(57)【要約】  喫煙物品は、喫煙可能材料および喫煙可能材料の下流にある活性炭材料を含む。活性炭材料は、約０．９以下の細い微小孔容積の合計微小孔容積に対する比を持つ。活性炭材料は、カーボンオントウ構成、プラグ−スペース−プラグ構成、またはその他の任意の適切な構成の活性炭としうる。活性炭材料は、約０．９以上の合計微小孔容積の合計空孔容積に対する比を持ちうる。活性炭材料は、約５０００マイクロモル／グラム以下の濃度の表面酸素を含有しうる。活性炭材料は、約１１００ｍ2／ｇ以上のＢＥＴ表面積を持ちうる。【選択図】図５
2017510266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
喫煙物品であって、
喫煙可能材料と、
前記喫煙可能材料の下流にある活性炭材料であって、前記活性炭材料が約０．９以下の細い微小孔容積の合計微小孔容積に対する比を持ち、また前記活性炭材料が昇温脱離法によって決定された約５０００マイクロモル／グラム以下の濃度で表面酸素を含有する喫煙物品。
【請求項２】
前記活性炭材料が約０．８以下の細い微小孔容積の合計微小孔容積に対する比を持つ、請求項１に記載の喫煙物品。
【請求項３】
前記活性炭材料が約１１００ｍ2／ｇ以上のＢＥＴ表面積を持つ、請求項１または請求項２に記載の喫煙物品。
【請求項４】
前記活性炭材料が約１６００ｍ2／ｇのＢＥＴ表面積を持つ、請求項１または請求項２に記載の喫煙物品。
【請求項５】
前記活性炭材料が約０．９以上の合計微小孔容積の合計空孔容積に対する比を持つ、請求項１〜４のいずれか１項に記載の喫煙物品。
【請求項６】
前記活性炭材料が約０．９５以上の合計微小孔容積の合計空孔容積に対する比を持つ、請求項１〜５のいずれか１項に記載の喫煙物品。
【請求項７】
前記活性炭材料が昇温脱離法により決定される約３０００マイクロモル／グラム以下の濃度で表面酸素を含有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の喫煙物品。
【請求項８】
前記表面酸素濃度が、前記活性炭を１００ミリリットル／分のヘリウム流量レートで９５０℃まで２０℃／分のレートで加熱することにより決定される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の喫煙物品。
【請求項９】
前記活性炭材料が前記喫煙物品のフィルター内に存在する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の喫煙物品。
【請求項１０】
前記フィルターが酢酸セルローストウを含む、請求項９に記載の喫煙物品。
【請求項１１】
前記活性炭が前記酢酸セルローストウ中またはその上に組み込まれる、請求項１０に記載の喫煙物品。
【請求項１２】
前記フィルターが第一および第二の酢酸セルローストウ要素を含み、また前記活性炭材料が前記第一および第二の酢酸セルローストウ要素の間に配置される、請求項１０に記載の喫煙物品。
【請求項１３】
方法であって、
約０．９以下の細い微小孔容積の合計微小孔容積に対する比を持ち、かつ昇温脱離法によって決定される約５０００マイクロモル／グラム以下の濃度で表面酸素を持つ、活性炭材料を提供する工程と、
喫煙物品で使用するためのフィルター材料を提供する工程と、
前記活性炭材料および前記フィルター材料を組み合わせて喫煙物品用のフィルターを形成する工程とを含む、方法。
【請求項１４】
前記フィルターを喫煙物品に組み込む工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、喫煙物品に適した活性炭、そのような活性炭を含むフィルター、および関連する喫煙物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
紙巻たばこなどの可燃性喫煙物品は一般に、たばこロッドを形成する紙ラッパーによって囲まれた細かく切られたたばこ（通常はカットフィラーの形態）を持つ。紙巻たばこは、紙巻たばこの一方の端に点火し、たばこロッドを燃焼することにより、喫煙者によって使用される。次に喫煙者は、典型的にフィルターを含む紙巻たばこの反対の端または口側の端で吸い込むことにより、主流煙を受け入れる。フィルターは、主流煙が喫煙者に送達される前に主流煙のいくらかの成分を取り込むように位置し、煙成分を吸着するための活性炭を含みうる。
【０００３】
喫煙物品で使用するための活性炭の空孔は、微小孔性（２ｎｍ以下）またはメソ細孔性（２ｎｍ〜５０ｎｍ）として特性評価されてきており、メソ細孔の微小孔に対する比を増大させることが煙成分の吸着にとって有利となりうることを示唆する報告がある。ごく最近、細い微小孔（ｎａｒｒｏｗ  ｍｉｃｒｏｐｏｒｅｓ）と呼ばれる微小孔の部分集合について記載されている。細い微小孔は０．７ｎｍ以下のサイズを持つ。一部では、低濃度での工業過程のガス流中にある揮発性有機汚染物質用に活性炭の吸着容量を最適化するために細い微小孔の量を最大化する必要があることが示唆されてきた。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一つの目的は、喫煙物品のフィルター内に活性炭を使用することであり、ここでその活性炭は、喫煙物品でこれまで使用されてきたかまたは使用が提案されてきた既存の活性炭よりも少なくとも選択した煙成分を除去するのに有効である。本発明のその他の目的は、下記の請求の範囲および添付図面を含む本開示を読んで理解することで当業者にとって明らかとなろう。
