品の主流煙における気相成分を変えるための、改良型の更に有効な方法および組成物に対する必要性が存在する。転換工程を推進するための過剰の熱を必要としない温度で、紙巻きタバコの主流煙において、一酸化炭素を二酸化炭素へ触媒または酸化することが、そのような方法および組成物に対して望まれよう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、触媒組成物；喫煙製品、触媒装置、および触媒組成物を含むフィルター装置を含むがこれらに限らない製造品；ならびに触媒組成物の製造方法を提供する。触媒組成物は、様々な用途、特に、気体またはエアロゾル媒体における反応の触媒作用を含む用途において有用である。本発明の触媒組成物の実施形態は、喫煙製品における使用に有利であり、喫煙製品のフィルター要素における使用にとって特に有利となり得る。本発明の触媒組成物の実施形態は、また、その他のフィルター装置における使用にとっても有利である。
【００１７】
一態様において、本発明は、支持体および超微粒子を含む触媒組成物を提供する。それぞれのサイズおよび物理的構造を含めて、支持体および／または超微粒子の選択は、触媒される化学反応および反応が生起する環境に基づいて行ってよい。
【００１８】
その他の態様において、本発明は、触媒組成物を含む製造品を提供する。本発明の一実施形態は、触媒組成物を含む喫煙製品である。ある種の実施形態においては、喫煙製品のフィルター要素は、触媒組成物を含む。他の実施形態においては、喫煙製品のその他の構成部分は、触媒組成物を含む。本発明の製造品の別の実施形態は、触媒組成物を含むフィルター装置である。本発明の製造品の更なる実施形態は、触媒組成物を含む触媒装置である。
【００１９】
更なる態様において、本発明は、触媒組成物の製造方法を提供する。本発明の方法は、本発明の触媒組成物を製造するために利用し得、および／またはその他の有用な触媒組成物を製造するために利用し得る。
【００２０】
本発明に関する更なる詳細およびその利点は、以下の項において示される。
【００２１】
本発明は、超微粒子を含む触媒組成物を提供する。また、本発明は、本発明の触媒組成物を含む製造品を提供する。製造品の中には、フィルター装置および触媒装置が含まれる。また、喫煙製品も含まれる。一実施形態においては、本発明は、喫煙製品からの主流煙における気相成分におけるおよび／またはその中の反応、例えば、一酸化炭素の二酸化炭素への転換を触媒する触媒組成物を提供する。更に、本発明は、超微粒子を含む触媒組成物の製造方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の特定の実施形態は、以下で参照される。各実施形態は、本発明の限定としてではなく、本発明の説明として提供される。要するに、様々な変更および変形は、本発明の範囲または精神から逸脱することなしに本発明においてなすことができることが、当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として例示されまたは記載される特徴は、更なる実施形態を生み出すために、その他の実施形態に導入してもよい。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内に入るそのような変更および変形を網羅することが意図される。
【００２３】
本明細書の目的に対して、別段の指示がなければ、本明細書において使用される成分の量、反応条件等を表す全ての数字は、全ての例において、「約」という用語によって変更を受けるものと理解すべきである。従って、反対の指示がなければ、以下の明細書において示される数値パラメーターは、本発明により得られるべき、求められた所望の性質によって変動できる近似値である。最低限でも、そして特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限するための試みとしてではなく、各数値パラメーターは、少なくとも、報告された有効桁の数字を考慮しておよび従来の丸め方法を適用して解釈すべきである。
【００２４】
本発明の広い範囲を示す数値範囲およびパラメーターは近似値であるにもかかわらず、特定の実施例において示される数値は、できる限り正確に報告している。しかしながら、いずれの数値も、それらのそれぞれのテスト測定において見出される標準偏差から必然的に得られるある種のエラーを本来含む。更に、本明細書において開示される全ての範囲は、そこに含められる任意のおよび全ての部分範囲ならびに両端の間の全ての数字を包含するものと理解すべきである。例えば、「１〜１０」という明示範囲は、最小値１および最大値１０の間（およびそれを含めて）の任意および全ての部分範囲、即ち、１以上、例えば１〜６．１の最小値で始まり、１０以下、例えば５．５〜１０の最大値で終わる全ての部分的範囲、加えて、例えば２〜９、３〜８、３〜９、４〜７の両端内で始まり、終わる全ての範囲、および最後に、その範囲内に含まれる各数字１、２、３、４、５、６、７、８、９および１０を含むものとみなすべきである。更に、「本明細書に組み込まれる」と言及されるいずれの参照も、全体として組み込まれるものと理解すべきである。
【００２５】
本明細書において使用される単数形は、１つの対象に明示的におよび明白に限定される以外は、複数の対象を含む。
【００２６】
本発明の一態様は、支持体成分および超微粒子を含む触媒組成物である。超微粒子対支持体の重量比は、触媒される反応に基づいて変動してよい。一般に、本発明の触媒組成物は、５１〜９９重量％の支持体および１〜４９重量％の超微粒子を含む。ある種の実施形態においては、本発明の触媒組成物は、一般に、５０重量％を超える支持体、多くの場合、８０重量％を超える支持体、または９０重量％を超える支持体、あるいは９５重量％をも超える支持体と、残部、または超微粒子を含む残部の実質的な部分を含む。
【００２７】
本発明の触媒組成物の支持体成分は、金属酸化物、セラミック、金属、合金、ゼオライト、ポリマー、炭素含有材料および／またはその他の材料を含んでもよい。支持体は、触媒される反応に関して不活性であってよく、またはある種の実施形態においては、触媒作用において活性的な役割を演じてもよい。本発明の特定の実施形態における支持体の目的は、超微粒子を物理的に固定するための場所を提供することである。また、支持体は、酸化反応のための解離酸素を用意することによって触媒作用において助けとなり得る。
【００２８】
本発明の触媒組成物の支持体成分は、実質的に球状；卵形、多角形（例えば、立方体）、および／または不定形非晶質顆粒；粒子；平面形状／シート；ウェブ；スクリーン／メッシュ形状および／または繊維形状等を含むがこれらに限らない、多孔性または非多孔性表面を持つ多くの形態を取り得る。一般に、触媒組成物の超微粒子成分と気体流との間の接触表面積を増加する物理的形状または形態を使用することが有利である。
【００２９】
大きな表面積、０．１〜３０００ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を持つ支持体が、一般に好ましい。ＢＥＴ表面積を決定する方法はよく知られていて、例えば、その開示内容が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第４９４７８７４号明細書（Ｂｒｏｏｋｓら）に記載されている。本明細書において使用される表面積は、知られている分析方法により決定される名目表面積を意味する。
【００３０】
粒状支持体を利用する実施形態において、支持体は、０．０５ｍｍ〜２ｍｍ、好ましくは、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍ、更に好ましくは、０．５ｍｍ〜１ｍｍの平均粒子直径を有してよい。一般に、支持体上に配置される超微粒子と主流煙との間の接触を促進するために十分な表面積を有することが支持体にとって有利である。上で示された通り、本発明の実施形態においては、支持体の名目表面積は、ＡＳＴＭ  テスト手順Ｃ１２７４−００により決定される０．１〜３０００ｍ２／ｇ、好ましくは、５０〜１０００ｍ２／ｇの範囲であってよい。
【００３１】
支持体の物理的形態は、触媒組成物の意図される使用に基づいて選択し得る。或る用途に対しては、支持体の表面積を最大にして、可能な表面積の最大部分にわたって超微粒子を分布することが有利である。一実施形態においては、本発明の触媒組成物は、支持体の表面上で実質的に均一に間隔を空けた超微粒子の薄層コーティングを含む。
【００３２】
いくつかの適切な支持体が、本発明の実施形態において使用し得る。支持体の選択にあたって、様々な外形的および熱力学的検討は、酸化および／または触媒作用が効率よく起ることを確実にするために考慮され得る。例えば、本発明の実施形態において有用な支持体は、超微粒子、例えば、金等と結合することができ得、過剰な性能低下を起こす圧力損失をもたらすことなく、支持体をフィルター要素中にかなり密に充填できるサイズにおいて利用可能であろう。
【００３３】
