ФИЛЬТР, ВКЛЮЧАЮЩИЙ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИ ЗАРЯЖЕННЫЙ ВОЛОКНИСТЫЙ МАТЕРИАЛ
FILTER INCLUDING ELECTROSTATICALLY CHARGED FIBROUS MATERIAL

Эта заявка имеет приоритет заявки США сер. № 60/924814 от 31 мая 2007 г., содержание которой полностью включено сюда путем ссылки.
Сигареты обычно содержат фильтры, которые могут иметь включенные в них адсорбирующие вещества, такие как уголь. Фильтры, выполненные с возможностью включения в сигарету с фильтром, могут содержать, например, частицы или гранулы угля, как, например, активированного угля или активированного древесного угля и/или других адсорбирующих веществ, включенных в ацетилцеллюлозный жгут или в полости между ацетилцеллюлозными веществами.
Ввиду того что во время курения частицы адсорбента или фрагменты частиц адсорбента могут быть захвачены (вдыхаемым) потоком дыма и выйти (прорваться) через мундштучный конец сигареты, представляют интерес способы уменьшения количества частиц адсорбента, прорвавшихся в поток дыма.
Предлагается фильтрующий узел для курительного изделия, имеющий уменьшенный прорыв частиц адсорбента. Адсорбент предпочтительно включает по меньшей мере один ароматизатор.
В предпочтительных вариантах выполнения фильтрующий узел представляет собой фильтр типа «заглушка-промежуток-заглушка». Фильтрующая заглушка предпочтительно представляет собой или содержит штранг электростатически заряженного волокнистого материала и адсорбент. Штранг электростатически заряженного волокнистого материала предпочтительно расположен по ходу после адсорбента. В предпочтительных вариантах выполнения штранг электростатически заряженного волокнистого материала включает беспорядочно ориентированный, электростатически заряженный волокнистый материал. В некоторых вариантах выполнения штранг электростатически заряженного волокнистого материала включает аксиально ориентированный электростатически заряженный волокнистый материал. В некоторых вариантах выполнения по меньшей мере один штранг из ацетилцеллюлозных волокон расположен по ходу впереди и/или позади адсорбента; ацетилцеллюлозные волокна предпочтительно являются аксиально ориентированными. В некоторых вариантах выполнения по меньшей мере один штранг из аксиально ориентированных ацетилцеллюлозных волокон расположен по ходу после штранга электростатически заряженного волокнистого материала.
Кроме того, предлагается курительное изделие. В предпочтительном варианте выполнения курительное изделие включает табачный стержень и фильтрующий узел.
Кроме того, предлагается способ изготовления фильтрующего узла для курительных изделий, который обеспечивает уменьшение прорыва частиц угля в поток дыма и/или его исключение. Согласно изобретению способ изготовления фильтрующего стержня для курительного изделия включает: размещение двойных заглушек из фильтрующего материала на расстоянии друг от друга; размещение штрангов электростатически заряженного волокнистого материала между двойными заглушками, так что образуются полости у переднего и заднего по ходу концов каждой второй двойной заглушки, помещение адсорбента в полость; и разрезание по центру указанных заглушек фильтрующего материала с образованием сдвоенных фильтрующих узлов. Предпочтительно способ дополнительно включает прикрепление табачного стержня к каждому из указанных двойных фильтрующих заглушек. Предпочтительно способ дополнительно включает разрезание по центру указанных двойных фильтрующих заглушек с образованием готовой сигареты.
Кроме того, предлагается способ обработки потока табачного дыма, включающий втягивание потока дыма через курительное изделие; во время указанной стадии втягивания контактирование указанного потока табачного дыма с адсорбентом и после указанной стадии контактирования с адсорбентом контактирование указанного потока табачного дыма с электростатически заряженным волокнистым материалом.
На чертежах:
фиг.1 - известный из уровня техники фильтр типа «заглушка-промежуток-заглушка» для курительного изделия,
фиг.2 - вид варианта выполнения фильтра типа «заглушка-промежуток-заглушка», включающего штранг электростатически заряженного волокнистого материала,
фиг.3 - вид второго варианта выполнения фильтра типа «заглушка-промежуток-заглушка», включающего штранг электростатически заряженного волокнистого материала,
фиг.4 - вид третьего варианта выполнения фильтра типа «заглушка-промежуток-заглушка», включающего штранг электростатически заряженного волокнистого материала,
фиг.5 - вид частично обернутого курительного изделия с фильтром типа «заглушка-промежуток-заглушка», включающим штранг электростатически заряженного волокнистого материала.
