(57)【要約】【課題】喫煙物品内の微細粒子の存在を低減するように処理された活性炭を提供する。【解決手段】活性炭の間の遊離微細炭素粒子の量を低減する表面改質活性炭。層によって活性炭を表面改質することにより、活性炭は、高められた機械的強度を有することができ、活性炭の間の微細炭素粒子を層に固定することができる。従って、層は、活性炭の間の遊離微細炭素粒子のレベルを低減することを考慮している。表面改質活性炭は、喫煙物品及び生成される煙における遊離炭素粒子が低減される活性炭による吸着を可能にするために喫煙物品に使用することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
タバコを含むタバコロッド及びフィルタ、
を含み、
前記フィルタは、表面改質活性炭を含み、
前記表面改質活性炭は、
活性炭と、
前記活性炭の表面上の微細炭素粒子と、
前記活性炭の表面上の層と、
を含み、
前記層は、前記活性炭上の炭化水素化合物、炭素の付加的な層、又はポリマーを含み、
前記層がポリマーである場合、該ポリマーは、前記表面改質活性炭の全重量の約９−２０重量％である、
ことを特徴とするシガレット。
【請求項２】
前記炭化水素化合物は、無極性、弱極性の炭化水素化合物、ワックス、直鎖又は分枝パラフィン、又はポリマー性炭化水素を含み、
前記炭素の付加的な層は、前記表面改質活性炭内の細孔を少なくとも部分的に埋める非賦活炭素を含み、又は
前記ポリマーは、前記表面改質活性炭の全重量の１０−１８重量％又は１１−１７重量％の量で存在する、
ことを特徴とする請求項１に記載のシガレット。
【請求項３】
前記層は、炭素の付加的な層を含み、
前記炭素の層は、前記活性炭とは異なる密度を有し、かつ該活性炭の孔径分布を修正する、
ことを特徴とする請求項１に記載のシガレット。
【請求項４】
前記層は、炭素の付加的な層を含み、
前記炭素の付加的な層は、前記活性炭よりも高い密度を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のシガレット。
【請求項５】
前記層は、ポリマーを含み、
前記ポリマーは、無毒性、生分解性、及び／又は通気性ポリマーを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のシガレット。
【請求項６】
前記層は、ポリマーを含み、
前記ポリマーは、ポリプロピレン、ポリエチレン、シリコーンポリマー、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エチレングリコール）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（ビニルアセテート）、ポリ（ビニルアルコール）、ペクチン、アルギン酸、デンプン、又はブロック・ポリ（エチレンオキシド）−ポリ（プロピレンオキシド）コポリマー、又はそれらの誘導体を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のシガレット。
【請求項７】
前記活性炭は、活性炭の顆粒、球体、モノリス、ビーズ、粉末、又は繊維を含むことを特徴とする請求項１に記載のシガレット。
【請求項８】
前記層は、前記微細炭素粒子を該層の容積内に捕捉し、該微細炭素粒子を該層又は前記活性炭の表面に固定し、又は前記表面改質活性炭の機械的強度を該層のない前記活性炭を超える機械的強度まで高めることを特徴とする請求項１に記載のシガレット。
【請求項９】
前記層は、前記活性炭と前記微細炭素粒子を少なくとも部分的に覆うのに十分な厚みを有することを特徴とする請求項１に記載のシガレット。
【請求項１０】
前記層は、シガレットが喫煙される時にターゲット気相成分を吸着するのに有効であることを特徴とする請求項１に記載のシガレット。
【請求項１１】
前記層は、シガレットが喫煙される時に形成される喫煙流の力よりも大きな力で該層の表面上に前記微細炭素粒子を付着させるために帯電していることを特徴とする請求項１に記載のシガレット。
【請求項１２】
前記表面改質活性炭は、前記フィルタの空洞に位置していることを特徴とする請求項１に記載のシガレット。
【請求項１３】
前記微細炭素粒子は、直径が１０ミクロン未満であることを特徴とする請求項１に記載のシガレット。
【請求項１４】
空洞を有するフィルタ、
を含み、
前記空洞は、そこに表面改質活性炭を含み、
前記表面改質活性炭は、
活性炭と、
前記活性炭の表面上の微細炭素粒子と、
前記活性炭の表面上の層と、
を含み、
前記層は、炭化水素化合物、炭素の付加的な層、又はポリマーを含み、
前記層がポリマーである場合、該ポリマーは、前記表面改質活性炭の全重量の約９−２０重量％である、
ことを特徴とするシガレットフィルタ。
【請求項１５】