金属酸化物は、本発明の実施形態において支持体として使用するのに特によく適している。本発明の実施形態において支持体としての使用に適した金属酸化物の例としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、チタニア（ＴｉＯ２）、ならびにその他の多数の遷移金属酸化物、これらの混合物および合金が挙げられるがこれらに限らない。一般に、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、およびこれらの混合物の少なくとも１つを含むことが、支持体にとって、フィルター装置における使用に有利であることが判明した。
【００３４】
１つの非限定的実施形態において、支持体はアルミナを含む。アルミナは、アルミナが酸素を解離的に吸着することを可能にするので、本発明の実施形態において支持体として特に有用であり得る。一般に、任意の相のアルミナが、本発明の実施形態における使用に適している。ある種の実施形態について、αアルミナが、本発明におけるγアルミナよりも好ましい。本発明の実施形態において支持体として使用するためのアルミナの調製は、以下において更に詳細に検討される。本発明の実施形態における使用に適したアルミナの例は、フィッシャー社（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）から、Ａ５０５−２１２の商品番号で市販されている、活性γアルミナ（８〜１４メッシュ）である。喫煙製品におけるアルミナの使用に関する更なる情報については、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第４７７１７９５号明細書（Ｗｈｉｔｅら）；第４９１７１２８号明細書（Ｃｌｅａｒｍａｎら）；第４９６７７７４号明細書（Ｗｈｉｔｅ）；および第５０１６６５４号明細書（Ｂｅｒｎａｓｅｋら）を参照されたい。
【００３５】
本明細書において使用される「超微粒子」という用語は、ナノ粒子および僅かに大きい粒子を含む、１０，０００ｎｍ未満の大きさを有する粒子を意味する。「ナノ粒子」という用語は、一般に、１００ｎｍ（１ｎｍは、１ｍの十億分の１である）未満の大きさを持つ粒子を示すのに使用される。超微粒子は、化学反応の触媒作用に関する様々な目的に対する本発明の実施形態において活用することのできる有利なおよび独特な性質を明白に示す。
【００３６】
本発明の触媒組成物において利用される超微粒子のサイズは、触媒される反応によって変動し得る。例えば、本発明のある種の実施形態においては、超微粒子は、１０ｎｍ以下の粒径を有するナノ粒子を含み得る。
【００３７】
本発明における使用に適した超微粒子の組成物は、貴金属、合金、金属酸化物等を含むがこれらに限らない、化学反応を触媒することのできる超微粒子を含むがこれらに限らない。超微粒子は、ドープされてもよくまたは被覆してもよい。本発明における使用に適した超微粒子としては、貴金属；金、銅、銀、白金、パラジウム、ロジウム、ニッケル、亜鉛、ジルコニウム、その他の遷移金属等の金属；鉄；貴金属の合金；金属酸化物；およびその混合物を含むものが挙げられるがこれらに限らない。
【００３８】
一酸化炭素の二酸化炭素への転換を触媒するためには、喫煙製品または喫煙製品フィルターにおいて検出される温度で転換を触媒することのできる金等の貴金属が有利である。金に類似の性質を有するその他の超微粒子は、また、本発明の実施形態において触媒として作用し得る。
【００３９】
金の超微粒子を利用する本発明の実施形態においては、金の超微粒子は、約１００ｎｍまでの平均粒径を有してもよい。その他の実施形態においては、金の超微粒子は、約１０ｎｍまでの平均粒径を有してもよい。なおその他の実施形態においては、金の超微粒子は、約５ｎｍまでの平均粒径を有してもよい。
【００４０】
金の触媒的性質は、主にその粒径に依存する。金の超微粒子は、平均粒径が、約２〜約４ｎｍである時に、一酸化炭素を二酸化炭素へ転換するのに特に有効となり得る。従って、本発明の更なる実施形態は、約２〜約４ｎｍの平均粒径を有する金の超微粒子を含む。
【００４１】
本発明の実施形態における使用のための金の超微粒子の調製は、以下で更に詳細に検討される。金の超微粒子を得るための適当な出発材料の例は、テトラクロロ金（ＩＩＩ）酸であり、これは、１２３２５の商品番号で、アルファアエサル社（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）から市販されている。
【００４２】
金の超微粒子は、約２ｎｍ〜４ｎｍの粒径において特に有効であるが、そのような小粒径は、ガスマスクまたは喫煙製品のフィルター要素等のフィルター装置において実装することは困難である。フィルター中に配置すると、そのような小粒子は、異常に高い圧力損失が起る程に非常にきっちりと詰まる。
【００４３】
本明細書において使用される「圧力損失」という用語は、大気圧および、紙巻きタバコを通じて所与の流速で測定される、紙巻きタバコの先端の口が当っている点における圧力との間の差を意味する。本発明の紙巻きタバコの典型的な圧力損失値は、１７．５ｃｃ／秒の空気流速で、Ｈ２Ｏの約３０ｍｍを超え、更にしばしば、Ｈ２Ｏの約５０ｍｍを超える。
【００４４】
フィルター（例えば、ガスマスクフィルターまたは喫煙製品フィルター）における金の超微粒子の使用に伴う１つのその他の潜在的問題は、金の超微粒子の活性触媒部位が、フィルターを通過するエアロゾルにより不活性化される可能性がある点である。エアロゾルは、水、および多くのその他の複合化学品であって、その内のいくつかは触媒の活性部位を急速に不活性化する化学品の複合混合物から成るエアロゾルを含み得る。
【００４５】
支持体組成物および／または超微粒子組成物の選択は、触媒される化学反応および反応が生起する環境に基づいて行い得る。本発明の特徴は、本発明のある種の実施形態が、３００℃より低い温度、事実上その他の触媒の操作範囲より低い温度で触媒として作用する点である。例えば、本発明のある種の実施形態は、１０℃〜３００℃の温度で、気体流における反応を触媒する。本発明のその他の実施形態は、８０℃〜２００℃、または１３０℃〜１８０℃で触媒として作用する。
【００４６】
本発明の実施形態において、支持体は、大きな構造を有利に形成し、フィルター要素の緩やかな充填をもたらす。従って、所望のサイズの超微粒子が支持体に適用でき、それをフィルター装置中に導入すると、高い圧力損失が減少または消失する。支持体上に支持された超微粒子はまた、エアロゾル成分（例えば、ＣＯ）および触媒間の接触を促進することができる。
【００４７】
本発明の触媒組成物は、化学堆積、沈殿堆積、含浸、燃焼合成、蒸着、溶液化学および／または当業者によって認識されるその他の方法を含めた様々な方法により製造し得る。代表的な方法は、本明細書において記載され、また、その開示内容が参照により本明細書に組み込まれる、“Ｔｈｅ  Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｉｇｈｌｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ａｕ／Ａｌ２Ｏ３  ｂｙ  Ａｑｕｅｏｕｓ  Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ”ｂｙ  Ｘｕら、Ｃａｔａｌｙｓｔ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．８５、Ｎｏ．３−４、２００３年２月、２２９頁以下において記載されている。
【００４８】
更なる態様において、本発明は、超微粒子を含む触媒組成物の製造方法を提供する。本発明の方法は、本発明の触媒組成物を製造するために利用し得る。しかしながら、本発明の方法は、その他の触媒組成物、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）およびジルコニウム（Ｚｒ）組成物を製造するために使用され得、本発明の触媒組成物はその他の方法によって製造し得る。
【００４９】
本発明の触媒組成物は、本発明の方法および／またはその他の方法により調製し得る。金の超微粒子を含む触媒組成物を製造する１つの方法は、テトラクロロ金（ＩＩＩ）酸（ＨＡｕＣｌ４）を水に溶解する工程、テトラクロロ金（ＩＩＩ）酸の水溶液を塩酸で酸性化する工程、酸性化溶液で支持体を被覆する工程、被覆した支持体を洗浄する工程、および洗浄され被覆された支持体をか焼して触媒組成物を形成する工程を含む。その他の実施形態は、塩素イオンを除去する工程および／または被覆した支持体を乾燥する工程を更に含んでもよい。
【００５０】
本発明方法の一実施形態は：
超微粒子前駆体および酸を含む溶液を粒子状支持体に適用する工程；
支持体を乾燥する工程；
支持体を水に懸濁する工程；
塩基性溶液を懸濁液に混合して粒子前駆体溶液を形成する工程；
このようにして創り出された支持体および超微粒子複合体を分離する工程；および
複合体を処理して、支持体および超微粒子を含む触媒組成物を製造する工程
を含む。
【００５１】
場合により、この組成物は、活性化における手助けのために、水素ガスの存在下で加熱処理してもよい。超微粒子複合体は、触媒組成物の特定の最終用途によって、か焼、乾燥または類似の方法により処理してもよい。この方法は、超微粒触媒粒子を、様々な外形および組成の単一体上、ならびに様々な外形および組成の顆粒上に堆積させるために使用し得る。
【００５２】