【０００５】
本発明の態様において、喫煙物品は喫煙可能材料および喫煙可能材料の下流にある活性炭材料を含む。活性炭材料は、約０．９以下の細い微小孔容積の合計微小孔容積に対する比を持ち、かつ昇温脱離法により決定される約５０００マイクロモル／グラム以下の濃度での表面酸素を持つ。
【０００６】
本発明の態様において、方法は、（ｉ）約０．９の細い微小孔容積の合計微小孔容積に対する比を持つ、または／および昇温脱離法により決定される約５０００マイクロモル／グラム以下の濃度での表面酸素を持つ活性炭材料を提供する工程と、（ｉｉ）喫煙物品で使用するためのフィルター材料を提供する工程と、および（ｉｉｉ）活性炭材料およびフィルター材料を組み合わせて喫煙物品用のフィルターを形成する工程とを含む。
【０００７】
本発明のフィルターおよび喫煙物品の様々な態様は、現時点で入手可能なフィルターおよび喫煙物品に比べて１つ以上の利益を持ちうる。例えば、少なくとも選択された煙成分を除去するための活性炭の効率を改善することで、使用される活性炭材料を少なくすることができ、それによって製造コストが削減される。活性炭材料の使用が少なくなることで、結果的に粒子破過も少なくなりうる。さらなる例として、煙成分の選択的な吸着は、結果的に喫煙の体験をより良いものとしうる。例えば、風味の改善は、風味成分を含むすべての成分ではなく、選択的な成分を除去することにより起因しうる。当業者にとって、本開示を読んで理解することで、本明細書で説明したフィルターおよび喫煙物品の１つ以上の態様のさらなる利点は明らかであろう。
【０００８】
活性炭は、広範囲に発達した内部空孔構造を有する炭素質の吸着剤の種類を説明するために使用される一般的な用語である。活性炭は、木材、亜炭、石炭、ココナッツのハスクまたは殻、ピート、ピッチ、ポリマー、セルロース繊維、ポリマー繊維、またはこれに類するものなどの、炭素質の原料物質から製造されうる。活性炭は、物理的活性化または化学的活性化などの適切な任意のプロセスによって製造されうる。物理的活性化では、原料物質は、炭化、活性化／酸化または炭化および活性化／酸化により、高温ガスを使用して活性炭となる。炭化プロセスは、酸素の不在下で一般に約６００℃〜約９００℃の範囲の高温で原料物質を熱分解する工程を含む。活性化／酸化には、炭化した材料を蒸気、二酸化炭素または酸素などの酸化性雰囲気に、２５０℃を超える温度で暴露する工程が含まれる。活性化／酸化の温度は、一般に約６００℃〜約１２００℃の範囲である。
【０００９】
化学的活性化には、未加工の原料物質に、リン酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、塩化カルシウム、または塩化亜鉛などの酸、塩基または塩などの一定の化学薬品を浸み込ませる工程が含まれる。未加工の材料は次に、一般に物理的活性化炭化よりも低い温度で炭化される。例えば、化学的活性化炭化の温度は、約４５０℃〜約９００℃の範囲としうる。炭化および活性化は同時に発生しうる。
【００１０】
本開示の目的で、炭素質の原料物質は適切な任意のプロセスによって活性されうる。例えば、活性化プロセスは化学的活性化を含むことができるが、これには物理的活性化と比べて短い活性化の時間および低い温度が含まれうる。別の方法として、物理的活性化を採用してもよい。
【００１１】
空孔サイズおよび表面特性は、活性炭が、１，２−プロパジエン、１，３−ブタジエン、イソプレン、ベンゼン、１，２−ペンタジエン、１，３−シクロペンタジエン、２，４−ヘキサジエン、１，３−シクロヘキサジエン、メチル−１，３−シクロペンタジエン、ベンゼン、トルエン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、ｏ−キシレン、スチレン（ビニルベンゼン）、１−メチルピロール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アクロレイン、プロピオンアルデヒド、イソブチルアルデヒド、２−メチルイソバレルアルデヒド、アセトン、メチルビニールケトン、ジアセチル、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチル２−フリルケトン、シアン化水素およびアクリロニトリルなど選択した煙成分を除去できる効率に影響を及ぼすことができる周知の技法に応じて変化しうる。本発明のフィルターおよび喫煙物品で使用するための活性炭は、ベンゼン、アクロレイン、またはベンゼンとアクロレインの両方を効率よく除去することが好ましいが、１つ以上のその他の煙成分も除去しうる。