前記炭化水素化合物は、無極性又は弱極性の炭化水素化合物、ワックス、直鎖又は分枝パラフィン、又はポリマー性炭化水素を含み、
前記炭素の付加的な層は、前記表面改質活性炭内の細孔を少なくとも部分的に埋める非賦活炭素を含み、又は
前記ポリマーは、前記表面改質活性炭の全重量の１０−１８重量％又は１１−１７重量％の量で存在する、
ことを特徴とする請求項１４に記載のシガレットフィルタ。
【請求項１６】
前記層は、炭素の付加的な層を含み、
前記炭素の付加的な層は、前記活性炭よりも高い密度を有し、かつ該活性炭の孔径分布を修正する、
ことを特徴とする請求項１４に記載のシガレットフィルタ。
【請求項１７】
前記層は、ポリマーを含み、
前記ポリマーは、無毒性、生分解性、及び／又は通気性ポリマーを含む、
ことを特徴とする請求項１４に記載のシガレットフィルタ。
【請求項１８】
前記層は、ポリマーを含み、
前記ポリマーは、ポリプロピレン、ポリエチレン、シリコーンポリマー、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エチレングリコール）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（ビニルアセテート）、ポリ（ビニルアルコール）、ペクチン、アルギン酸、デンプン、又はブロック・ポリ（エチレンオキシド）−ポリ（プロピレンオキシド）コポリマー、又はそれらの誘導体を含む、
ことを特徴とする請求項１４に記載のシガレットフィルタ。
【請求項１９】
前記活性炭は、活性炭の顆粒、球体、モノリス、ビーズ、粉末、又は繊維を含むことを特徴とする請求項１４に記載のシガレットフィルタ。
【請求項２０】
前記層は、前記微細炭素粒子を該層の容積内に捕捉し、該微細炭素粒子を該層又は前記活性炭の表面に固定し、又は前記表面改質活性炭の機械的強度を該層のない前記活性炭を超える機械的強度まで高めることを特徴とする請求項１４に記載のシガレットフィルタ。
【請求項２１】
前記層は、前記活性炭と前記微細炭素粒子を少なくとも部分的に覆うのに十分な厚みを有することを特徴とする請求項１４に記載のシガレットフィルタ。
【請求項２２】
シガレットを製造する方法であって、
微細炭素粒子を表面上に有する活性炭を準備し、かつ
前記活性炭の表面上に層を形成する、
ことによって表面改質活性炭を形成する段階、
を含み、
前記層は、前記活性炭上の炭化水素化合物、炭素、又はポリマーを含み、
前記層がポリマーである場合、該ポリマーは、前記表面改質活性炭全重量の約９−２０重量％であり、
前記表面改質活性炭をシガレットフィルタ内に組み込む段階と、
前記シガレットフィルタをタバコロッドに取り付けて、シガレットを形成する段階と、
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記活性炭の表面上への前記層の形成は、
層化合物を溶媒又は溶媒混合物に溶融又は溶解して液体溶液を形成する段階と、
前記液体溶液に活性炭を懸濁し、前記層化合物を該活性炭内に含浸させる段階と、
前記溶媒又は溶媒混合物を除去する段階と、
を含む、
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記層化合物を溶媒又は溶媒混合物に溶融又は溶解する前記段階は、
石油ピッチ、コールタールピッチ、パインタールピッチ、又は合成芳香族ポリマーを溶媒又は溶媒混合物に混合又は溶解する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記層化合物を溶媒又は溶媒混合物に溶融又は溶解する前記段階は、
芳香族化合物を１−メチル−２−ピロジリノン（ＮＭＰ）、キノリン、トリクロロベンゼン、トルエン、キシレン、又はそれらの混合物に混合又は溶解する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
層化合物を溶媒又は溶媒混合物に溶融又は溶解する前記段階は、
周囲条件で低蒸気圧の約１気圧で約１５０℃よりも高い沸点を有する低揮発性で無極性又は弱極性の有機化合物又は有機化合物混合物を溶媒又は溶媒混合物に混合又は溶解する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記層化合物を溶媒又は溶媒混合物に溶融又は溶解する前記段階は、
ワックス、直鎖又は分枝パラフィン、ポリマー性炭化水素、又はそれらの混合物を溶媒又は溶媒混合物に混合又は溶解する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
層化合物を溶媒又は溶媒混合物に溶融又は溶解する前記段階は、
無毒性及び生分解性及び／又は通気性ポリマーを溶媒又は溶媒混合物に混合又は溶解する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