適切な超微粒子前駆体として、対象とする触媒組成物を含む塩が挙げられる。更なる超微粒子前駆体は、以下でおよび本明細書において参照される超微粒子に関する特許において更に詳細に記載されている。適切な酸としては、有機および／または無機酸、例えば、塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、フッ化水素酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ３）等が挙げられる。
【００５３】
超微粒子前駆体および酸を含む溶液は、物理的支持体を溶液と接触させるために、従来の製造方法を使用して支持体に適用してもよい。例えば、支持体は、溶液に浸してもよい。一般に、支持体の所望の触媒的に活性な部分は、溶液で実質的に完全に被覆されることを確実にすることが好ましい。あるいはまた、溶液は、支持体上に滴状添加もしくは噴霧するか、またはその他の方法でその上に堆積させて、実質的に均一な被覆を生成させ得ることもできる。
【００５４】
溶液の適用後の支持体の乾燥は、従来の方法により行ってもよい。乾燥は、或る温度で、一般には、周囲温度よりも少なくとも上で、支持体から水分の実質的な部分を追い出すのに十分な時間行ってもよい。以下の記述および実施例において示される通り、支持体を、５０℃〜１５０℃、通常８０℃〜１２０℃で、１〜３時間、通常１．５〜２．５時間乾燥することが、ある種の支持体／超微粒子前駆体溶液にとって適当であることが分かった。
【００５５】
粒子前駆体溶液は、水（Ｈ２Ｏ）またはその他の溶媒を含んでもよい。水溶液における乾燥支持体の懸濁工程は、水溶液および乾燥支持体をゆっくりと攪拌しながら混合して支持体の懸濁液を形成することを含めて、従来の方法により行ってもよい。
【００５６】
適当な塩基性溶液として、水酸化ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化アンモニウム等が挙げられる。一般に、塩基性溶液は、８を超えるｐＨを有する。
【００５７】
懸濁液への塩基性溶液の混合は、攪拌しながら混合することを含む従来の方法を使用して行い得る。混合が完了した後、支持体／超微粒子複合体の粒子は、混合物から分離される。分離は、篩分け、濾過等を含む物理的分離手段により達成してもよい。
【００５８】
回収された粒子は、従来の方法を使用してか焼してもよい。一般に、粒子は、粒子から実質的に全ての残留水分を追い出すのに十分な時間、周囲温度より高い温度に保持される。本発明の方法のある種の実施形態においては、例えば、粒子は、１００℃〜５００℃の温度で２〜１０時間、通常３００℃〜４００℃の温度で５〜７時間か焼される。
【００５９】
適切な支持体としては、本発明の触媒組成物の記述において、上記および下記に列挙されるものが挙げられる。顆粒状支持体を製造するために、顆粒状の高表面積支持体出発材料は、粉砕され、好ましい粒径、例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍ、通常０．３ｍｍ〜１．７ｍｍ、またはある種の実施形態では０．５〜１．１ｍｍに篩分けしてもよい。
【００６０】
本発明の方法により製造される粒状触媒組成物は、いくつかの実用的利点を所有する。特に、これらは、自由流動性で、実質的に凝集することのないものであり得る。また、これらは、実質的に粉塵のないものであり得る。
【００６１】
上述の本発明の方法に加えて、金の超微粒子は、参照により本明細書に組み込まれる、“Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｎａｎｏｍｅｔａｌ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ｏｎ  α−Ａｌ２Ｏ３：ＣＯ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ＮＯ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｃａｔａｌｙｓｔｓ”、Ｂｅｒａら、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｖｏｌ．９、ｐｐ．１８０１−１８０５（１９９９）において示される燃焼合成を使用して、αアルミナ上に配置し得る。
【００６２】
その他の態様において、本発明は、本発明の触媒組成物を含む製造品を提供する。この製造品は、化学的プロセス反応における使用に適した触媒装置、例えば、粒子、スクリーン、パネル等を含み得る。その他の態様において、本発明の製造品は、本発明の触媒組成物を含むフィルター装置である。フィルター装置は、粒状スクリーニング媒体、充填材および／またはその他の不活性または活性成分を更に含み得る。粒状スクリーニング媒体は、触媒を毒する、粒状および／またはガス状物質を除去するために作用する、繊維状、顆粒状またはその他の材料を含み得る。このフィルター装置の例として、ガスマスクフィルター、煙精製フィルター、および喫煙製品において利用されるフィルターが挙げられるがこれらに限らない。
【００６３】
更なる態様において、本発明は、喫煙製品を提供する。本発明の喫煙製品は、良好な香り、快適さおよび満足度をもたらす点で望ましい。
【００６４】
一実施形態において、本発明は、エアロゾルを用意するためのおよび／またはエアロゾル形成材料を加熱するための、可燃性材料を含む喫煙製品を提供する。この喫煙製品は本発明の触媒組成物を含む。例えば、エアロゾルは、煙を生成するために燃焼させることにより、または適切な支持体上でエアロゾル形成材料を加熱することにより形成し得る。触媒組成物の配置および位置は、喫煙製品の特定の機能性が変更されるように選択し得る。例えば、エアロゾル、例えば、主流煙の組成を変更することが求められる本発明の一実施形態において、触媒組成物は、触媒組成物と主流煙との間に接触が存在するように喫煙製品内に配置／位置づけされる。そのような実施形態の一例として、煙における一酸化炭素の水準を低減するための煙の変性が挙げられる。
【００６５】
本発明の一実施形態において、喫煙製品のフィルター成分は、本発明の触媒組成物を含む。触媒組成物は、フィルターを通して吸い込まれるエアロゾル、例えば、紙巻きタバコの煙の化学成分を変化させるのに十分な量で存在し得る。一実施形態においては、触媒組成物は、エアロゾル（例えば、紙巻きタバコの煙）内で起る反応を触媒するために作用し得る。触媒される反応は、エアロゾルと触媒組成物間の接触、エアロゾルと触媒組成物の支持体成分の間の接触、または両方の結果であり得る。
【００６６】
本発明の代替実施形態において、本発明の触媒組成物は、フィルター成分中に導入する以外に、またはそうする代わりに、喫煙製品のその他の成分の中に、例えば、エアロゾル発生成分および／またはタバコの一部として、および／またはそれを取り巻くものとして、導入し得る。
【００６７】
喫煙製品において粒状触媒組成物を使用する本発明の実施形態において、この組成物の粒径は、０．１ミリメートル（ｍｍ）〜１．５ｍｍの範囲であり得る。ある種の実施形態では、粒径は、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲であり得、更に詳しくは、ある種の実施形態では、０．７５ｍｍ〜０．８５ｍｍの粒径が好ましい。粒径は、ＡＳＴＭ  テスト手順Ｂ７６１−０２およびＥ１６１７−９７（２００２）により決定することができる。
【００６８】
喫煙製品における使用のための本発明の触媒組成物の支持体および超微粒子材料は、上記で示された材料のいずれも含み得る。一般に、エアロゾルにおける一酸化炭素の二酸化炭素への転換のために、触媒組成物は、一酸化炭素の二酸化炭素への酸化促進のための支持体として役立ち得る。
【００６９】
本発明の実施形態は、煙の成分の変性、例えば、一酸化炭素の水準を低下させることによる変性のために本発明の触媒組成物を利用する実施形態を含むがこれらに限らない。この触媒組成物は、喫煙製品、または喫煙製品の構成部分に、以下に詳細に示されるものおよび当該技術分野において理解されているその他の方法を含む様々な方法により導入し得る。触媒プロセスは、室温以下を含む温度範囲にわたって存在し得る。
【００７０】
本発明の喫煙製品は、触媒組成物および／または喫煙製品の性能を高める追加材料を更に含み得る。例えば、本発明の触媒組成物を含む喫煙製品のフィルターは、なければ触媒組成物の触媒機能を損なうと思われる、主流煙の成分をフィルター除去するための粒状物質を更に含み得る。
【００７１】
本発明の喫煙製品の実施形態における使用のための触媒組成物は、少なくとも１つの支持体上に位置される複数の超微粒子を含み得る。触媒組成物の配置および位置は、喫煙製品の特定の機能性が変更されるように選択し得る。例えば、主流煙の組成を変更することが求められる本発明の一実施形態において、超微粒子を含む触媒組成物は、超微粒子と主流煙との間に接触が存在するように、フィルター要素内に配置／位置づけされる。そのような実施形態において、触媒組成物は、煙における一酸化炭素の水準を低減する。超微粒子は、主流煙における一酸化炭素の二酸化炭素への転換に対して触媒として有利に作用することができる。
【００７２】
主流煙とは、喫煙者がタバコロッドを通して吸い込む時に創り出される気体および粒子のエアロゾルを意味する。主流煙は、紙巻きタバコの火の付いた領域、タバコロッド、およびフィルター（喫煙製品がそれを装着していれば）を通して吸い込まれる煙を含む。
【００７３】