【００１２】
本発明のフィルターまたは喫煙物品で使用するための活性炭は、合計空孔容積に対して約１０％以下のメソ細孔容積を持つことが好ましい。メソ細孔は、２ナノメートル〜５０ナノメートルのサイズを持つ空孔である。合計空孔容積に対するメソ細孔容積は約５％以下であることがより好ましい。
【００１３】
本発明のフィルターまたは喫煙物品で使用するための活性炭は、約９０％以上の微小孔容積の合計空孔容積に対する比を持つことが好ましい。微小孔は、２ナノメートル以下のサイズを持つ空孔である。合計空孔容積に対する微小孔容積は約９５％以上であることがより好ましい。さらには、合計空孔容積に対する微小孔容積は約９６％以上または約９８％以上であることがより好ましい。
【００１４】
本発明のフィルターまたは喫煙物品で使用するための活性炭は、約０．９以下の細い微小孔の合計空孔に対する比を持つことが好ましい。細い微小孔は、０．７ナノメートル以下のサイズを持つ空孔である。細い微小孔の合計空孔に対する比は約０．８５以下であることがより好ましい。細い微小孔の合計空孔に対する比は約０．８以下であることがさらに好ましい。細い微小孔の合計空孔に対する比は約０．７５以下であることがなおさらに好ましい。
【００１５】
本発明のフィルターまたは喫煙物品で使用するための活性炭は、約５０００マイクロモル／グラム以下の表面酸素濃度を含むことが好ましい。表面酸素濃度は約４０００マイクロモル／グラム以下であることがより好ましい。表面酸素濃度は約３０００マイクロモル／グラム以下であることがさらに好ましい。表面酸素濃度は約２０００マイクロモル／グラム以下であることがなおさらに好ましい。
【００１６】
本発明のフィルターまたは喫煙物品で使用するための活性炭は、約１１００ｍ2／ｇ以上の比表面積（ＢＥＴ）を持つことが好ましい。一般的に、活性炭は約２５００ｍ2／ｇ以下のＢＥＴを持つ。活性炭は約１６００ｍ2／ｇのＢＥＴを持つことが好ましい。
【００１７】
一部の好ましい実施形態において、本発明のフィルターまたは喫煙物品で使用するための活性炭は、約０．７５以下の細い微小孔容積の合計微小孔容積に対する比を持ち、かつ約０．９以上の合計微小孔容積の合計空孔容積に対する比を持つ。こうした実施形態において、活性炭は適切な任意のＢＥＴを持つことができるが、この値は約２５００ｍ2／ｇ未満であることがよくありうる。好ましくは、ＢＥＴは約１１００ｍ2／ｇ以上である。好ましくは、ＢＥＴは約１６００ｍ2／ｇ以上である。
【００１８】
一部の好ましい実施形態において、本発明のフィルターまたは喫煙物品で使用するための活性炭は、約２０００マイクロモル／グラム以下の表面酸素濃度を持ち、かつ約０．９５以上の合計微小孔容積の合計空孔容積に対する比を持つ。こうした実施形態において、活性炭は適切な任意のＢＥＴを持つことができるが、この値は約２５００ｍ2／ｇ未満であることがよくありうる。好ましくは、ＢＥＴは約１１００ｍ2／ｇ以上である。好ましくは、ＢＥＴは約１６００ｍ2／ｇ以上である。
【００１９】
一部の好ましい実施形態において、本発明のフィルターまたは喫煙物品で使用するための活性炭は、約０．７５以下の細い微小孔容積の合計微小孔容積に対する比を持ち、約２０００マイクロモル／グラム以下の表面酸素濃度を持ち、かつ約０．９５以上の合計微小孔容積の合計空孔容積に対する比を持つ。こうした実施形態において、活性炭は適切な任意のＢＥＴを持つことができるが、この値は約２５００ｍ2／ｇ未満であることがよくありうる。好ましくは、ＢＥＴは約１１００ｍ2／ｇ以上である。好ましくは、ＢＥＴは約１６００ｍ2／ｇ以上である。
【００２０】
上記で考察した通り、活性炭の空孔サイズの分布特性および表面特性（表面酸素濃度など）を制御する能力は当技術で周知である。例えば、（ｉ）ＷＯ  ２０１０／１０３３２３  Ａ１（題名：ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＩＮＣＲＥＡＳＩＮＧ  ＭＥＳＯＰＯＲＥＳ  ＩＮＴＯ  ＭＩＣＲＯＰＯＲＯＵＳ  ＣＡＲＢＯＮ（微小孔性炭素内にメソ細孔を増大させる方法））、（ｉｉ）Ｌｉｌｌｏ−Ｒｏｄｅｎａｓ  ｅｔ  ａｌ．（２００５）、Ｂｅｈａｖｉｏｕｒ  ｏｆ  ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎｓ  ｗｉｔｈ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  ｐｏｒｅ  ｓｉｚｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｏｘｙｇｅｎ  ｇｒｏｕｐｓ  ｆｏｒ  ｂｅｎｚｅｎｅ  ａｎｄ  ｔｏｌｕｅｎｅ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ  ａｔ  ｌｏｗ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ（低濃度でのベンゼンおよびトルエンの吸着について異なる空孔サイズ分布および表面酸素群での活性炭の挙動）、Ｃａｒｂｏｎ  ４３：  １７５８−１７６７、および（ｉｉｉ）Ｒｏｍｅｒｏ−Ａｎａｙａ、ｅｔ  ａｌ．