層化合物を溶媒又は溶媒混合物に溶融又は溶解する前記段階は、
ポリプロピレン、ポリエチレン、シリコーンポリマー、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エチレングリコール）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（ビニルアセテート）、ポリ（ビニルアルコール）、ペクチン、アルギン酸、デンプン、ポリ（エチレンオキシド）−ポリ（プロピレンオキシド）コポリマー、又はそれらの誘導体を溶媒又は溶媒混合物に混合又は溶解する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
層化合物を溶媒又は溶媒混合物に溶融又は溶解する前記段階は、
ポリマー化合物を水、アルコール、ヘキサン、又はそれらの混合物に混合又は溶解する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記液体溶液に活性炭を懸濁し、前記層化合物を該活性炭内に含浸させる前記段階は、
活性炭の顆粒、球体、モノリス、ビーズ、粉末、又は繊維を前記液体溶液に懸濁し、前記層化合物を該活性炭の顆粒、球体、モノリス、ビーズ、粉末、又は繊維内に含浸させる段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記液体溶液に活性炭を懸濁し、前記層化合物を該活性炭内に含浸させる前記段階は、
活性炭及び微細炭素粒子を前記液体溶液に懸濁し、前記層化合物を該活性炭内に含浸させる段階、
を含み、
前記層化合物は、前記微細炭素粒子を該層化合物部に捕捉する、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
前記液体溶液に活性炭を懸濁し、前記層化合物を該活性炭内に含浸させる前記段階は、活性炭及び１０ミクロン未満の直径を有する微細炭素粒子を該液体溶液に懸濁し、該層化合物を該活性炭内に含浸させ、かつ該活性炭の表面上に該微細粒子を固定する段階を含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３４】
前記層の前記形成段階は、
前記溶媒又は溶媒混合物を除去した後に、前記層化合物を加熱することによって該層化合物を炭化処理する段階、
を更に含み、
前記層化合物を炭化処理する前記段階は、前記活性炭と異なる密度を有する炭素層を形成する、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３５】
前記層化合物を加熱することによって該層化合物を炭化処理する前記段階は、該層化合物を約３００℃と１０００℃の間の温度を有する環境で加熱する段階を含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記液体溶液に活性炭を懸濁し、前記層化合物を該活性炭内に含浸させる前記段階は、該層化合物を該活性炭内にウェットネス−インシピアント含浸する段階、該層化合物を活性炭床を通して洗浄処理する段階、又は活性炭を該層化合物に浸す段階を含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３７】
タバコ主流煙を処理する方法であって、
喫煙物品から煙を吸引する段階、
を含み、
前記煙は、表面改質活性炭を含有するフィルタを通過し、
前記表面改質活性炭は、
活性炭と、
前記活性炭の内面及び外面上の層と、
を含み、
前記層は、前記活性炭上の炭化水素化合物、炭素の付加的な層、又はポリマーを含み、該層がポリマーである場合、該ポリマーは、前記表面改質活性炭全重量の約９−２０重量％である、
ことを特徴とする方法。
【請求項３８】
前記層は、煙が前記表面改質活性炭を含有する前記フィルタを通過する時に吸引される前記喫煙物品内の遊離微細炭素粒子を低減するようになっていることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、喫煙物品内の微細粒子の存在を低減するように処理された活性炭に関する。
【０００２】
【特許文献１】米国特許第６，０２６，８２０号
【特許文献２】米国特許第５，９８８，１７６号
【特許文献３】米国特許第５，９１５，３８７号
【特許文献４】米国特許第５，６９２，５２６号
【特許文献５】米国特許第５，６９２，５２５号
【特許文献６】米国特許第５，６６６，９７６号
【特許文献７】米国特許第５，４９９，６３６号
【特許文献８】米国特許第６，０５３，１７６号
【特許文献９】米国特許第５，９３４，２８９号
【特許文献１０】米国特許第５，５９１，３６８号
【特許文献１１】米国特許第５，３２２，０７５号
【発明の開示】
【０００３】