本発明の一実施形態においては、喫煙製品の触媒組成物は、０．０１重量％〜１０重量％、好ましくは、０．１重量％〜５重量％の超微粒子を含み得る。超微粒子の重量パーセントに相当する理論添加量は計算することができる。添加量パーセントは、超微粒子塩における超微粒子の部分を掛けた、ｇにおける超微粒子塩の量を、超微粒子塩＋支持体の量の合計量で割り、その商に１００を掛けたものに等しい。
【００７４】
主流煙の温度は、煙がタバコロッドを通過する時よりも、煙がフィルター要素を通過する時の方が低くなる。フィルター要素においては、温度は、ほぼ室温から約１５０℃の範囲である。これと比較して、所謂燃焼および熱分解領域における温度を含めて、タバコロッドにおける温度は、２００℃〜９００℃の範囲である。従って、触媒組成物が、本発明の実施形態に従ってフィルター要素中に配置されると、触媒組成物は、１５０℃より低い温度で、一酸化炭素の二酸化炭素への転換のための触媒として有効である。
【００７５】
本発明の一実施形態において、超微粒子は、金を含む。金は、そのバルク形態においては活性触媒であることはできないが、金の超微粒子は、特に、一酸化炭素の二酸化炭素への転換において優れた触媒性を示す。更に、金の超微粒子は、室温で、一酸化炭素の二酸化炭素への転換を有利に触媒することができる。
【００７６】
本発明の実施形態による喫煙製品のフィルター要素に使用するための触媒組成物は、少なくとも１つの支持体上に堆積された複数の超微粒子を含み得る。フィルター要素は、複数の触媒組成物を含み得る。更なる実施形態において、複数の触媒組成物は、フィルター要素における少なくとも１つのキャビティ中に配置し得る。複数の触媒組成物は、一実施形態において、２つのフィルタープラグの間のキャビティ中に配置し得る。
【００７７】
本発明の一実施形態において、触媒組成物は、少なくとも１つのアルミナ粒子上に配置された複数の金の超微粒子を含む。更なる実施形態において、金の超微粒子は、金のナノ粒子を含む。更なる実施形態において、金のナノ粒子は、約１０ｎｍまでの粒径を有する。その他の実施形態において、金のナノ粒子は、約５ｎｍまでの粒径を有する。その他の実施形態において、金のナノ粒子は、約２ｎｍ〜約４ｎｍの粒径を有する。
【００７８】
金の堆積前のアルミナ支持体のサイズおよび外形は、本発明の実施形態において、触媒組成物が、許容圧力損失の限度を超えることなしに触媒組成物とエアロゾルとの接触が最大になるように、喫煙製品の構成部分中に充填されるように選択し得る。一実施形態において、アルミナ支持体は、約１２〜約３５のアメリカメッシュ（約０．５〜約１．４ｍｍ）の粒径を有する。その他の実施形態において、金の堆積前のアルミナ支持体は、約１８〜約３０のアメリカメッシュ（約０．６ｍｍ〜約１ｍｍ）の粒径を有する。
【００７９】
本発明のその他の実施形態における触媒組成物は、約０．６ｍｍ〜約１．０ｍｍの粒径を有する少なくとも１つのアルミナ支持体上に配置された、約２ｎｍ〜約４ｎｍの粒径を有する複数の金の超微粒子を含む。
【００８０】
一実施形態において、本発明の触媒組成物における使用のための未処理のγアルミナ支持体は、ガス吸着で測定して、凡そ３４０ｍ２／ｇの表面積を有する。金の添加後は、超微粒アルミナ−金複合体は、凡そ２７０ｍ２／ｇの表面積を有する。
【００８１】
当業者により理解される通り、支持体の表面積測定において反映される支持体の細孔径と超微粒子の粒径との間の関係は、本発明の触媒組成物における所望の機能性を達成するために最適化し得る。
【００８２】
本発明の触媒組成物およびこの触媒組成物を含む本発明の製品の実施形態に関する更なる詳細は、本発明の触媒の実施形態を含む、本発明の製造品の特定の実施形態についての以下の記述から当業者には明らかとなろう。
【００８３】
複数の触媒組成物を含む本発明の実施形態は、添付の図において例示される。
【００８４】
図１〜５は、本発明の触媒組成物を導入している、本発明のフィルター要素、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄおよび１０Ｅの実施形態の断面図を示す。フィルター要素は、喫煙製品のフィルター要素として使用され得、そこでは、フィルター要素は、一般に、実質的に円形形状を有する。フィルター要素に類似のデザインが、その他の用途において使用し得る。以下の記述における使用のために、図１〜５は、フィルター要素を通るエアロゾルの流れの方向を示している矢印を含む。類似の数字の要素は、一般に、それらが登場する最初の図を参照して記述される。
【００８５】
図１を参照すると、フィルター要素１０Ａは、フィルター要素部分１２および１６において、フィルター材料１１を含む。適切なフィルター材料としては、酢酸セルロースのトウおよび以下で詳細に述べられるその他の材料が挙げられる。
【００８６】
キャビティ１４は、部分１２と１６の間に配置される。本発明の一実施形態においては、本発明の触媒組成物１３は、キャビティ１４の全体にわたって分布される。キャビティ１４は、空気をキャビティ中に吸い込むための空気希釈孔１８を含む。空気希釈孔は、フィルター要素１０が喫煙製品中に配置される時は、フィルター要素を取り囲む任意の外側包装材料を通して展開している。
【００８７】
本発明の触媒組成物は、フィルター要素中に粒状物質（例えば、炭素）を配置するために当業者に知られている方法を使用して、キャビティ１４中に配置し得る。そのような方法の例は、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６５３７１８６号明細書および米国特許公開第２００２／００２０４２０号明細書において示されている。
【００８８】
図２は、本発明のフィルター要素１０Ｂの代替実施形態を例示する。本発明の一実施形態においては、キャビティ１４は、本発明の触媒組成物１３および粒状炭素１５の混合物を含む。この混合物は、１〜８０重量％の本発明の触媒組成物および１〜８０重量％の粒状炭素を含み得る。この混合物は、フィルター要素中に粒状物質を配置するために当業者に知られている方法を使用して、キャビティ１４中に配置し得る。
【００８９】
図３は、本発明のフィルター要素１０Ｃのその他の代替実施形態を例示する。図３において示される実施形態において、キャビティ１４は、キャビティ１４Ａおよび１４Ｂに再分割されている。本発明の触媒組成物１３は、下流のキャビティであるキャビティ１４Ａに配置される。粒状炭素１５は、キャビティ１４Ａの上流のキャビティ１４Ｂ中に配置される。キャビティにおける触媒組成物および粒状炭素の相対的位置は、逆にしてもよい。
【００９０】
図１〜３において、部分１２および１６、ならびにキャビティ１４、または１４Ａおよび１４Ｂの相対的長さは、目盛で描かれていない。一般に、フィルター要素１０Ａおよび１０Ｂに類似の本発明の実施形態においては、各部分とキャビティの長さの割合、１２／１４／１６は、３０〜４５／１０〜４０／３０〜４５である。長さ２７ｍｍのフィルター要素に対しては、これは、長さが８．１〜１２．２ｍｍの部分１２；長さが２．７〜１０．８ｍｍのキャビティ１４；および長さが８．１〜１２．２ｍｍの部分１６となる。フィルター要素１０Ｃについては、１２／１４Ａ／１４Ｂ／１６の相対的長さ割合は、３０〜４５／５〜２０／５〜２０／３０〜４５である。長さ２７．２ｍｍのフィルター要素に対しては、これは、長さが８．１〜１２．２ｍｍの１２；長さが１．４〜５．４ｍｍのキャビティ１４Ａ；長さが１．４〜５．４ｍｍのキャビティ１４Ｂおよび長さが８．１〜１２．２ｍｍの部分１６となる。
【００９１】
図４は、本発明のフィルター要素のその他の実施形態を例示する。フィルター要素１０Ｄは、高密度フィルター材料２３で取り囲まれたキャビティ２１を含む。適切な高密度フィルター材料としては、フィルトロナ社（Ｆｉｌｔｒｏｎａ）から入手可能な、スチーム結合された酢酸セルロースフィルターが挙げられるがこれに限らない。これらのスチーム結合フィルターは、７５％を超える濾過効率を有する。キャビティの末端は、フィルター要素１０Ｄを通るエアロゾル／気体混合物の通過を促進するためのフィルター材料２３よりも低い濾過効率を有し得るフィルター材料１１の領域に結合し得る。このフィルター要素は、キャビティ２１と外部環境との間で空気を通過させるための空気希釈孔１８を含む。
【００９２】
キャビティの相対的な寸法は、用途によって変動し得る。一実施形態において、キャビティは、フィルター要素の直径の１０〜５０％の直径およびフィルター要素の長さの１０〜８０％の長さを有する。
【００９３】
キャビティ２１は、本発明の触媒組成物１３を含む。あるいはまた、キャビティ２１は、触媒組成物１３および粒状炭素の混合物で充填してもよい。
【００９４】
先の記述において言及した通り、図１〜４において示された本発明の実施形態は、本発明の触媒組成物を含むフィルター要素の部分を含む。フィルター要素における触媒組成物、または触媒組成物およびその他の粒状物質（例えば、粒状炭素）の充填密度は、一般に、０．５〜２．０ｇ／ｃｍ３の範囲である。高いまたは低い充填密度が、フィルターを横断する許容される圧力損失を維持するために、特定の実施形態にとって望ましいであろう。
【００９５】
図５は、本発明のフィルター要素のその他の可能な実施形態を例示する。図５において示される通り、フィルター要素１０Ｅは、フィルター材料１１、および酢酸セルロースフィルター部分１２を含む。フィルター要素１１は、フィルター要素全体を通して分布されている、本発明の触媒組成物１３と連絡しているフィルター材料を含む。フィルター材料１１は、フィルター要素中への導入前に、触媒組成物と一緒に前処理し得る。