Используемые здесь относительные положения «впереди (по ходу)» и «(по ходу) после» между сегментами и другими частями фильтра даны относительно направления потока дыма, втягиваемого из табачного стержня через многокомпонентный фильтр.
Используемый здесь термин «захватываемые дымом частицы» включает сферические зерна, гранулы, пыль, мелкие частицы, порошки и т.п., которые имеют размер от около 0,1 микрона до около 1 микрона, которые могут быть унесены в поток дыма.
Известные из уровня техники фильтры типа «заглушка-промежуток-заглушка» 105, такие как показанный на фиг.1, включают порцию активированного угля 112 между заглушками 130 из аксиально ориентированных ацетилцеллюлозных волокон. Когда дым втягивается из табачного стержня 160 через фильтр 105, некоторое количество частиц может пройти через каналы между отдельными ацетилцеллюлозными волокнами. В предпочтительном варианте выполнения фильтр типа «заглушка-промежуток-заглушка» 105 прикреплен к табачному стержню 160, обернутому оберточной бумагой 170 с образованием курительного изделия 100. Мундштучная бумага 165 окружает фильтр 105 и прикрепляет фильтр 105 к табачному стержню 160.
Описанный здесь фильтрующий узел для курительного изделия уменьшает или исключает прорыв частиц во время курения благодаря использованию электростатического заряда для притяжения части и/или беспорядочной ориентации электростатически заряженных волокон для механического улавливания частиц.
В предпочтительном варианте выполнения адсорбентом является активированный уголь. Электростатически заряженный волокнистый материал предпочтительно расположен по ходу после активированного угля, содержащегося в фильтрующем узле, чтобы при втягивании дыма через фильтрующий элемент частицы угля, имеющие размер от около 0,1 мкм (микрона) до около 10 мкм и захваченные дымом, задерживались электростатически заряженным волокнистым материалом.
В предпочтительном варианте выполнения, показанном на фиг.2, фильтрующий узел 10 представляет собой фильтр типа «заглушка-промежуток-заглушка». Порция активированного угля 12 предпочтительно расположена в полости 15 фильтра 10, а штранг 16 электростатически заряженного волокнистого материала 14 расположен по ходу после порции угля для уменьшения прорыва частиц угля во время прохождения потока дыма через фильтрующий узел 10. Порция активированного угля предпочтительно включена в полость фильтра в виде заглушки с углем на жгуте фильтрующего материала, угольной бумаги и/или слоя несвязанных шариков, гранул, частиц и т.п. Электростатически заряженный волокнистый материал имеет постоянные электростатические заряды, которые могут захватывать частицы угля, тем самым уменьшая или исключая прорыв частиц углерода при движении потока дыма через фильтр. В варианте выполнения электростатически заряженный волокнистый материал беспорядочно ориентирован, чтобы также механически улавливать частицы, захваченные дымом.
2
2
В предпочтительном варианте выполнения электростатически заряженный волокнистый материал включает электретные волокна (например, волокна 3М Filtrete™). Электретные волокна предпочтительно имеют диаметр от около 3 мкм до около 30 мкм и основной вес в пределах от около 10 г/м до около 500 г/м. Электретные волокна предпочтительно имеют линейную плотность от около 2,5 денье (0,28 г/км) до около 8 денье (0,89 г/км). Предпочтительные волокна имеют Y-образное сечение.
Кроме того, фильтрующий узел предпочтительно включает от около 30 мг до около 200 мг адсорбента. В предпочтительном варианте выполнения фильтрующий узел 10, кроме того, включает от около 25 мг до около 75 мг, предпочтительнее от около 25 мг до около 70 мг электростатически заряженного волокнистого материала 14, который образует штранг длиной от около 3 мм до около 6 мм. Количество используемого электростатически заряженного волокнистого материала 14 предпочтительно зависит от количества адсорбента, такого как активированный уголь, содержащегося в фильтрующем узле 10. В предпочтительном варианте выполнения штранг электростатически заряженного волокнистого материала 14, имеющий длину около 1 мм, используется для около 18 мг активированного угля.
В предпочтительном варианте выполнения адсорбент и/или частицы, которые могут быть захвачены дымом, состоят из любого подходящего адсорбирующего вещества. В число примерных адсорбентов входят молекулярные сита, как, например, цеолиты, кремнеземы, силикаты, глиноземы и/или угли (например, активированный уголь). Предпочтительным адсорбентом является активированный уголь.