第１の実施形態では、活性炭は、喫煙物品内の微細粒子の形成及び存在を低減するように処理される。活性炭の表面は、活性炭の機械的一体性を改善するように改質され、従って微細粒子を形成する活性炭の傾向が減らされる。活性炭の表面は、存在する微細粒子を活性炭に付着又は固定して微細粒子の存在を低減するようにも改質される。活性炭の表面は、活性炭の外面及び内面上に炭化水素化合物層、ポリマー層、又は炭素層を形成することによって改質することができる。
【０００４】
別の実施形態では、シガレットは、タバコを含むタバコロッド及びフィルタを含み、このフィルタは、活性炭と、活性炭の表面上の微細炭素粒子と、活性炭の内面及び外面上の層とを含む表面改質活性炭を含み、この層は、活性炭上に炭化水素化合物、炭素の付加的な層、又はポリマーを含み、この層がポリマーである場合には、このポリマーは、表面改質活性炭全重量の約９−２０重量％である。
別の実施形態では、シガレットフィルタは、空洞を有するフィルタを含み、この空洞は、活性炭と、活性炭の表面上の微細炭素粒子と、活性炭の内面及び外面上の層とを含む表面改質活性炭を含み、この層は、活性炭上に炭化水素化合物、炭素の付加的な層、又はポリマーを含み、この層がポリマーである場合には、このポリマーは、表面改質活性炭全重量の約９−２０重量％である。
【０００５】
別の実施形態では、シガレットの製造方法は、表面上に微細炭素粒子を有する活性炭を準備し、かつ活性炭の内面及び外面上に層を形成することによって表面改質活性炭を形成する段階を含み、この層は、活性炭上に炭化水素化合物、炭素、又はポリマーを含み、層がポリマーである場合には、ポリマーは、表面改質活性炭全重量の約９−２０重量％であり、本方法は、表面改質活性炭をシガレットフィルタ内に組み込む段階と、シガレットフィルタをタバコロッドに取り付けてシガレットを形成する段階とを更に含む。
【０００６】
別の実施形態では、タバコ主流煙を処理する方法は、表面改質活性炭を含有するフィルタを通してタバコ主流煙を引き込むことによるものであり、この表面改質活性炭は、活性炭と、活性炭の表面上の微細炭素粒子と、活性炭の内面及び外面上の層とを含み、この層は、活性炭上に炭化水素化合物、炭素の付加的な層、又はポリマーを含み、この層がポリマーである場合には、このポリマーは、表面改質活性炭全重量の約９−２０重量％である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
活性炭とは、広範に発達した内部細孔構造を有する一群の炭素質吸着材を説明するために使用される総称である。活性炭は、無定形（非黒鉛）炭素を賦活することによって製造することができ、無定形（非黒鉛）炭素は、木材、亜炭、石炭、椰子殻、泥炭、ピッチ、ポリマー、セルロース繊維、又はポリマー繊維のような前駆体を炭化処理して炭化物を生成させることによって製造することができる。好ましくは、炭化処理は、３００−１０００℃である高温で行われ、不活性雰囲気内で６００℃を超える温度で行われることが望ましい。炭化処理の後に、例えば、二酸化炭素又は水蒸気である酸化剤を用いて無定形炭素又は炭化物を熱処理することにより、賦活を行うことができる。賦活中に、無定形炭素又は炭化物の炭素の一部が酸化剤と反応し、例えば、オングストロームからミクロン台の様々な寸法の細孔が活性炭内に形成される。
【０００８】
活性炭は、顆粒、球体、モノリス、ビーズ、粉末、又は繊維の形態とすることができる。例示的な実施形態では、活性炭は、約６メッシュから３００メッシュの平均粒径を有することができる。
活性炭は、ミクロ細孔、メゾ細孔、及びマクロ細孔の分布を含むことができる。用語「ミクロ細孔性」とは、約２０Å又はそれ未満の孔径を有するこうした材料を総称し、用語「メゾ細孔性」とは、約２０から５００Åの孔径を有するこうした材料を総称する。用語「マクロ細孔性」とは、約５００Åを超える孔径を称する。ミクロ細孔、メゾ細孔、及びマクロ細孔の相対的な量は、タバコ主流煙からの目標とされ除去されるように選択された成分に関連して予め選択することができる。従って、孔径及び細孔分布は、特定の用途について要求されるのに応じて調整することができる。
【０００９】
活性炭は、喫煙物品の１つ又はそれよりも多くの個所に組み込むことができる。活性炭は、例えば、タバコロッド内のタバコであるタバコとのそれらの相互作用を低減するために、好ましくはフィルタ内に配置される。例えば、活性炭は、円筒形のフリーフローフィルタの流路内に、フリーフローフィルタ内に、繊維質材料と混合されて、及び／又は空隙に配置される。
高活性炭は、過酷な炭化処理及び賦活処理から生じる固有の多孔質構造のため本質的に粉末が多い。微細粒子又は「ダスト」又は１０ミクロン未満の粒径を有する炭素は、活性炭の機械的一体性に対する炭化処理及び賦活処理の過酷さのために、これらの処理のいずれか又は両方の間に生成されることが多い。更に、炭素粒子がシガレットフィルタの空洞に加えられるシガレット製造時に、炭素粒子の機械的取扱いが、付加的な微細粒子生成をもたらす可能性がある。