（２０１０）、Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｆｏｒ  ｌｏｗ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ｔｏｌｕｅｎｅ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ（低濃度トルエン吸着用の球体活性炭）、Ｃａｒｂｏｎ  ４８：２６２５−２６３３を参照のこと。一般に、空孔サイズ分布特性および表面特性は、活性化雰囲気（例えば、Ｏ2、ＣＯ2または蒸気）および活性化の時間および温度を調節することで容易に修正できる。さらなる処理（例えば、不活性雰囲気において）を実施して、空隙率を修正することなく、表面酸素含有量を修正しうる。当業者であれば、本発明のフィルターおよび喫煙物品で使用するための活性炭を実現するための活性化パラメータを容易に調節しうる。基準点として、活性炭は、下記に提示した例に記述した通り、または適切な活性炭材料を実現するために要望に応じて例に提示した手順を修正して準備されうる。
【００２１】
空孔サイズ分布は適切な任意の方法で決定されうる。例えば、微小孔容積は、Ｄｕｂｉｎｉｎ−Ｒａｄｕｓｈｋｅｖｉｃｈ式を用いて、−１９６℃でのＮ2吸着等温線から計算されうるが、例えば、Ｇｒｅｇｇ  ＳＪ、Ｓｉｎｇ  ＫＳＷ（Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｐｏｒｏｓｉｔｙ（吸着、表面科学および空隙率）；  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９８２）により教示されている通りである。細い微小孔容積は、０℃でのＣＯ2吸着から計算されうるが、（ｉ）Ｃａｚｏｒｌａ−Ａｍｏｒｏｓ  ｅｔ  ａｌ、Ｌａｎｇｍｕｉｒ  １９９６；１２：２８２０−２４；（ｉｉ）Ｃａｚｏｒｌａ−Ａｍｏｒｏｓ  ｅｔ  ａｌ、Ｌａｎｇｍｕｉｒ  １９９８；  １４：４５８９−９６；および（ｉｉｉ）Ｃａｚｏｒｌａ−Ａｍｏｒｏｓ  ｅｔ  ａｌ、Ｕｓｅｆｕｌｎｅｓｓ  ｏｆ  ＣＯ２  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ  ａｔ  ２７３Ｋ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｏｒｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎｓ．（多孔性の炭素の特性評価のための２７３ＫでのＣＯ２吸着の有用性。）Ｃａｒｂｏｎ２００４；４２：１２３３−４２に記述のある通りである。合計空孔容積は、例えば、Ｇｒｅｇｇ  ＳＪ、Ｓｉｎｇ  ＫＳＷ（Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｐｏｒｏｓｉｔｙ（吸着、表面科学および空隙率）、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９８２）の方法に従い、Ｐ／Ｐ０  ＝  ０．９５で吸着された窒素の体積を計算して、−１９６℃でのＮ2等温線により決定されうる。基準点として、合計空孔容積、微小孔容積および細い微小孔容積は、下記に例で記述した通り決定されうる。
【００２２】
合計空孔容積、微小孔容積および細い微小孔容積が決定されると、細い微小孔容積の合計微小孔容積に対する比、合計微小孔容積の合計空孔容積に対する比、およびこれに類するものが容易に計算されうる。
【００２３】
表面酸素濃度は適切な任意の方法で決定されうる。一例として、表面酸素濃度は、例えば、走査示差熱量計（ＤＳＣ）−熱重量分析装置（ＴＧＡ）を質量分析装置に結合したものを使用した昇温脱離法（ＴＰＤ）の実験によって決定されうるが、例えば、（ｉ）Ｒｏｍａｎ−Ｍａｒｔｉｎｅｚ  ｅｔ  ａｌ．  （１９９３）、ＴＰＤ  ａｎｄ  ＴＰＲ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎａｃｅｏｕｓ  ｓｕｐｐｏｒｔｓ  ａｎｄ  Ｐｔ／Ｃ  ｃａｔａｌｙｓｔｓ（炭素質の担体およびＰｔ／Ｃ触媒のＴＰＤおよびＴＰＲ特性評価）、Ｃａｒｂｏｎ  ３１：８９４−９０２；（ｉｉ）Ｏｔａｋｅ  Ｙ．およびＪｅｎｋｉｎｓ  Ｒ．Ｇ．（１９９３）、Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｏｘｙｇｅｎ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ  ｃｒｅａｔｅｄ  ｏｎ  ｍｉｃｒｏｐｏｒｉｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎ  ｂｙ  ａｉｒ  ａｎｄ  ｎｉｔｒｉｃ  ａｃｉｄ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ（空気および硝酸での処理による微小孔性の炭素上に生成された酸素含有表面錯体の特性評価）、Ｃａｒｂｏｎ  ３１：１０９−２１；および（ｉｉｉ）Ｚｉｅｌｇｅ  ｅｔ  ａｌ．  （１９９６）、Ｓｕｒｆａｃｅ  ｏｘｉｄｉｚｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｆｉｂｅｒｓ：  Ｉ．  Ｓｕｒｆａｃｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（表面酸化された炭素繊維：  Ｉ．表面構造および化学）、Ｃａｒｂｏｎ  ３４：９８３−９８）に記述のある通りである。こうしたＴＰＤ実験において１０ミリグラムの活性炭サンプルが、１００ミリリットル／分のヘリウム流量レートで２０℃／分の加熱レートで９５０℃まで加熱されうる。
【００２４】
活性炭は、喫煙物品用のフィルター内に適切な任意の方法で配置されうる。例えば、活性炭は、繊維質のフィルター材料と混ぜる方法、フィルター内の空隙内に入れる方法、または組み合わせ、すなわち繊維質のフィルター材料と混ぜる方法とフィルター内の空隙内に入れる方法の組み合わせとすることができる。
【００２５】
実施形態において、活性炭はプラグ−スペース−プラグ構成のフィルターに提供され、ここで活性炭がフィルタープラグ材料の２つのセクションの間の空隙内に存在する。プラグ−スペース−プラグフィルター構成のフィルターセクションのプラグは、酢酸セルローストウ製のプラグであることが好ましい。実施形態において、活性炭はトウ構成上の炭素内に提供される。トウは酢酸セルローストウであることが好ましい。フィルター構成に関係なく、審美的な目的で、または消費者の期待を満たすために、白色の酢酸セルローストウセクションをフィルターの口側の端に含めるのが望ましいことがある。
【００２６】
本発明の態様において、喫煙物品のフィルターまたは喫煙物品用のフィルターは、本明細書で説明した活性炭を含む。フィルターは、酢酸セルローストウなどのフィルター材料を含みうる。一部の好ましい実施形態において、活性炭は酢酸セルローストウ中またはその上に組み込まれる。一部の好ましい実施形態において、フィルターは第一および第二の酢酸セルローストウ要素を含み、また活性炭材料は第一および第二の酢酸セルローストウ要素間にプラグ−スペース−プラグ構成で配置される。一部のプラグ−スペース−プラグ構成において、活性炭は第一および第二の酢酸セルローストウ要素の一方または両方内に、またはその上に組み込まれうる。
【００２７】
適切な任意の喫煙物品には、本開示に記載した活性炭を有するフィルターを含みうるが、ここでフィルターは喫煙可能材料の下流に配置される。「下流」という用語は、喫煙可能材料からユーザーの口へと引き出され時の主流煙の方向に関連して説明された、喫煙物品の要素間の相対的位置を意味する。
【００２８】
「喫煙物品」という用語は、紙巻たばこ、葉巻たばこ、シガリロおよびたばこなどの喫煙可能材料が点火されて燃焼されて煙を生成するその他の物品を含む。「喫煙物品」という用語はまた、直接的または間接的に喫煙用組成物を加熱する喫煙物品、または熱源の有無にかかわらず、空気の流れまたは化学反応を使用して、喫煙可能材料からニコチンまたはその他の材料を送達する喫煙物品などであるがこれに限定されない、喫煙可能材料が燃焼しない物品を含む。
【００２９】
本明細書で使用される時、「煙」という用語は、喫煙物品により生成されるエアロゾルを描写するために使用される。喫煙物品によって生成されるエアロゾルは、例えば、紙巻たばこなどの可燃性の喫煙物品によって生成される煙、または加熱式喫煙物品もしくは非加熱式喫煙物品などの不燃性の喫煙物品によって生成されるエアロゾルでもよい。
【００３０】
本発明のフィルターおよび喫煙物品で使用するための活性炭は、喫煙物品がユーザーによって喫煙される時、煙から１つ以上の成分を除去することが好ましい。活性炭は、結合、吸着、吸着、またはそれに類するものなど、適切な任意のメカニズムによって煙から１つ以上の成分を除去しうる。本発明のフィルターおよび喫煙物品で使用するための活性炭は、ベンゼン、アクロレイン、またはベンゼンとアクロレインの両方を除去することが好ましい。
【００３１】
すべての学術的および技術的な用語は本明細書で使用される場合、別途指定のない限り、当業界において一般に使用される意味を持つ。本明細書で提供した定義は、本明細書で頻繁に使用される一定の用語の理解を促進するために提供されている。
【００３２】
単数形（「一つの」および「その」）は本明細書で使用される場合、複数形の対象を持つ実施形態を含蓄するが、その内容によって明らかに別途定められている場合はその限りではない。
【００３３】
「または」は本明細書で使用される場合、一般的に、その内容によって明らかにそうでないことが定められている限り、「および／または」を含めた意味で使用される。「および／または」は、列挙された要素の一つまたはすべて、または列挙された要素のうち任意の二つ以上の組み合わせを意味する。