【００９６】
図１〜５において示されるフィルター要素１０Ａ〜１０Ｅは、喫煙製品において見出されるような特定のインライン濾過用途を参照して示され、記述される。フィルター要素の外形は、その他の用途、例えば、本発明から逸脱することなく、ガスマスクフィルターにおける使用に適合させ得る。
【００９７】
喫煙製品におけるフィルター要素１０Ａ〜１０Ｅの使用に関する更なる詳細は、残りの図を参照して、以下で与えられる。本発明は、特定の喫煙製品、即ち、フィルター要素において超微粒子を含む触媒組成物を利用する紙巻きタバコを参照して更に詳細に記述される。しかしながら、当業者に理解される通り、本発明の主部／原理は、その他のタバコ製品およびその他のフィルター用途に適用される。
【００９８】
図６は、本発明の喫煙製品の一実施形態を例示する。図６において示される通り、紙巻きタバコ３０は、囲むための包装材料４５において含まれる、喫煙可能な充填材料４０の充填物またはロールの、一般に円筒状のロッド３５を含む。ロッド３５は、一般に、「喫煙可能なロッド」または「タバコロッド」と言われる。タバコロッドの末端は、喫煙可能な充填材料を暴露するために開放されている。
【００９９】
本発明の一実施形態において、紙巻きタバコ３０は、図１において示されるフィルター要素１０Ａ等の、触媒組成物を含むフィルター要素を含む。フィルター要素１０Ａが、図６に示されているが、本発明の触媒組成物を導入しているフィルター要素１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅのいずれも、またはその他のいずれのデザインも、本発明の喫煙製品の実施形態において利用し得る。
【０１００】
フィルター要素１０Ａは、フィルター要素およびタバコロッドが、端同士を合わせて、好ましくは、互いに隣接して軸方向に一直線に並ぶように、タバコロッド３５の一端に隣接して配置される。フィルター要素１０Ａは、一般に、円筒形形状を有し、この直径は、タバコロッドの直径に本質的に等しい。フィルター要素の末端は、そこを通る空気および煙の通過を可能にするために開放されている。フィルター要素１０Ａは、外囲いプラグ包装材料６０で長軸方向に伸びるその表面に沿って上包みされるフィルター材料１１を含む。フィルター要素は、２つ以上のフィルター部分、および／またはその中に導入された芳香添加剤を有することができる。
【０１０１】
フィルター要素１０Ａは、フィルター要素の全体の長さおよびタバコロッドの隣接領域の両方を囲む先端部材料６５によってタバコロッド３５にくっつけ得る。先端部材料６５の内側表面は、プラグラップ６０の外側表面およびタバコロッドの包装材料４５の外側表面に、適当な接着剤を使用して固定的に確保し得る。通気または空気希釈される喫煙製品は、それぞれが先端部材料およびプラグラップを通して伸びている一連の穿孔１８等の空気希釈手段を備えている。包装材料４５は、紙巻きタバコ＋接着層の重なり域（紙巻きタバコの製造の最後にできる）の全周に等しい幅を有する。
【０１０２】
触媒組成物１３は、フィルター要素１０Ａ内のキャビティに配置される。触媒組成物を取り巻く包装材料は、先端部材料を通して伸びる希釈孔１８を含み得る。
【０１０３】
図７は、中に配置される複数の触媒組成物を伴うフィルター要素を含む喫煙製品の実施形態を例示する。このような喫煙製品は、米国特許第６５３７１８６号明細書において記載されている方法を使用して調製することができる。
【０１０４】
図７において例示される通り、紙巻きタバコ１０２は、断熱材１１２の保持ジャケット内に束縛された可燃性材料成分１１０を含む。可燃性材料成分１１０の後ろに長軸方向に位置しているのは、エアロゾル発生手段１１６である。エアロゾル発生手段は、１つまたは複数のエアロゾル形成材料（グリセリン等）、タバコの形態（タバコ粉末、抽出物または粉塵）、および芳香成分（可燃性材料成分の燃焼により発生した熱により揮発する）を含む。好ましくは、エアロゾル発生手段は、再生タバコキャストシート切断充填材料で有利に作られた支持体を含む。このような支持体は、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願第０７／８００６７９号（１９９１年１１月２７日出願）において記載されている。可燃性材料成分１１０は、同一出願人による係属特許出願、名称“Ｓｍｏｋｉｎｇ  Ａｒｔｉｃｌｅ  Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ”（Ｃｒｏｏｋｓら）、米国特許出願第１０／３８２２４４号（その開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている超微粒子を含んでもよい。
【０１０５】
紙巻きタバコは、フィルター要素およびタバコロッドが、端同士を合わせて、好ましくは、互いに隣接して軸方向に一直線に並ぶように、エアロゾル発生手段１１６の一端に隣接して配置されるフィルター要素１０Ａまたはその他の適当なマウスピースを更に含み得る。フィルター要素１０Ａは、一般に、円筒形状を有し、その直径は、タバコロッドの直径に本質的に等しい。フィルター要素の末端は、そこを通る空気および煙の通過を可能にするために開放されている。フィルター要素１０Ａは、外囲いプラグ包装材料で長軸方向に伸びるその表面に沿って上包みされるフィルター材料１１を含み得る。フィルター要素は、超微粒子を含む、本発明の触媒組成物１３を含む。以下の記述から理解されるように、典型的な超微粒子の実際のサイズは、１００ｎｍ未満であり得る。触媒組成物を含むフィルター要素の部分は、超微粒子を含むフィルター部分に隣接する包装材料において空気希釈孔１８を含む。
【０１０６】
図７において示される紙巻きタバコの実施形態を再度参照すると、フィルター要素１０Ａは、２つのフィルタープラグ１１の間に配置されたキャビティを含む。２つのフィルタープラグは、酢酸セルロースフィルター材料等の従来のフィルター材料であってよい。キャビティは、本発明の複数の触媒組成物１３で充填される。キャビティは、上述のもの（例えば、粒状炭素）等のその他の成分を更に含み得る。
【０１０７】
図６および７を参照して説明した本発明の喫煙製品の特定の実施形態は、喫煙製品のフィルター要素中に触媒組成物を導入している。本発明の、同じ実施形態、または代替実施形態は、喫煙製品のその他の構成部分中に配置される、本発明の触媒組成物を含み得る。例えば、触媒組成物は、喫煙可能材料、包装材料、燃料要素および／またはその他の成分中への導入を含めて、エアロゾル発生材料中に導入してよく、またはその近くもしくはその中に配置してよい。
【０１０８】
図８は、触媒組成物１３が、図７および米国特許第６５３７１８６号明細書を参照して記載されたものに類似の喫煙製品において燃料要素１１０に隣接して配置される、本発明の喫煙製品の実施形態を示す。図８において示される通り、空気希釈孔１８は、触媒組成物を含む喫煙製品の部分に設けられる。図８におけるフィルター要素１３０は、従来の紙巻きタバコフィルターを表すが、本発明のフィルター要素が利用してもよい。
【０１０９】
当業者によって理解されるように、以下の項における記述は、一般に、図６および７において示される喫煙製品を含めて、本発明の喫煙製品の実施形態に適用される。
【０１１０】
喫煙製品は、一般に、包装材料によって囲まれる。包装材料は、喫煙製品＋接着層の重なり域（紙巻きタバコの製造の最後にできる）の全周に等しい幅を有する。適切な包装材料は、一般に、当業者に知られており、上記で参照された特許出願および次の米国特許第４４５２２５９号明細書（Ｎｏｒｍａｎ）；第５８７８７５４号明細書（Ｐｅｔｅｒｓｏｎら）；第５１０３８４４号明細書（Ｈａｙｄｅｎら）；第５０６０６７５号明細書（Ｍｉｌｆｏｒｄら）；第４９９８５４１号明細書（Ｐｅｒｆｅｔｔｉら）；第４８０５６４４号明細書（Ｈａｍｐｌ，Ｊｒ．ら）；第４４６１３１１号明細書（Ｍａｔｔｈｅｗｓら）；第４４５０８４７号明細書（Ｏｗｅｎｓ）；第４４２０００２号明細書（Ｃｌｉｎｅ）；および第４２３１３７７号明細書（Ｃｌｉｎｅら）（それぞれは、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。
【０１１１】
本発明の実施における使用に適した紙包装材料は、市販されている。代表的な、紙巻きタバコ用紙包装材料は、エカスタ社（Ｅｃｕｓｔａ  Ｃｏｒｐ．）から、照会番号４１９、４５４、４５６、４６０および４７３として；ミケール社（Ｍｉｑｕｅｌ）から、照会番号Ｖｅｌｉｎ  ４１３、Ｖｅｌｉｎ  ４３０、ＶＥ  ８２５  Ｃ２０、ＶＥ  ８２５  Ｃ３０、ＶＥ  ８２５  Ｃ４５、ＶＥ  ８２６  Ｃ２４、ＶＥ  ８２６  Ｃ３０および８５６ＤＬとして；テルヴァコスキー社（Ｔｅｒｖａｋｏｓｋｉ）から、Ｔｅｒｃｉｇ  ＬＫ１８、Ｔｅｒｃｉｇ  ＬＫ２４、Ｔｅｒｃｉｇ  ＬＫ３８、Ｔｅｒｃｉｇ  ＬＫ４６およびＴｅｒｃｉｇ  ＬＫ６０として；ならびにワッテン社（Ｗａｔｔｅｎｓ）から、Ｖｅｌｉｎ  Ｂｅｉｇｅ  ３４、Ｖｅｌｉｎ  Ｂｅｉｇｅ  ４６、Ｖｅｌｉｎ  Ｂｅｉｇｅ  ６０、および照会番号４５４  ＤＬ、４５４  ＬＶ、５５３および５５６として入手可能である。典型的な麻含有紙巻きタバコ用紙包装材料は、シュバイツアー社（Ｓｃｈｗｅｉｔｚｅｒ−Ｍａｕｄｕｉｔ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）から、銘柄名１０５、１１４、１１６、１１９、１７０、１７８、５１４、５２３、５３６、５２０、５５０、５５７、５８４、５９５、６０３、６０９、６１５および６６８として入手可能である。典型的な木材パルプ含有紙巻きタバコ用紙包装材料は、シュバイツアー社から、銘柄名４０４、４１６、４２２、４５３、４５４、４５６、４６５、４６６および４６８として入手可能である。