【００１０】
喫煙中にシガレットを通って引き込まれる喫煙流内にこうした微細粒子が同伴されるのを回避することが望ましいであろう。
従来的には、これらの微細粒子は、活性炭を水と共に攪拌して洗浄することによって除去されていた。しかし、活性炭の若干脆弱な性質のために、付加的な微細粒子が洗浄後に形成される可能性がある。
活性炭の微細粒子の量及び機械的強度は、前駆体の起源及び賦活処理に応じて変動する。例えば、椰子殻のようなより低密度の前駆体から形成された活性炭は、ピッチのようなより高密度の前駆体から形成された活性炭よりも低い密度及び低い機械強度を有する傾向がある。しかし、ピッチを処理することは、より高価になる傾向があり、かつ例えば粒体のような一部の形態では、利用できない可能性がある。従って、高価でない活性炭は、より低い機械的強度を有することができ、従って、微細粒子の増加した量ももたらす。
【００１１】
更に、賦活工程の後でも、上述のような活性炭の若干脆弱な性質によって微細粒子が生成される可能性がある。例えば、活性炭が喫煙物品内に設けられる時に、活性炭の包装、輸送、及び／又は他の加工中の減耗、包装中の活性炭粒子の間の摩耗、及び活性炭の圧密によって微細粒子が喫煙物品内に形成される可能性がある。従って、本明細書で提供する実施形態は、活性炭の機械的強度を高め、同じく存在する微細粒子の量を低減する。
本発明で使用される「表面改質活性炭」には、層を上に有する機械的強化活性炭、又は層を上に形成することによって表面改質され、次にその層を処理してこの層をより高い強度の表面改質のものに変換させた活性炭が含まれる。
【００１２】
好ましい実施形態は、喫煙物品内の微細粒子の存在及び生成を低減するために、表面改質活性炭を形成することによって微細粒子を低減する方法を含む。表面改質活性炭を形成することにより、活性炭は、破損に対する高い機械的強度を有することができ、微細粒子の生成を少なくすることができる。更に、表面改質活性炭を使用することにより、存在するあらゆる微細粒子を表面改質活性炭上に固定することができ、喫煙物品内の微細粒子による汚染が低減される。
【００１３】
本明細書で使用される用語「炭化水素化合物」は、より低分子量の炭化水素を含むことが意図され、一方で用語「ポリマー」は、より高分子量の炭化水素並びに他のポリマー組成物を含むことが意図されている。例えば、例示的な炭化水素としては、ワックス、パラフィンなどが挙げられ、一方でポリマーとしては、ポリプロピレン、ペクチンなどが挙げられる。
上述のように、活性炭は、ワックスのような炭化水素の層を活性炭上に形成させることによって表面改質することができ、一方、炭化水素化合物は、活性炭の外面及び内面に付着することができる。この付着により、炭化水素化合物は、活性炭の機械的一体性を高めて活性炭を強化することができ、同時に微細粒子を層内に被覆することができる。
【００１４】
代替的に、活性炭は、ポリプロピレン又はペクチンのようなポリマーの層を活性炭上に形成させることによって表面改質することができ、一方、ポリマーは、ワックスと同様に活性炭の外面及び内面に付着することができる。ここでもまた、この付着により、炭化水素化合物は、活性炭の機械的一体性を高めて活性炭を強化することができ、同時に微細粒子を層内に被覆することができる。
あるいは、更に別の代替案として、表面改質活性炭は、ピッチのような芳香族化合物を活性炭の外面及び内面に予め設けて、その芳香族化合物及び活性炭を熱処理して活性炭上に炭素層を形成させることによって形成することができる。活性炭の多孔質組織上にこの炭素層を形成することにより、一部の細孔が埋められる可能性があり、従って、活性炭の細孔分布が変化する。また、炭素層の付加は、活性炭の密度が高められることを可能にし、それはまた、活性炭の強度を増大させることができる。炭素層の付加は、微細粒子が炭素層によって固定されることも可能にする。結局、炭素層は、活性炭を形成するのに使用された前駆体材料よりも高い密度を有する前駆体材料を用いて形成することができる。例えば、ピッチ前駆体を炭素層を形成するために設け、一方で活性炭を形成するために椰子殻前駆体を設けることにより、より廉価な椰子殻前駆体の活性炭のベースを提供することによる低コストでピッチ前駆体の炭素層からの高い強度を有する炭素被覆活性炭を形成することができる。
【００１５】
上述のように、表面改質活性炭は、活性炭の機械的強度を改善し、その微細粒子の量を低減する。望ましくは、表面改質は、喫煙物品の保管中に喫煙物品内で緩みを生じる可能な活性炭の破損を低減し、その破損部分の量を低減するのに使用することができる。