【００３４】
「持つ」、「含む」、「備える」またはこれに類する表現は本明細書で使用される場合、制約のない意味で使用され、一般的に「含むが、これに限定されない」を意味する。「実質的に構成される」、「構成される」およびこれに類する表現は、「含む」およびこれに類する表現に包摂されることが理解される。
【００３５】
「好ましい」および「好ましくは」という語は、ある特定の状況下である特定の利益をもたらす場合がある本発明の実施形態を言及する。ただし、同一またはその他の状況下で、その他の実施形態もまた好ましいものでありうる。その上、一つ以上の好ましい実施形態の列挙は、その他の実施形態が有用ではないことを暗に意味するものではなく、請求の範囲を含めて、本開示の範囲からその他の実施形態を除外する意図はない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】部分的に広げられた喫煙物品の実施形態の概略斜視図である。
【図２】部分的に広げられた喫煙物品の実施形態の概略斜視図である。
【図３】サンプル１〜７の−１９６℃でのＮ2等温線グラフである。
【図４】サンプル１〜７のそれぞれの活性炭を含む紙巻たばこについてのベンゼンの減少率のグラフである。
【図５】サンプル１〜７のそれぞれの活性炭を含む紙巻たばこについてのアクロレインの減少率のグラフである。
【図６】サンプル１１〜１４のそれぞれの活性炭を含む紙巻たばこについてのベンゼンの減少率のグラフである。
【図７】サンプル１１〜１４のそれぞれの活性炭を含む紙巻たばこについてのアクロレインの減少率のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１〜２は部分的に広げられた喫煙物品の実施形態の概略斜視図である。図１〜２に示した喫煙物品は、上記の喫煙物品の実施形態または喫煙物品の構成要素を図示する。概略図の縮尺は必ずしも正確なものではなく、図解の目的で提示されるものであり、限定するものではない。図面は本開示で記述した一つまたは複数の態様を示す。ただし、図面に描かれていないその他の態様が本開示の範囲および精神に則るものと理解される。
【００３８】
ここで図１を参照するが、喫煙物品１０（この場合では紙巻たばこ）が図示されている。喫煙物品１０は、たばこロッドなどのロッド２０および口側の端のフィルター３０を含む。フィルター３０は、白色の酢酸セルローストウセグメントなどの口側の端セグメント３２、およびトウセグメント３４上の上流の炭素を含む。フィルターセグメント３２および３４は、図解の目的で分離されたものとして示されているが、隣接していてもよい。同様に、フィルターセグメント３４およびロッド２０は、図解の目的で分離されたものとして示されているが、隣接していてもよい。図示された喫煙物品１０には、プラグラップ６０、紙巻たばこ用紙４０、およびチッピングペーパー紙５０が含まれる。図示した実施形態で、プラグラップ６０はフィルター３０の少なくとも一部分を囲む。紙巻たばこ用紙４０はロッド２０の少なくとも一部分を囲む。チッピングペーパー５０またはその他の適切なラッパーは、一般的に当業界で周知のように、プラグラップ６０および紙巻たばこ用紙４０の一部分を囲む。
【００３９】
図２は、フィルター３０がプラグ３２−スペース３７−プラグ３５構成である実施形態を図示する。活性炭（図示せず）は、フィルタープラグ３２および３５の間の空隙３７を占めうる。図２では、フィルターセグメント３５およびロッド２０は、図解の目的で分離されたものとして示されているが、隣接していてもよい。図２では、図１で図示した構成要素と同じ番号でラベル付けされた構成要素は、上記の図１に関連して考察した構成要素と同じかまたは類似したものである。図２に関連して具体的に考察されていない構成要素については、図１に関連した上述の考察を参照する。
【００４０】
上述の活性炭、およびそのような活性炭を有するフィルターおよび喫煙物品を例証する非限定的な例について、下記に説明する。
【実施例】
【００４１】
以下の例において、各種の原料から製造された活性炭の特性および喫煙物品のフィルター内の活性炭のいくつかの機能について説明する。
【００４２】
活性炭は以下の通り準備した。Ｇｕｎ−Ｅｉ社製の前駆物質（高分子から獲得）の役目をする市販の球体活性炭が、出発物質として選択された。その空隙率をさらに高める目的で、活性炭は、Ｒｏｍｅｒｏ−Ａｎａｙａ、ｅｔ  ａｌ．（２０１０）、炭素  ４８  ：２６２５−２６３３に記載された実験手順を用いて、ＣＯ2による物理的活性化によって準備された。ＣＯ2による物理的活性化では、長さ２ｍおよび直径０．７ｍの水平石英炉管が使用され、前駆物質がるつぼ内に配置された。流量８０ｍｌ／分のＣＯ2を室温から８８０℃まで１０℃／分で加熱し、３時間、５時間、１０時間、１５時間および２０時間の活性化時間がサンプル２〜６の準備に使用された。これらのサンプルの名称は、活性化の度合いに応じて選択された。Ｇｕｎ−Ｅｉ社製の市販の球体活性炭（サンプル７）も選択され研究された。