【０１１２】
本発明のある種の実施形態において、喫煙製品用包装材料は、同一出願人の同時係属特許出願、名称“Ｓｍｏｋｉｎｇ  Ａｒｔｉｃｌｅ  Ｗｒａｐｐｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ”（Ｃｒｏｏｋｓら）、米国特許出願第１０／３４２６１８号（その開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる）において記載されている超微粒子を含んでよい。
【０１１３】
フィルター要素は、フィルター要素の全体の長さおよびタバコロッドの隣接領域の両方を囲む先端部材料により、タバコ−ロッド／エアロゾル発生ロッドにくっつけ得る。先端部材料の内側表面は、プラグラップの外側表面およびタバコロッドの包装材料の外側表面に、適切な接着剤を使用して固定的に確保し得る。通気または空気希釈される喫煙製品は、それぞれが先端部材料およびプラグラップを通して伸びている一連の穿孔等の空気希釈手段を備えている。
【０１１４】
本発明の喫煙製品を製造するのに有用な従来の自動紙巻きタバコロッド製造機は、モリン社（Ｍｏｌｉｎｓ  ＰＬＣ）またはハウニベルケコーバー社（Ｈａｕｎｉ−Ｗｅｒｋｅ  Ｋｏｒｂｅｒ  ＆  Ｃｏ．ＫＧ）から市販されているタイプのものである。例えば、Ｍａｒｋ  ８（Ｍｏｌｉｎ社から市販されている）またはＰＲＯＴＯＳ（ハウニベルケコーバー社から市販されている）として知られているタイプの紙巻きタバコロッド製造機が使用でき、必要であれば、適当に変更することができる。ＰＲＯＴＯＳ紙巻きタバコ製造機についての記述は、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第４４７４１９０号明細書の第５欄、４８行〜第８欄、３行において提供されている。紙巻きタバコの製造にとって適切な装置のタイプは、また、米国特許第４８４４１００号明細書（Ｈｏｌｚｎａｇｅｌ）；第５１５６１６９号明細書（Ｈｏｌｍｅｓら）および第５１９１９０６号明細書（Ｍｙｒａｃｌｅ，Ｊｒ．ら）；ならびにＰＣＴ  ＷＯ０２／１９８４８号において示されている。紙巻きタバコ製造機の様々な成分のデザイン、およびこれらの成分を製造するのに使用される様々な材料は、紙巻きタバコ製造業界の当業者には容易に明らかである。
【０１１５】
喫煙製品は、一般に、約５０ｍｍ〜約１００ｍｍの範囲の長さ、および約１６ｍｍ〜約２８ｍｍの全周を有する。エアロゾル発生手段および得られる喫煙製品は、知られている紙巻きタバコ製造方法および装置を使用して、いずれかの知られている構成において製造することができる。包装材料は、その両側端が互いに隣接するように円形形状に形成される。包装材料の両端は互いに隣接、互いにほぼ隣接、または互いに僅かに重なり合うことができる。このような構成を有する紙巻きタバコロッドは、適切に装着された紙巻きタバコ製造機におけるボビンから紙包装紙を供給する工程、包装材料を、紙巻きタバコ製造機の装飾領域に通す工程、およびタバコロッドを形成する工程により提供することができる。
【０１１６】
本発明の喫煙製品の製造のために使用されるタバコ材料は、変えることができる。各種タバコ、生育方法、収穫方法および熟成方法についての記述は、Ｔｏｂａｃｃｏ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｄａｖｉｓら（編）（１９９９）において示されている。タバコは、通常、切断充填材形態（例えば、約１／１０インチ〜約１／６０インチ、好ましくは、約１／２０インチ〜約１／３５インチの幅、および約１／４インチ〜約３インチの長さに切断されたタバコ充填材の細片またはストランド）において使用される。紙巻きタバコ内で使用されるタバコ充填材の量は、通常、約０．６ｇ〜約１ｇの範囲である。タバコ充填材は、通常、タバコロッドを、約１００ｍｇ／ｃｍ３〜約３００ｍｇ／ｃｍ３、多くの場合、約１５０ｍｇ／ｃｍ３〜約２７５ｍｇ／ｃｍ３の充填密度で充填するために使用される。本明細書において使用される「充填密度」とは、喫煙可能なロッド内の単位容積を占める充填材料の重量を意味する。
【０１１７】
タバコは、加工タバコステム（例えば、カットロールまたはカットパフステム）、容積拡張タバコ（例えば、パフタバコ、プロパン拡張タバコおよびドライアイス拡張タバコ（ＤＩＥＴ））、または再生タバコ（例えば、紙製造タイプまたはキャストシートタイプ方法を使用して製造される再生タバコ）等の加工形態を有することができる。
【０１１８】
一般に、紙巻きタバコ製造用タバコ材料は、所謂「ブレンド」形態において使用される。例えば、或る一般的なタバコブレンド、通常、「アメリカンブレンド」と言われるものは、煙熟成タバコ、バレー種タバコおよびオリエンタルタバコ、ならびに多くの場合においては、再生タバコおよび加工タバコステム等のある種の加工タバコの混合物を含む。特定の紙巻きタバコブランドの製造のために使用されるタバコブレンド内の各タイプのタバコの正確な量は、ブランド毎に変動する。例えば、Ｔｏｂａｃｃｏ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ、Ｖｏｇｅｓ（編）ｐ．４４−４５（１９８４）、Ｂｒｏｗｎｅ、Ｔｈｅ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｃｉｇａｒｅｔｔｅｓ、３ｒｄ  Ｅｄ．、ｐ．４３（１９９０）およびＴｏｂａｃｃｏ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｄａｖｉｓら（編）ｐ．３４６（１９９９）を参照されたい。その他の代表的なタバコブレンドは、また、米国特許第４９２４８８８号明細書（Ｐｅｒｆｅｔｔｉら）；第５０５６５３７号明細書（Ｂｒｏｗｎら）；および第５２２０９３０号明細書（Ｇｅｎｔｒｙ）；ならびにＢｏｍｂｉｃｋら、Ｆｕｎｄ．Ａｐｐｌ．Ｔｏｘｉｃｏｌ．、３９、ｐ．１１−１７（１９９７）において示されている。また、その開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許公開第２００３／０１３１８６０号明細書（Ａｓｃｒａｆｔら）を参照されたい。
【０１１９】
所望であれば、前述のタバコ材料に加えて、本発明のタバコブレンドまたはエアロゾル発生材料は、本発明の触媒組成物を更に含み得る。触媒組成物は、タバコまたはエアロゾル発生材料全体にわたって実質的に均一に分布されてよく、または喫煙製品において別々の構成部として配置されてよい。例えば、触媒組成物は、喫煙製品において利用される加工タバコ中に導入してよい。加工タバコに関する詳細は、その開示内容が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願第１０／４６３２１１号（２００３年６月１７日出願）において開示されている。
【０１２０】
タバコおよび／またはエアロゾル発生材料は、その他の成分を更に含むことができる。その他の成分としては、ケーシング材料（例えば、糖、グリセリン、ココアおよび甘草）および先端部装飾材料（例えば、メントール等の芳香材料）が挙げられる。特定のケーシングおよび先端部装飾成分の選択は、必要とされる感覚特性等の要因に依存し、それらの成分の選択は、紙巻きタバコのデザインおよび製造業界の当業者には容易に明らかであろう。Ｇｕｔｃｈｏ、Ｔｏｂａｃｃｏ  Ｆｌａｖｏｒｉｎｇ  Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ、Ｎｏｙｅｓ  Ｄａｔａ  Ｃｏｒｐ．（１９７２）およびＬｅｆｆｉｎｇｗｅｌｌら、Ｔｏｂａｃｃｏ  Ｆｌａｖｏｒｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｓｍｏｋｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（１９７２）を参照されたい。
【０１２１】
喫煙製品は、また、タバコロッドの製造中に包装材料に適用される側面継ぎ目接着剤内に少なくとも１つの芳香成分を導入することができる。即ち、例えば、様々な芳香剤は、包装材料の継ぎ目線に適用することのできる接着剤（ナショナルスターチ社（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｒｃｈ）から入手できるＣＳ−２２０１Ａ等の側面継ぎ目接着剤など）中に導入することができる。これらの芳香剤は、喫煙製品により発生する煙が与えるいずれかの味覚のないものまたは悪臭をマスクまたは改善するために使用される。典型的な芳香剤としては、メチルシクロペンテノロン、バニリン、エチルバニリン、４−パラヒドロキシフェニル−２−ブタノン、γ−ウンデカラクトン、２−メトキシ−４−ビニルフェノール、２−メトキシ−４−メチルフェノール、５−エチル−３−ヒドロキシ−４−メチル−２（５Ｈ）−フラノン、サリチル酸メチル、クラリーセージ油およびビャクダン油が挙げられる。一般に、このようなタイプの芳香成分は、接着剤および芳香成分の合計重量を基準にして、約０．２％〜約６．０％の量において使用される。