炭化水素化合物が活性炭を表面改質するために使用される時、炭化水素化合物は、活性炭の内面及び外面上に形成することができる。これは、最初に、溶媒又は溶媒混合物内に炭化水素化合物を融解又は溶解し、好ましくは均一な液体溶液である液体溶液を形成させることによって行われる。次に、活性炭は、炭化水素化合物を活性炭内に含浸させるためにその液体溶液内に懸濁することができる。次に、活性炭から溶媒を蒸発させるか又は抽出することによって溶媒を除去することができ、活性炭の内面及び外面上に好ましくは薄く均一な層である炭化水素層が形成される。
【００１６】
活性炭上に炭化水素化合物層を形成することにより、活性炭の内面又は外面上に存在する微細粒子を炭化水素化合物層内部に取り込むことができ、又は活性炭の内面又は外面上にこの層によって被覆又は固定することができ、そのようにして遊離微細粒子の数が低減される。更に、活性炭上の炭化水素化合物層は、活性炭の機械的一体性を高めることができ、そのためにこの層状活性炭が振動又は他の機械的外乱を受けた時に、より少ない微細粒子が形成及び／又は放出され、それはまた、微細粒子のレベルを低下することができる。換言すれば、例えば、粘性ワックス層を活性炭上に形成することができ、一方、粘性ワックスは、活性炭と微細粒子の両方に固着し、粘性ワックス層はまた、その粘性のために活性炭の機械的強度を高める。
【００１７】
炭化水素化合物層と弱極性である場合が多い活性炭との間の界面張力をできるだけ小さくするために、炭化水素化合物は、好ましくは無極性又は弱極性のいずれかである。無極性又は弱極性炭化水素化合物を使用することにより、この層の改善した均一性を極性に基づいて達成することができる。更に、炭化水素化合物の無極性又は弱極性は、ターゲット無極性又は弱極性喫煙成分に対する活性炭の選択性を変化させることができる。
【００１８】
炭化水素化合物は、活性炭上の炭化水素化合物の安定性を保証するために、好ましくは、周囲条件で低蒸気圧である約１気圧で約１５０℃を超える沸点を有する低揮発性材料である。従って、炭化水素化合物は、炭化水素化合物被覆活性炭をその中に有するシガレットの喫煙時に蒸発しないようにして設けることができる。活性炭を被覆するのに使用することができる炭化水素化合物の一例としては、以下に限定されるものではないが、ワックス、直鎖又は分枝パラフィン、又はポリマー性炭化水素が挙げられ、それらの炭化水素化合物は、固体又は液体の形態で設けることができる。こうした炭化水素化合物は、好ましくは、一方で活性炭上の移動を妨げる高い粘性を有する。例示的な溶媒としては、以下に限定されるものではないが、エーテル、アセトン、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）、ヘキサン、トルエン、及びキシレンが挙げられる。
【００１９】
炭化水素化合物に対する代替物として、上述のように、ポリマーもまた活性炭を被覆するために使用することができる。ポリマーが活性炭を表面改質するために使用される場合には、このポリマーは、活性炭の内面及び外面上に形成することができる。これは、最初に、溶媒又は溶媒混合物内にポリマーを融解又は溶解し、好ましくは均一な液体溶液である液体溶液を形成させることによって行われる。次に、ポリマーは、その液体溶液を活性炭内に浸み込ませることによって活性炭内に取り込むことができ、そのようにしてポリマーが活性炭内に含浸される。その結果、含浸したポリマーは、好ましくは薄い均一な厚みの層であるポリマー層を活性炭の内面及び外面上に形成することができる。例えば、活性炭は、液体溶液を活性炭床に通過させるか又は液体溶液に炭素を浸み込ませ、次に、過剰の溶液を除去することによる液体溶液でのウェットネス−インシピアント含浸によって層状にすることができる。次に、段階的熱処理を行うことができ、溶媒が消散されて、活性炭の内部細孔構造に悪影響を及ぼさずに活性炭の細孔構造が開放される。例えば、１００から３００℃の温度範囲での段階的熱処理をヘキサンのような溶媒を消散させるのに使用することができる。
【００２０】
好ましくは、活性炭上に被覆されたポリマーの量は、機械的強度をもたらし、一方で細孔への接近可能性、従って活性炭の喫煙吸着特性を依然としてもたらすために、全体のポリマー被覆活性炭重量の約９から２０重量％である。代替的に、ポリマーは、約１０−１８％、１１−１７重量％、１２−１６重量％、１０−１２重量％、１２−１４重量％、１４−１６重量％、１６−１８重量％、又は１８−２０重量％で設けられ、活性炭の機械的強度と活性炭の吸着特性との釣り合いが取られる。
上述の利点に加え、ポリマー層を使用する別の利点は、ポリマー層が、静電気力などによる電気力で微細粒子を捕捉することができる電荷を保持することができることである。
【００２１】
更に、ポリマー層の透過率を調整することができ、従って、層状活性炭によってターゲット成分の吸着を選択することが可能になる。例えば、シガレットフィルタ内のポリマー層状活性炭は、シガレットが喫煙された時にシガレット喫煙の一酸化炭素又は他の特定のガス状成分を活性炭が選択的に吸着することができるように特別に選択されたポリマーを含むことができる。