«Активированный уголь» - это любой пористый уголь, который образует большую площадь поверхности и может быть использован в качестве сорбента в фильтрах. Активированный уголь может быть получен термической обработкой любого подходящего источника угля. При активирующей обработке обычно увеличивается пористость, и активированный уголь может быть получен с широким диапазоном размеров пор, или размеры пор могут контролироваться для обеспечения желаемого распределения пор по размеру.
В предпочтительном варианте уголь находится в виде гранул и т.п. В предпочтительном варианте углем предпочтительно является активированный уголь с большой площадью поверхности, например уголь из скорлупы кокосового ореха с типичной крупностью по стандарту Американского общества по испытанию материалов, применяемой в сигаретной промышленности, или мельче. Особенно предпочтительный активированный уголь предоставляет фирма PICA USA Inc., Truth или Consequences, шт. Нью-Мексико, США. Активированный уголь мог быть также изготовлен карбонизацией угля, древесины, смолы, торфа, целлюлозных волокон, лигнита и оливковых косточек. Карбонизацию обычно проводят при повышенных температурах, например, от 400°С до 1000°С в инертной атмосфере с последующей активацией угля в восстановительных или окислительных условиях.
В предпочтительном варианте активированный уголь может быть в виде сферических зерен. В других вариантах активированный уголь может быть в виде гранул и/или волокон. Активированный уголь предпочтительно выполнен с возможностью адсорбировать компоненты в потоке дыма, особенно компоненты газовой фазы, включая альдегиды, кетоны и другие летучие органические соединения и, в частности, 1,3-бутадиен, акролеин, изопрен, пропиональдегид, акрилонитрил, бензол, толуол, стирол, ацетальдегид и цианистый водород.
В других вариантах уголь может быть в виде угля на жгуте и/или угольной бумаги.
Активированный уголь наиболее предпочтительно содержит гранулированные частицы с размером от около 100 мкм до около 5 мм. В варианте частицы активированного угля имеют средний размер от около 0,2 мм до 2 мм (например, около 200 мкм, 500 мкм, 1000 мкм или 2000 мкм).
Сферические зерна активированного угля, содержащиеся в фильтрующем элементе, предпочтительно имеют размер от 0,2 мм до около 0,7 мм, как это описано в опубликованной заявке США 2003/0154993, содержание которой полностью включено сюда путем ссылки.
Активированный уголь предпочтительно может иметь любое желаемое распределение пор по размеру с содержанием таких пор, как микропоры, мезопоры и макропоры. Термин «микропоры» обычно относится к порам, которые имеют размер около 20 Å (Ангстрем) или менее, в то время как термин «мезопоры» обычно относится к порам с размером от около 20 Å до 500 Å.
2
2
2
2
2
2
В варианте активированный уголь может быть выбран таким, чтобы иметь соответствующую площадь поверхности для преимущественной адсорбции заданных компонентов из дыма. Например, предпочтительный активированный уголь обычно имеет площадь поверхности более около 50 м/г (например, по меньшей мере, около 100 м/г, 200 м/г, 500 м/г, 1000 м/г или 2000 м/г). Обычно адсорбционная способность активированного угля повышается с увеличением площади поверхности.
Кроме того, площадь поверхности обычно увеличивается с уменьшением размера частиц. Однако при использовании в качестве материала сигаретного фильтра частицы угля, имеющие малый размер, могут укладываться слишком плотно, чтобы позволить дыму течь через фильтр с желаемым сопротивлением затяжке во время курения. С другой стороны, если размер частиц является слишком большим, то возможна недостаточная площадь поверхности для осуществления желаемой степени фильтрования. Следовательно, можно учитывать такие факторы при выборе частиц угля, подходящих для фильтрования основного и/или побочного потока дыма.
По меньшей мере некоторое количество, если не все количество активированного угля предпочтительно является ароматонесущим или пропитанным ароматизатором, чтобы уголь мог не только извлекать один или более газофазных компонентов из дыма, но и также выделять аромат в поток дыма. Ароматизатор предпочтительно добавляют в уголь путем распыления ароматизатора на порцию активированного угля в смесительном барабане или, с другой стороны, в псевдоожиженном слое с использованием азота в качестве псевдоожижающего газа, при этом ароматизатор в таком случае может быть распылен на уголь в слое, как это описано в патенте США 6761174 (Джупе и др.), содержание которого полностью включено сюда путем ссылки.
Термин «поток дыма» относится к смеси газов, проходящей через табачный стержень и выходящей через конец фильтра, т.е. к дыму, выходящему или втягиваемому из мундштучного конца сигареты во время курения сигареты. Поток дыма включает дым, который втягивается через зажженную область, а также через бумажную обертку сигареты. Термин «побочный поток дыма» относится к дыму, образующемуся во время статического горения (в перерывах между затяжками).