【０１２２】
一般に、先端部材料は、先端部材料がタバコロッドの長さに沿って約３ｍｍ〜約６ｍｍ展開するように、フィルター要素およびタバコロッドの隣接領域を囲む。一般に、先端部材料は、従来の紙先端部材料である。先端部材料は、変えることのできる空隙率を有することができる。例えば、先端部材料は、本質的に空気非透過性、空気透過性であることができ、または、紙巻きタバコに対して空気希釈手段を与える穿孔、開口または通気孔の領域を有するために処理（例えば、機械的またはレーザー穿孔方法により）し得る。穿孔の全表面積および紙巻きタバコの外周に沿った穿孔の位置は、紙巻きタバコの性能特性を調節するために変えることができる。
【０１２３】
本発明の実施形態は、超微粒子を含む触媒組成物が、喫煙製品のフィルター要素中に導入される実施形態を含む。一般に、フィルター要素は、約５ｍｍ〜約４０ｍｍ、好ましくは、約１０ｍｍ〜約３５ｍｍの範囲の長さ；および約１７ｍｍ〜約２７ｍｍ、好ましくは、約２２ｍｍ〜約２５ｍｍの全周を有する。本発明の触媒組成物は、喫煙製品の所望の性能特性を維持しながらそれらの触媒活性を最大にする位置において、フィルター要素内に配置されよう。一実施形態において、本発明の触媒組成物は、フィルターの口側末端から１０〜１５ｍｍの間に配置される。
【０１２４】
フィルター要素は、広い範囲の濾過効率を有する。フィルター要素は、フィルター材料の１つの部分、２つ以上の、長軸方向に配置された部分、またはその他の構成を有することができる。フィルターは、また、中空フィルター要素を形成するために、軸方向に配置される孔を含み得る。
【０１２５】
フィルター材料は、酢酸セルロース、ポリプロピレン、タバコ材料等のいずれかの適切な材料であることができる。フィルター材料は、炭素、例えば、炭素粒子を更に含み得る。適切なフィルター材料の例は、（ｉ）フィラメント当り約３デニールおよび約３５，０００の合計デニール、ならびに（ｉｉ）フィラメント当り約３．５デニールおよび約３５，０００の合計デニールを有する酢酸セルロースのトウ品目である。このようなトウ品目は、約４０重量％を超える、主流煙からの粒状物質の除去効率を示すフィルター要素を提供する。プラグラップは、一般に、従来の紙プラグラップであり、空気透過性または本質的に空気非透過性であることができる。しかしながら、必要であれば、非包装酢酸セルロースフィルター要素が使用できる。知られているプラグ−チューブ一体化方法を使用して提供される、２つ以上の部分を有するフィルター要素も使用できる。本発明における使用に適した様々なフィルター要素は、知られている紙巻きタバコフィルター製造方法および装置を使用して製造することができる。
【０１２６】
ある種のフィルター要素は、紙巻きタバコの望ましい吸引特性を維持しながら、最小限の主流煙除去効率を提供することができる。そのような最小限の煙除去効率は、所謂「低効率」フィルターにより与えられる。低効率フィルターは、主流煙粒子を除去するための最小限の能力を有する。一般に、低効率フィルターは、約４０重量％以下の主流煙粒子除去効率を与える。低効率フィルターが使用することができるのは、相対的に低い「タール」生成が、主として相対的に高い水準の通気または空気希釈の結果として得られるからである。このような紙巻きタバコの構成は、主流気体成分の生成を減少させるための１つの手段を与える。低効率フィルター要素を得るための適切な材料の例は、フィラメント当り約８デニールおよび約４０，０００の合計デニールを有する酢酸セルロースのトウ品目である。
【０１２７】
フィルター要素は、炭素質材料等の粒状物質で充たされているキャビティを伴って製造することができる。例えば、フィルター要素は、酢酸セルロースフィルターの製造において伝統的に使用されるもの等のように、２つのフィルタープラグの間にキャビティを設けて製造することができる。このようなフィルター要素を製造するための装置および方法は、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６５３７１８６号明細書において記載されている。以下に示される通り、本発明の触媒組成物は、このようなフィルター要素のキャビティ中に配置することができる。また、キャビティは、海泡石、シリカゲル、および活性または不活性炭素を含めて、他の適当な活性または不活性成分を含み得る。
【０１２８】
本発明の喫煙製品における使用のための触媒組成物の実施形態は、以下の特定の、非限定的実施例において例示される。
【実施例１】
【０１２９】
触媒調製
本発明の触媒組成物を以下の方法において調製する。
【０１３０】
約０．５１２８ｇのテトラクロロ金（ＩＩＩ）酸（４９．５％の金金属、アルファアエサル社製（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ））を、１０ｍｌの脱イオン水に溶解し、溶液を、０．０６７１ｇの６Ｎ塩酸で酸性化する。約２０．０２３３ｇのアルミナ（１８〜３０のアメリカメッシュ）を、この酸性化金溶液で均等に被覆する。金被覆アルミナ粒子（淡黄色を有していた）を、９５℃で１６時間乾燥した。乾燥した金被覆アルミナを、３５ｍｌの５．０Ｎ水酸化アンモニウムを含む脱イオン水７５０ｍｌに添加する。懸濁液を、一晩中、勢いよく攪拌する。次に、金被覆アルミナを静置し、液体をデカントする。約７５０ｍｌの脱イオン水を添加し、混合物を更に２０分間攪拌する。金被覆アルミナを、凡そ３０分間静置し、上澄み液を、塩素イオンの存在について、硝酸銀水溶液でテストする。金被覆アルミナを、脱イオン水で数回洗浄する。洗浄は、塩素イオンが上澄み液において存在しなくなった時に完了する。金被覆アルミナを、９５℃で一晩中乾燥する。乾燥した金被覆アルミナを、約８時間、３７５℃まで加熱する。最終の触媒粒子は、自由流動の顆粒状であり、濃い紫色をしていて、約１．２％（超微粒子の重量対触媒組成物の重量（Ｗ／Ｗ））の理論金負荷値を有していた。触媒は、密閉容器において貯蔵する。
【実施例２】
【０１３１】
触媒調製
本発明の触媒組成物の代替実施形態は、次の通りに調製される。
【０１３２】
顆粒状高表面積活性アルミナ（８〜１４のアメリカメッシュ）を、フィッシャー社（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）から、品番Ａ５０５−２１２として得る。このアルミナを、アルミナの粒径を小さくするために、乳棒乳鉢において粉砕する。一組の篩を、１８〜３０のアメリカメッシュ画分粉砕アルミナ（約０．６ｍｍ〜約１ｍｍの粒径に相当する）を集めるために使用した。集めたアルミナを、９５℃で２時間乾燥する。
【０１３３】
金を、アルファアエサル社から、品番１２３２５として、テトラクロロ金（ＩＩＩ）酸（４９．５％の金金属）の形態で得る。約０．５０２２ｇのテトラクロロ金（ＩＩＩ）酸を、１０ｍｌの脱イオン水に溶解し、溶液を、０．０５０ｇの６規定（６Ｎ）塩酸で酸性化する。約２０．３５ｇの乾燥アルミナ（上記からの）を、この酸性化金溶液で均等に被覆する。淡黄色を有する金被覆アルミナ粒子を、９５℃で２時間乾燥した。乾燥金被覆アルミナを、３５ｍｌの５規定（５Ｎ）水酸化アンモニウムを含む脱イオン水７００ｍｌに注入する。懸濁液を、一晩中、勢いよく攪拌する。次の日、金被覆アルミナを静置し、液体をデカントする。約７５０ｍｌの脱イオン水を添加し、混合物を更に５分間攪拌する。金被覆アルミナを静置し、上澄み液を、塩素イオンの存在について、硝酸銀水溶液でテストする。金被覆アルミナを、脱イオン水で数回洗浄する。硝酸銀水溶液を使用して、上澄み液においてもはや塩素イオンが検出されなくなった時に、洗浄は完了したものとみなす。金被覆アルミナを、９５℃で一晩中乾燥する。乾燥した金被覆アルミナを、次いで、１６時間、３７５℃まで加熱する。最終の触媒粒子は、自由流動の顆粒状であり、濃い紫色をしていて、１．２％（Ｗ／Ｗ）の理論金負荷値を有していた。使用しない時は、触媒組成物を、密閉容器において貯蔵した。
【実施例３】
【０１３４】
触媒の性能
実施例１および２において製造された本発明の触媒組成物の有効性は、９５％の空気および５％の一酸化炭素を含むガス混合物ならびにＥＣＬＩＰＳＥ（登録商標）試作品紙巻きタバコの喫煙および従来の燃焼した紙巻きタバコにより発生した主流全体の煙において決定される。
【０１３５】
以下のテストのために、一酸化炭素／二酸化炭素ＮＤＩＲ（非分散形赤外線分析計）を、Ｆｉｌａｍａｔｉｃ  Ｓｍｏｋｉｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅ、Ｍｏｄｅｌ  ＤＡＢ−５（ナショナルインスツルメント社（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｃｏ．、Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ、Ｍａｒｙｌａｎｄ）により製造された）の一端に取り付けた。以下の実施例において使用されるＣＯ／ＣＯ２ＮＤＩＲ分析計は、ローズマウント社（Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｉｎｃ．）から市販されている。