例示的なポリマーは、無毒性であり、かつ好ましくは生分解性及び／又はシガレット喫煙が活性炭に接近するようにポリマーを透過することができるような喫煙通気性である。更に、例示的なポリマーは、好ましくは食品医薬品局（ＦＤＡ）によって認可され、かつ長期の貯蔵寿命を有するものである。こうしたポリマーの例としては、以下に限定されるものではないが、ポリプロピレン、ポリエチレン、シリコーンポリマー、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エチレングリコール）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（ビニルアセテート）、ポリ（ビニルアルコール）、様々なブロック・ポリ（エチレンオキシド）−ポリ（プロピレンオキシド）コポリマー、他のコポリマー又は他のブロックコポリマー、又はそれらの誘導体のような合成ポリマー及び／又はペクチン、アルギン酸、又はデンプンのような天然ポリマーが挙げられる。
【００２２】
例示的な溶媒又は共溶媒は、好ましくは比較的低い沸点を有し、上述の例示的なポリマーを溶媒和することができ、例示的な溶媒としては、以下に限定されるものではないが、水、メタノール又はエタノールのようなアルコール、又はヘキサンが挙げられる。
炭化水素化合物又はポリマーでなく、芳香族化合物からの炭素層が活性炭を表面改質するために使用される場合、芳香族化合物を活性炭の内面及び外面上に形成することができる。これは、最初に、溶媒又は溶媒混合物内に芳香族化合物を融解又は溶解し、好ましくは均一な液体溶液である液体溶液を形成させることによって行われる。次に、その液体溶液内に活性炭を懸濁させることができ、芳香族化合物は、活性炭内に含浸され、従って活性炭の表面を覆う。次に、溶媒を濾過によって除去することができ、次に、残りの溶媒が蒸発又は抽出によって除去される。
【００２３】
溶媒が除去された後、層状活性炭は、所定の加熱スケジュールに従った加熱によって安定化させることができ、それによって芳香族化合物は、炭化処理よりも前に安定化した不融性の形態に変換される。次に、その安定化した不融性形態の芳香族化合物は、不活性雰囲気内で活性炭上のその安定化した不融性形態の芳香族化合物を熱処理することによって炭化処理することができる。安定化した不融性形態の芳香族化合物の炭化処理により、新規な炭素層を活性炭の表面上にその結果形成することができる。
【００２４】
炭素層の賦活は、炭素層の少なくとも一部の損失を生じさせ、その機械的強度の低下を招く可能性があるので、好ましくは、活性炭上の炭素層は、それ自体は賦活されない。従って、炭素層の賦活を行うことができても、こうした賦活は、起こり得る損失の問題のために好ましくないものである。
使用することができる芳香族化合物の例としては、以下に限定されるものではないが、石油ピッチ、コールタールピッチ及びパインタールピッチ、他の天然又は合成芳香族化合物、並びにそれらの混合物が挙げられる。これらの芳香族化合物は、それらの高密度の理由で好ましく、言い換えると、それは、炭化処理の後でのより低密度の炭素質前駆体の炭化処理によって達成することができるものよりも高い機械的強度の炭素をもたらす。このようにして、より低密度の前駆体の活性炭上をピッチ前駆体で被覆してそれを炭化処理することにより、炭化処理ピッチのより高い機械的強度を廉価で低密度の前駆体活性炭上にもたらすことができる。
芳香族化合物を融解又は溶解させるのに使用することができる溶媒の例としては、以下に限定されるものではないが、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）、キノリン、トリクロロベンゼン、トルエン、キシレン、芳香族化合物を溶解するのに使用される他の溶媒、及びそれらの混合物を含むことができる。
【００２５】
Ｃ．喫煙物品
この表面改質活性炭は、好ましくは喫煙物品内で、具体的には喫煙物品のフィルタ部分に使用される。本明細書で想定される喫煙物品には、従来的及び非従来的シガレットのようなシガレット、シガー、及び他の喫煙装置が含まれる。非従来的シガレットには、例えば、本出願人に譲渡された米国特許第６，０２６，８２０号、第５，９８８，１７６号、第５，９１５，３８７号、第５，６９２，５２６号、第５，６９２，５２５号、第５，６６６，９７６号、及び第５，４９９，６３６号に説明した電気喫煙システムのためのシガレットが含まれ、これらの開示内容は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている。
【００２６】