Как видно на фиг.2, обращенный ко рту конец 20 фильтрующего узла 10 предпочтительно выполнен в виде заглушки 25 из ацетилцеллюлозных волокон 30. Ацетилцеллюлозные волокна 30 предпочтительно аксиально ориентированы. Заглушка 25 предпочтительно расположена по ходу после штранга 16 электростатически заряженного волокнистого материала 14, который расположен по ходу после активированного угля 12. В варианте выполнения электростатически заряженный волокнистый материал 14 беспорядочно ориентирован. В другом варианте выполнения электростатически заряженный волокнистый материал 14 аксиально ориентирован. Активированный уголь 12 предпочтительно удерживается в полости 15. Вторая заглушка 25 из ацетилцеллюлозных волокон 30 расположена непосредственно впереди по ходу от электростатически заряженного волокнистого материала 14 и непосредственно по ходу после активированного угля 12.
В предпочтительном варианте выполнения фильтрующий узел 10 содержит от около 40 мг до около 70 мг ацетилцеллюлозных волокон. Для регулирования длины фильтра предпочтительно добавляют одну или более заглушек и ацетилцеллюлозных волокон.
Когда частицы угля оказываются унесенными в поток дыма, электростатически заряженный волокнистый материал притягивает и захватывает частицы пыли, чтобы уменьшить прорыв частиц угля. Электростатически заряженный волокнистый материал предпочтительно имеет постоянный электростатический заряд, чтобы частицы угля были захвачены в фильтре.
В варианте выполнения, в котором электростатически заряженный волокнистый материал беспорядочно ориентирован, частицы угля, кроме того, улавливаются механически, поскольку частицы угля не могут перемещаться в извилистых каналах между волокнами.
В другом варианте, показанном на фиг.3, фильтрующий узел 10 включает порцию активированного угля 12. Штранг 16 электростатически заряженного волокнистого материала 14 предпочтительно расположен непосредственно после активированного угля 12. Заглушки 25 из ацетилцеллюлозных волокон 30 расположены непосредственно впереди по ходу от активированного угля 12 и непосредственно после электростатически заряженного волокнистого материала 14.
В еще одном варианте выполнения, показанном на фиг.4, фильтрующий узел 10 включает порцию активированного угля 12. Заглушки 25 из ацетилцеллюлозных волокон 30 предпочтительно расположены непосредственно после и непосредственно впереди от полости 15, наполненной активированным углем 12.
Как показано на фиг.5, фильтрующий узел 10 выполнен с возможностью включения в курительное изделие 80.
Термин "курительное изделие" включает в себя сигареты, сигары, трубки и сигарки. В определение курительных изделий обычно также входят нетрадиционные сигареты, такие как сигареты для электрических курительных систем, описанных в патентах США 6026820, 5988176, 5915387 и 5499636.
Курительным изделием предпочтительно является сигарета. Сигарета может содержать табачный материал и фильтр. В варианте выполнения сигарета, кроме того, может содержать по меньшей мере один сорбент. Традиционные сигареты обычно содержат две части: табакосодержащую часть, иногда называемую табачным стержнем, и фильтрующую часть, которая может называться фильтрующей зоной. Обычно мундштучная бумага окружает фильтр, который образует обращенный ко рту конец сигареты. Мундштучная бумага перекрывает табачный стержень так, чтобы удерживать вместе фильтр и табачный стержень. Табачный стержень или табакосодержащий элемент сигареты включает бумажную обертку, в которую обернут табачный стержень, и клей, удерживающий вместе швы бумажной обертки. Табачный стержень имеет первый конец, который за одно целое прикреплен к фильтру, и второй конец, который поджигают или нагревают для курения табака. Когда табачный стержень зажжен или нагрет для курения, дым перемещается от зажженного конца по ходу к находящемуся у фильтра концу табачного стержня и далее по ходу через фильтр.
Нижеследующие примеры даны для иллюстрации вариантов выполнения фильтра и не должны истолковываться как ограничивающие объем изобретения.
Пример 1
Для образования фильтра сегмент с электретными волокнами, состоящий из 55 мг беспорядочно ориентированного, электростатически заряженного волокнистого материала (например, материала 3М Filtrete™), помещают по ходу после полости, заполненной 110 мг активированного угля.