【００４３】
ＭｅａｄＷｅｓｔｖａｃｏ社製の市販の顆粒状活性炭（ＷＶＡ１１００）（サンプル１１）が、顆粒状材料として選択された。不活性雰囲気でのいくつかの熱処理がこのサンプルについて実施されたが、表面化学は数多くの有機化合物の吸着に重要な影響を与えることが実証されているため、この熱処理の目的は、その表面化学を修正し、喫煙物品用途に向けたこれらのサンプルの性能に対するこのパラメータの影響をより深く研究することであった。熱処理は、窒素雰囲気下で、１００ｍｌ／分流量レート、最大３つの異なる最高温度３００℃、６００℃および９００℃（１時間保持）を使用して実施された。冷却工程は、同一の窒素流内で実施された。
【００４４】
これらの処理が空隙率を実質的に修正していないことを確認するために、熱処理した活性炭について組織的属性および表面化学の両方が特性評価された。元のＷＶＡ１１００はサンプル１１と呼ばれ、その一方で熱処理したサンプルはサンプル１２〜１４と呼ばれるが、ここで数字は不活性雰囲気中での最大熱処理温度を意味する。
【００４５】
活性炭の特性は、合計空孔容積、合計微小孔容積、および細い微小孔容積を決定するための慣習的な方法で分析されうる。サンプルは以下の通り特性評価された。すべてのサンプルの特性評価は、Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ社製の体積測定Ａｕｔｏｓｏｒｂ−６Ｂ装置内で、−１９６℃での窒素（Ｎ2）吸着および０℃でのＣＯ2吸着を使用して実施された。分析の前に、サンプルは２５０℃で４時間ガス放出された。見かけＢＥＴ表面積（ＳＢＥＴ）を得るためにＢＥＴ式が窒素吸着データに適用された（Ｌｉｎａｒｅｓ−Ｓｏｌａｎｏ  ｅｔ  ａｌ．、Ｔａｎｓｏ  １９９８；１８５：３１６−３２５）。合計微小孔容積（サイズ  ＜  ２ｎｍの空孔）Ｖ−ＤＲ−Ｎ２、および合計空孔容積（Ｖ  Ｎ２、Ｐ／Ｐ０  ＝  ０．９５）を決定するために、Ｄｕｂｉｎｉｎ−Ｒａｄｕｓｈｋｅｖｉｃｈ式が窒素吸着データに適用された。Ｄｕｂｉｎｉｎ−Ｒａｄｕｓｈｋｅｖｉｃｈ式が二酸化炭素吸着等温線に適用され、細い微小孔容積Ｖ−ＤＲ−ＣＯ２（サイズ  ＜  ０．７ｎｍの空孔）が決定された。
【００４６】
活性炭の表面の表面酸素含有量は、標準状態下で昇温脱離法（ＴＰＤ）により決定できる。サンプルの表面酸素含有量は以下の通り決定された。ＴＰＤ実験は、質量分析計（Ｂａｌｚｅｒｓ、ＯｍｎｉＳｔａｒ）に結合された示差走査熱量測定（ＤＳＣ）および熱重量分析（ＴＧＡ）（ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、ＳＤＴ  ２９６０  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ）用の装置で、すべてのサンプルについて、不活性雰囲気下での水、一酸化炭素、二酸化炭素の含有量の測定を含む酸素表面化学を特性評価するために実施された。例えば、（ｉ）Ｒｏｍａｎ−Ｍａｒｔｉｎｅｚ  ｅｔ  ａｌ．（１９９３）、ＴＰＤ  ａｎｄ  ＴＰＲ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎａｃｅｏｕｓ  ｓｕｐｐｏｒｔｓ  ａｎｄ  Ｐｔ／Ｃ  ｃａｔａｌｙｓｔｓ（炭素質の担体およびＰｔ／Ｃ触媒のＴＰＤおよびＴＰＲ特性評価）、Ｃａｒｂｏｎ  ３１：８９４−９０２；（ｉｉ）Ｏｔａｋｅ  Ｙ．およびＪｅｎｋｉｎｓ  Ｒ．Ｇ．（１９９３）、Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｏｘｙｇｅｎ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ  ｃｒｅａｔｅｄ  ｏｎ  ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎ  ｂｙ  ａｉｒ  ａｎｄ  ｎｉｔｒｉｃ  ａｃｉｄ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ（空気および硝酸での処理による微小孔性の炭素上に生成された酸素含有表面錯体の特性評価）、Ｃａｒｂｏｎ  ３１：１０９−２１；および（ｉｉｉ）Ｚｉｅｌｇｅ  ｅｔ  ａｌ．（１９９６）、Ｓｕｒｆａｃｅ  ｏｘｉｄｉｚｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｆｉｂｅｒｓ：  Ｉ．  Ｓｕｒｆａｃｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（表面酸化された炭素繊維：  Ｉ．表面構造および化学）、Ｃａｒｂｏｎ  ３４：９８３−９８を参照のこと。これらの実験では、１０ｍｇのサンプルがヘリウム流量レート１００ｍｌ／分で９５０℃（加熱レート２０℃／分）まで加熱された。
【００４７】