シガレットは、多くの場合にタバコロッド又はシガレットロッドと呼ばれるタバコ含有部分と、フィルタチッピングと呼ばれることがあるフィルタ部分とである２つの区分を通常含む。チッピング紙は、タバコロッドの末端部分に重なり、フィルタとタバコロッドを一緒に保持する。
シガレットのタバコロッド又はタバコ含有要素は、シガレット包装紙を通常含み、その中にタバコの細片が紙の継ぎ目を接着剤で結合して包まれる。
【００２７】
タバコロッドが喫煙のために火をつけられ又は加熱された時、タバコ主流煙は、着火又は加熱端からタバコロッドのフィルタ端まで下流側に吸引され、フィルタを通過して更に下流側に吸引される。
用語「主流煙」は、タバコロッドのような喫煙物品を通過して下り、フィルタ先端を通るような端部から流出する気体及び／又はエーロゾルの混合物、すなわち、シガレットの喫煙中にシガレットの吸口端から流出又は吸引される煙の量を含むものである。主流煙は、タバコの加熱領域と包装紙を通過して吸い込まれる空気を含有する。
【００２８】
シガレット（又は喫煙物品）の「喫煙」は、シガレットの一端に点火してシガレットの吸口端を通過して煙を下流に吸引することに伴って生じ、一方、そこに含有されたタバコは、燃焼反応又は加熱を受ける。しかし、シガレットは、他の手段によっても喫煙することができる。例えば、シガレットは、例えば、本出願人に譲渡された米国特許第６，０５３，１７６号、第５，９３４，２８９号、第５，５９１，３６８号、又は第５，３２２，０７５号に説明されているように電気加熱器を用いてシガレットを加熱することにより喫煙することができ、これらの特許の各々は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている。
【００２９】
使用することができる適切な種類のタバコ材料の例としては、以下に限定されるものではないが、火力乾燥タバコ、バーレイタバコ、メリーランドタバコ、オリエンタルタバコ、レアタバコ、特殊タバコ、再生タバコ、及びそれらの配合物などが挙げられる。タバコ材料は、あらゆる適切な形態で提供することができ、それらの形態には、以下に限定されるものではないが、タバコラミナ、容積膨張又はパフドタバコのような加工タバコ、カットロールド又はカットパフド・ステムのような加工タバコステム、再生タバコ材料、及びそれらの配合物などが含まれる。タバコの代用品もまた使用することができる。
【００３０】
シガレット製造では、タバコは、カット充填剤の形態、すなわち、約１／１０インチから１／２０インチ、又は更に１／４０インチの範囲の幅に切断された細片又はストランドの形態で普通使用される。ストランドの長さは、約０．２５インチから約３．０インチに及ぶ。シガレットは、上述のように、１つ又はそれよりも多くの香料又は他の添加物（例えば、燃焼添加物、燃焼調整剤、着色剤、結合剤など）を含むことができる。
フィルタのフィルタ材料は、タバコ喫煙フィルタ要素に使用するための様々な繊維材料のいずれかとすることができる。代表的な材料としては、セルロースアセテート、ポリプロピレン、又は紙が挙げられる。好ましくは、フィルタ材料は、セルロースアセテートであることになる。
【００３１】
様々なシガレットフィルタ構成を使用することができ、その場合、使用することができる例示的なフィルタとしては、以下に限定されるものではないが、モノフィルタ、二重フィルタ、三重フィルタ、単一又は多重空洞フィルタ、凹型フィルタ、フリーフローフィルタ、及びその組合せなどが挙げられる。
モノフィルタは、典型的に、セルロースアセテート・トウ又はセルロース紙の材料を含有する。純粋モノセルロースフィルタ又は紙フィルタは、良好なタール及びニコチン保持力をもたらし、かつ分解性が高い。二重フィルタは、典型的に、セルロースアセテートの吸口端及び純粋セルロース又はセルロースアセテートセグメントを含む。二重フィルタ内のセグメントの長さ及び圧力低下は、最良の吸着をもたらし、一方で許容することができる吸引抵抗を維持するように調整することができる。三重フィルタは、吸口部及び喫煙材料又はタバコ側セグメント、並びに紙を含む中央セグメントを含むことができる。空洞フィルタは、少なくとも１つの空洞によって分離された例えばアセテート−アセテート、アセテート−紙、又は紙−紙である２つのセグメントを含む。凹型フィルタは、吸口側に開いた空洞を含む。
【００３２】
好ましくは、表面改質活性炭は、上述のように喫煙物品のフィルタ内に設けられる。このフィルタは、換気することができ、及び／又は表面改質活性炭に加えて、他の吸着剤、触媒、又は喫煙物品のフィルタ内での使用に適切な添加物を含むことができる。
上述の事項の変形及び修正は当業者には明らかであろう。そのような変形及び修正は、本明細書の特許請求の範囲及び視野の中にあると考えるものとする。
【国際調査報告】
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