Пример 2
Для образования фильтра сегмент с электретными волокнами, состоящий из 55 мг беспорядочно ориентированного, электростатически заряженного волокнистого материала (например, материала Toyobo Elitolon FA-65S), помещают по ходу после полости, заполненной 110 мг активированного угля.
Используя фильтры, выполненные по Примерам 1 и 2, и контрольный фильтр типа «заглушка-промежуток-заглушка», который не включал электростатически заряженный волокнистый материал по ходу после активированного угля, измеряли возможность прорыва частиц активированного угля в условиях сухой затяжки без поджигания, используя счетчик частиц при рассеянии лазерного света (лазерный счетчик «Met-One» модели 237В; Hach Ultra Analytics, г. Ричмонд, шт. Калифорния, США).
Счетчик частиц при рассеянии лазерного света помещали рядом с держателем сигареты, выровненным с потоком воздуха через сигарету. Вставляли фильтр в держатель сигаретного фильтра на глубину около 9 мм ± 1 мм и машиной делали затяжки без поджигания («сухая» затяжка), используя параметры: 55 мл на одну затяжку; продолжительность затяжки 2 секунды; 12 затяжек на сигарету. Результаты показаны в Таблице 1.
Таблица 1
AVG - среднее значение, SD - среднее квадратичное отклонение
Количество прорвавшихся частиц угля (размер частиц > 0,3 мкм)
элек-третное волокно
AVG
SD
Фильтр1
Фильтр2
Фильтр3
Фильтр4
Фильтр5
Фильтр6
Фильтр7
Фильтр8
Фильтр9
Фильтр10
3М Filtrete™
9
17
0
21
12
2
1
2
0
0
2
54
Toyobo Elitolon FA-65S
3
8
0
2
0
27
1
0
0
0
0
0
контроль
1097
225
1010
1429
1155
1102
1087
738
1395
1395
841
TM
Фильтры, содержащие материал 3М Filtrete, показали средний прорыв частиц угля около 9 частиц на одну сигарету. Прорыв частиц составлял от около 0 до около 54 частиц на одну сигарету.
Фильтры, содержащие материал Toyobo Elitolon FA-65S, показали средний прорыв частиц угля около 3 частиц на одну сигарету. Прорыв частиц составлял от около 0 до около 27 частиц на одну сигарету.
В отличие от этого контрольный фильтр, не содержащий электростатически заряженный волокнистый материал, показал средний прорыв частиц угля около 1097 частиц на одну сигарету. Таким образом, фильтры, включающие электретные волокна, показали значительные уменьшения в прорыве частиц угля на одну сигарету.
Кроме того, предлагается способ изготовления фильтрующего узла, включающий заполнение полости фильтрующего узла типа «заглушка-промежуток-заглушка» адсорбентом, таким как частицы активированного угля, при этом штранг электростатически заряженного волокнистого материала расположен по ходу после полости. В одном варианте выполнения штранг электростатически заряженного волокнистого материала расположен непосредственно после активированного угля. В другом варианте выполнения электростатически заряженный волокнистый материал расположен по ходу после активированного угля, а заглушка из ацетилцеллюлозных волокон расположена у крайнего конца фильтра. Электростатически заряженный волокнистый материал предпочтительно беспорядочно ориентирован внутри штранга. В варианте выполнения электростатически заряженный волокнистый материал аксиально ориентирован.
В предпочтительном варианте выполнения штранг из аксиально ориентированных ацетилцеллюлозных волокон помещен впереди по ходу от активированного угля. В другом варианте выполнения штранг из аксиально ориентированных ацетилцеллюлозных волокон расположен также по ходу после штранга из электростатически заряженного волокнистого материала или активированного угля.
При использовании беспорядочно ориентированный, электростатически заряженный волокнистый материал улавливает частицы угля как механически, так и электростатически. В традиционных фильтрах аксиально ориентированные ацетилцеллюлозные волокна помещены по ходу после активированного угля, и частицы угля в состоянии прорваться, перемещаясь по каналам между ацетилцеллюлозными волокнами. Здесь же вследствие беспорядочной ориентации волокон частицы угля не в состоянии перемещаться в каналах между волокнами.
Кроме того, как аксиально, так и беспорядочно ориентированные, электростатически заряженные волокна несут электростатический заряд, который притягивает и улавливает частицы активированного угля.
Как будет понятно, вышеизложенное описание касается предпочтительных вариантов и, следовательно, является лишь иллюстрацией изделия и способов его изготовления. Специалисту в данной области техники будут очевидны изменения и модификации различных вариантов вышеизложенных технических решений. Таким образом, различные альтернативные варианты могут быть выполнены без отхода от объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.