活性炭の層密度（かさ密度、タップ密度またはみかけ密度とも呼ばれる）は、容積当たりの多孔性固体の重さとして定義できる。この容積には、空孔の容積（開放および閉鎖の両方）、および固体粒子間の空間の容積が含まれる。この大きさは、Ｄ２８５４−８９  ＡＳＴＭ方法（Ｒｏｍｅｒｏ−Ａｎａｙａ  ｅｔ  ａｌ．、炭素  ２０１０；  ４８：２６２５−２６３３）に記載したものと類似した実験手順を使用して測定された。この際、密度は１０ｍｌメスシリンダーを使用して０．５  ｇのサンプルで実施された。
【００４８】
実物大模型の紙巻たばこは以下の通り準備された。
【００４９】
１１ｍｍの酢酸セルロースプラグ、および５ｍｍのくぼみのあるプラグ−スペース−プラグ構成のフィルターが、一定のたばこ重み（約６００ｍｇ）を持つ５４ｍｍの長さのたばこロッドに調節され、チッピングペーパーが取り付けられた。くぼみは、それぞれ１６５ｍｇ、１２７ｍｇ、１００ｍｇ、７０ｍｇ、５５ｍｇ、４０ｍｇおよび３０ｍｇのサンプル１〜７で、またくぼみが完全に充填されるようにセルロースビーズなどの適切数の無孔材料によって充填された。各フィルターで吸着に利用可能なＢＥＴ表面は、サンプル２〜サンプル７で約６７ｍ2に維持された。紙巻たばこは、換気口のない紙巻たばこについて約１４０ｍｍＷＧの一定の圧力降下が維持されるように設計された。
【００５０】
表２では、６０ｍｇのサンプル１１、１２および１３、および７５ｍｇのサンプル１４を追加して、約１０８ｍ2を得た。
【００５１】
基準紙巻たばこのフィルターは、くぼみ内に無孔材料のみを含むものであった。
【００５２】
紙巻たばこは、ＷＨＯ  ＴｏｂＬａｂＮｅｔ公式方法ＳＯＰ０１：「紙巻たばこの重度の喫煙についての標準作業手順（Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ  ｆｏｒ  ｉｎｔｅｎｓｅ  ｓｍｏｋｉｎｇ  ｏｆ  ｃｉｇａｒｅｔｔｅ）」に記載されている方法に従い喫煙が実施された。方法は、サンプル当たり１０本を喫煙するよう適合された。
【００５３】
ベンゼンおよびアクロレインが紙巻たばこの煙分析から測定され、また活性炭を含まない紙巻たばこから低減率（％）が計算された。サンプル１４を使用した喫煙物品では、小さめのＢＥＴ表面および小さめの空孔容積を補正するために７５ｍｇの活性炭が使用された（表２を参照）。
【００５４】
下記の表１は、サンプル１〜８についての特性評価の結果を提供し、また下記の表２は、サンプル１１〜１４についての特性評価の結果を提供する。
【表１】
2017510266.tif 000003
【表２】
2017510266.tif 000004
【００５５】
図３は、サンプル１〜７の−１９６℃でのＮ2等温線グラフである。
【００５６】
図４は、サンプル１〜７のそれぞれの活性炭を含む紙巻たばこについてのベンゼンの減少率のグラフである（活性炭のない紙巻たばこと比較）。
【００５７】
図５は、サンプル１〜７のそれぞれの活性炭を含む紙巻たばこについてのアクロレインの減少率のグラフである（活性炭のない紙巻たばこと比較）。
【００５８】
図６は、サンプル１１〜１４のそれぞれの活性炭を含む紙巻たばこについてのベンゼンの減少率のグラフである（活性炭のない紙巻たばこと比較）。
【００５９】
図７は、サンプル１１〜１４のそれぞれの活性炭を含む紙巻たばこについてのアクロレインの減少率のグラフである（活性炭のない紙巻たばこと比較）。
【００６０】
一般に、結果はとりわけ、（ｉ）細い微小孔容積の合計微小孔容積に対する比が減少すると、ベンゼンおよびアクロレインの吸着が増加すること、（ｉｉ）合計微小孔容積の合計空孔容積に対する比が増加すると、ベンゼンおよびアクロレインの吸着が増加すること、および（ｉｉｉ）表面酸素濃度が減少すると、ベンゼンおよびアクロレインの吸着が増加することを示す。
【００６１】
例えば、また図４〜５および表１を参照すると、ベンゼンの減少率およびアクロレインの減少率は、サンプル３〜４では細い微小孔部分の増大に伴い増加する。図５では、ＢＥＴがより大きいにもかかわらずサンプル７でのアクロレインの減少率はサンプル６よりも小さいことが注目される。理論によって束縛される意図はないが、サンプル７の微小孔容積の合計空孔容積に対する比がサンプル６と比較して低いこと（０．９３対０．９６）が、サンプル７でのアクロレイン減少の低下の要因でありうると考えられる。
【００６２】
ここで図６〜７および表２を参照するが、ベンゼンおよびアクロレインの減少率の増加が酸素表面含有量の減少に伴い観察された（サンプル１１〜サンプル１４）。
【図１】
2017510266.tif 000005
【図２】
2017510266.tif 000006
【図３】
2017510266.tif 000007
【図４】
2017510266.tif 000008
【図５】
2017510266.tif 000009
【図６】
2017510266.tif 000010
【図７】
2017510266.tif 000011
【国際調査報告】
2017510266.tif 000012
2017510266.tif 000013
2017510266.tif 000014