【０１３６】
一酸化炭素−空気混合物における一酸化炭素量の減少
５重量％の一酸化炭素（ＣＯ）および９５重量％の空気から成る気体混合物を、触媒組成物のベッドを含むガラス管を通して吸引する。管は、長さ１２ｃｍ、直径１．２５ｃｍである。使用された触媒組成物は、実施例１において調製された触媒組成物である。
【０１３７】
約５ｇの触媒組成物を、ほぼ管の寸法まで充填し、ガラスウールと一緒に定位置に保持する。この寸法のベッドは、毎秒１７．５ｃｃの流速で測定して、水の約７０ｍｍの圧力損失を有した。ガス流を、３０秒間隔のパフサイクルにおいて、２秒当り５０ｃｃの流速でベッドを通過させる（即ち、５０／３０／２の喫煙条件）。
【０１３８】
ベッドを出て行くガスを、ＣＯ／ＣＯ２ＮＤＩＲ分析計に通す。対照（触媒組成物を伴わないガラス管）は、一酸化炭素の二酸化炭素への転換を全く起こさなかった。しかしながら、触媒組成物は、一酸化炭素の二酸化炭素への酸化において有効である。５０ｍｌの最初のパフにおいて、約８５％の一酸化炭素が、二酸化炭素へ転換される。同じガス組成物の数回のパフをベッドに通した。触媒組成物のベッドは、それを通過するガスの７５０ｍｌが通過した後でも転換効率を維持した。平均転換効率は、各５０ｍｌの１５回パフに対して約７４．４％である。テストガス混合物への厳しい暴露後でも触媒の不活性化は存在しない。
【０１３９】
ＥＣＬＩＰＳＥ（登録商標）型紙巻きタバコの主流煙における一酸化炭素の減少
実施例１の触媒組成物を含むガラス管は、上述の通りに調製される。ＥＣＬＩＰＳＥ（登録商標）型紙巻きタバコの実験的試作品は、この実施例のために使用される。試作品は、現在入手可能な製品と同じものである。紙巻きタバコの口側末端からの全体の煙を、触媒組成物のベッドに直接に通す。５０ｍｌの煙を、３０秒毎に、２秒間、ベッドに通した。ベッドを出て行く煙を、ケンブリッジパッド（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  ｐａｄ）に通して、煙の粒状相を捕捉する。得られる、煙の粒子状物質のないガス相を、ＣＯ／ＣＯ２分析のために、ＮＤＩＲ分析計に通す。続いて、２本の追加の試作品紙巻きタバコを、同じ喫煙条件下で喫煙し、煙を、同じ触媒組成物の床に通した。全部で３本の紙巻きタバコからの煙を、触媒床に通す。
【０１４０】
試作品紙巻きタバコを、ガラス管において触媒組成物なしで喫煙し、試作品紙巻きタバコにおける一酸化炭素の量を確定する。試作品紙巻きタバコは、各５０ｍｌの１５回パフにおいて、３３．５単位の一酸化炭素を生成した。触媒床を通して喫煙された最初のテスト紙巻きタバコの喫煙は、一酸化炭素において、対照における３３．５単位／紙巻きタバコから、１３．９単位／紙巻きタバコの減少（一酸化炭素において５８．５５％の減少）をもたらした。同じベッドを通して喫煙された第二の試作品紙巻きタバコの喫煙は、紙巻きタバコ当り、２２．９単位の一酸化炭素、一酸化炭素において３１．６％の減少をもたらした。同じベッドを通した第三の試作品紙巻きタバコの喫煙は、紙巻きタバコ当り、２５．６単位の一酸化炭素、一酸化炭素において２３．５％の減少をもたらした。
【０１４１】
不活性化は、第二の喫煙での触媒組成物において見られ、第三の試作品紙巻きタバコは、触媒組成物が、空気および一酸化炭素だけの混合物にさらされる時には観察されない。従って、観察された不活性化は、煙における特定の成分、または、一酸化炭素以外の成分に原因する可能性がある。
【実施例４】
【０１４２】
触媒活性の測定
この実施例は、上記の実施例２において製造された超微粒子触媒組成物の触媒活性を例示する。
【０１４３】
触媒活性は、本明細書においては、「比活性」（Ｔｕｒｎ−Ｏｖｅｒ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＴＯＦ）に関して表される。この適用のために、ＴＯＦは、長さ１２ｃｍ、直径１．２５ｃｍのガラス管において既知量のテスト触媒組成物を設置することにより測定される。触媒組成物は、２つのガラス繊維マットの間に挟まれる。室温での５％の一酸化炭素および９５％の空気を含むガス混合物を、３０秒間隔のパフサイクルにおいて２秒当り５０ｃｃの速度で触媒床に通す。これは、１．５リットル／分の有効流速をもたらす。出口ガスを、ＣＯおよびＣＯ２の濃度が記録される非分散形赤外線分析計に通す。ＴＯＦを測定するために、テストガス（５％ＣＯ、９５％空気）の１５回の５０ｍｌパフを、触媒組成物を含む床に通す。床を出て行くＣＯおよびＣＯ２の濃度は、出口ガスの最後の５０ｍｌパフにおいて記録される。ＴＯＦは、毎秒触媒１ｇ当りの転換ＣＯ％として表される。従って、
ＴＯＦ＝（ＣＯ入口−ＣＯ出口）×１００／（ＣＯ入口×触媒の重量×２）
表１は、本明細書において記載された手順により生成した、触媒組成物のＴＯＦを示す。
【０１４４】
【表１】
2007519507.tif 000003
【０１４５】
実施例２の触媒組成物は、実施例１の触媒組成物の触媒活性の約２．８倍を示した。
【実施例５】
【０１４６】
従来の紙巻きタバコの主流煙における一酸化炭素の減少
活性炭を含むキャビティフィルターを備えた従来の紙巻きタバコを、この検討のための紙巻きタバコの煙におけるＣＯの量を減少することにおける触媒調製の効率を測定するために使用する。紙巻きタバコから出て行く煙を、ガラス管（長さ１２ｃｍ、直径１．２５ｃｍ）に含まれる、実施例２において製造された触媒組成物の床に通す。触媒床から出て行く煙を、ケンブリッジパッドに通して濾過する。濾過された煙を、ＮＤＩＲ分析計に供給する。
【０１４７】
この処理は、触媒組成物を、全体の（即ち、粒子およびガス相の両方の）煙にさらすものである。湿潤合計粒状物質（Ｗｅｔ  Ｔｏｔａｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）（「ＷＴＰＭ」）を、ケンブリッジパッドの重量における増加として測定し、ＣＯをＮＤＩＲで測定する。
【０１４８】
対照として、２５本の紙巻きタバコを、ＦＴＣ３５／６０／２の喫煙条件下で喫煙した。対照紙巻きタバコに対する結果は、表２において示される。データは、２５本の紙巻きタバコの平均を表す。
【０１４９】
【表２】
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【０１５０】
表２は、対照紙巻きタバコのＦＴＣ喫煙生成を示す。紙巻きタバコは、標準ＦＴＣ条件下で喫煙した時に、１１．７ｍｇのＷＴＰＭ、９．７ｍｇのタールおよび９．３ｍｇのＣＯを生成した。
【０１５１】
この実施例のために、紙巻きタバコを、５０／３０／２の喫煙条件で、８回のパフのために喫煙した。対照紙巻きタバコは、３１ｍｇのＷＴＰＭおよび１１．０ｍｇのＣＯを生成した。同じ紙巻きタバコを、触媒の存在下で喫煙すると、２７ｍｇのＷＴＰＭおよび７．６ｍｇのＣＯを生成した。これらの結果は、図９において示される。触媒床は、３．４ｍｇのＣＯおよび４ｍｇのＷＴＰＭを除去した。従って、ＣＯは、約３１％減少する。
【０１５２】
紙巻きタバコのフィルター要素における触媒組成物の使用に伴う１つの可能性のある問題は、触媒の活性部位が、紙巻きタバコの煙によって不活性化される可能性がある点である。触媒組成物についての煙の不活性化効果を減少させるためのいくつかの方法がテストされた。触媒組成物の除去効率は、１ｇの活性炭（Ｐｉｃａ  Ｇ２７７、２０Ｘ５０のアメリカメッシュ）を、１ｇの実施例１の触媒組成物と混合し、本明細書に記載されたテストを繰り返すと「２倍」となった。触媒の量の半分だけを含む混合物は、２ｇの実施例１の触媒組成物と同様の、煙からのＣＯの量を除去した。混合物の除去効率は、活性炭が、同じ量の高表面積アルミナ（フィッシャー社製）で置き換えられると著しく減少する。従って、活性炭は、触媒を汚染する煙成分の除去において、アルミナよりも潜在的に更に有効である。
【０１５３】
本発明は、好ましい実施形態を参照して記載されたが、変形および変更は、当業者にとって明らかであると訴えられる可能性がある点が理解すべきである。そのような変形および変更は、本明細書に添付された特許請求の範囲により定義される本発明の権限および範囲内とみなすべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】本発明のフィルター要素の一実施形態を示す透視図である。
【図２】本発明のフィルター要素の他の実施形態を示す透視図である。
【図３】本発明のフィルター要素の更なる実施形態を示す透視図である。
【図４】本発明のフィルター要素の更なる実施形態を示す透視図である。
【図５】本発明のフィルター要素のなお更なる実施形態を示す透視図である。
【図６】本発明の喫煙製品の一実施形態を示す透視図である。
【図７】本発明の喫煙製品のその他の実施形態を示す透視図である。
【図８】本発明の喫煙製品の更なる実施形態を示す透視図である。
【図９】一酸化炭素の二酸化炭素への転換における、本発明の触媒組成物の効率を示すグラフ式プロットである。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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