Фильтрующие материалы и фильтры, изготовленные из них
Изобретение относится к фильтрующему материалу для включения в курительное изделие, который состоит из волокон, имеющих диаметр или средний диаметр в диапазоне от 3 мкм до 10 мкм, и волокна содержат ацетат целлюлозы и/или его производные. Технический результат заключается в обеспечении повышения селективности по фенолу и крезолу. 5 н. и 3 з.п. ф-лы, 10 ил., 9 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к фильтрующим материалам, предназначенным для использования в курительных изделиях. Изобретение также относится к фильтрам или фильтрующим элементам, содержащим такие фильтрующие материалы, курительным изделиям, содержащим их, и применению таких фильтрующих материалов при фильтровании дыма.
Уровень техники
В качестве фильтров для сигаретного дыма был предложен широкий спектр волокнистых материалов. Наиболее широко использующийся фильтрующий материал представляет собой жгут ацетата целлюлозы. Однако данный фильтрующий материал может быть относительно дорогостоящим для изготовления и/или медленно разлагающимся.
Раскрытие изобретения
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается фильтрующий материал для включения в курительное изделие, при этом упомянутый фильтрующий материал содержит материал основы, содержащий или образованный из волокон, имеющих первый диаметр или средний диаметр, и тонкие волокна, имеющие диаметр или средний диаметр, который является меньшим, чем первый диаметр, при этом указанный фильтрующий материал содержит более чем 10% тонких волокон при расчете на массу и/или на объем.
В соответствии со вторым аспектом предлагается фильтрующий материал для включения в курительное изделие, при этом упомянутый фильтрующий материал содержит материал основы, содержащий или образованный из волокон, имеющих первый диаметр или средний диаметр, и тонкие волокна, имеющие диаметр или средний диаметр, который является меньшим, чем у волокон материала основы, при этом диаметр или средний диаметр тонких волокон находится в диапазоне от приблизительно 1,0 мкм до приблизительно 1,5 мкм.
В некоторых вариантах осуществления аспектов изобретения тонкие волокна содержат ацетат целлюлозы и/или его производные, полимолочную кислоту (PLA), полибутиленсукцинат (PBS), поливиниловый спирт (PVOH), полибутиленадипинат-терефталат (РВАТ) или полигликолевую кислоту (PGA), хитозан, полигидроксибутират (PHB), полиэтиленоксид (РЕО), желатин или любую их комбинацию.
В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна состоят по существу из ацетата целлюлозы и/или его производных.
В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна изготовлены в результате центрифугального формования или в результате сухого формования.
В некоторых вариантах осуществления материал основы состоит по существу из биоразлагаемого материала.
В некоторых вариантах осуществления материал основы содержит нижеследующее или состоит по существу из полимолочной кислоты, поливинилового спирта, целлюлозы, ацетата целлюлозы или любой их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления материал основы содержит нижеследующее или состоит по существу из ацетата целлюлозы.
В некоторых вариантах осуществления материал основы имеет форму жгута.
В некоторых вариантах осуществления материал основы имеет форму нетканого полотна.
В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна находятся на поверхности материала основы.
В соответствии с третьим аспектом предлагаются фильтры и фильтрующие элементы, содержащие фильтрующий материал, соответствующий первому или второму аспектам.
В соответствии с четвертым аспектом предлагаются курительные изделия, содержащие фильтр или фильтрующие элементы, соответствующие третьему аспекту.
В соответствии с пятым аспектом предлагается применение фильтрующего материала из первого или второго аспектов при фильтровании табачного дыма.
Краткое описание чертежей
В целях обеспечения возможности более полного понимания аспектов Изобретения в рамках иллюстративного примера описываются варианты его осуществления при обращении к прилагаемым чертежам, в числе которых:
фиг. 1 представляет собой схематический вид сбоку для курительного изделия, содержащего фильтр, соответствующий некоторым вариантам осуществления;
фиг. 2 представляет собой схематический вид сбоку для курительного изделия, содержащего фильтр, соответствующий некоторым вариантам осуществления;
фиг. 3 представляет собой схематический вид сбоку для курительного изделия, содержащего фильтр, соответствующий некоторым вариантам осуществления;
фиг. 4, 6-10 представляют собой гистограммы, демонстрирующие эффективность фильтрования для фильтрующих материалов, описанных в настоящем документе и соответствующих некоторым вариантам осуществления; и
фиг. 5 представляет собой график, демонстрирующий то, как увеличение массового содержания тонких волокон ацетата целлюлозы приводит к увеличению эффективности фильтрования.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение относится к фильтрующему материалу, который содержит тонкие волокна. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «тонкие волокна» включает волокна, имеющие диаметр, доходящий вплоть до приблизительно 10 мкм, или имеющие диаметр в диапазоне от приблизительно 0,5 мкм до приблизительно 10 мкм. В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна представляют собой волокна, имеющие диаметр в диапазоне от приблизительно 0,7 мкм до приблизительно 1,5 мкм, возможно имеющие диаметр в диапазоне от приблизительно 0,85 мкм до приблизительно 1,4 мкм, от приблизительно 1,0 мкм до приблизительно 1,5 мкм и/или от приблизительно 1,0 мкм до приблизительно 1,3 мкм. В других вариантах осуществления тонкие волокна представляют собой волокна, имеющие диаметр в диапазоне от приблизительно 3 мкм до приблизительно 5 мкм или от приблизительно 1,5 мкм до приблизительно 3 мкм. В еще одних дополнительных вариантах осуществления тонкие волокна представляют собой волокна, имеющие диаметр в диапазоне от приблизительно 7 мкм до приблизительно 10 мкм.
В некоторых вариантах осуществления, включающих, например, варианты, в которых тонкие волокна имеют диаметр, не больший, чем 1,5 мкм, фильтрующий материал может содержать по меньшей мере приблизительно 1%, по меньшей мере приблизительно 2%, по меньшей мере приблизительно 3%, по меньшей мере приблизительно 4%, по меньшей мере приблизительно 5%, по меньшей мере приблизительно 6%, по меньшей мере приблизительно 7%, по меньшей мере приблизительно 8%, по меньшей мере приблизительно 9%, по меньшей мере приблизительно 10%, по меньшей мере приблизительно 11%, по меньшей мере приблизительно 12%, по меньшей мере приблизительно 13%, по меньшей мере приблизительно 14%, по меньшей мере приблизительно 15%, по меньшей мере приблизительно 16%, по меньшей мере приблизительно 17%, по меньшей мере приблизительно 18%, по меньшей мере приблизительно 19%, по меньшей мере приблизительно 20%, по меньшей мере приблизительно 25%, по меньшей мере приблизительно 30%, по меньшей мере приблизительно 35%, по меньшей мере приблизительно 40%, по меньшей мере приблизительно 45% или по меньшей мере приблизительно 50% тонких волокон при расчете на массу.
В альтернативном или дополнительном вариантах, фильтрующий материал может содержать более чем приблизительно 1%, более чем приблизительно 2%, более чем приблизительно 3%, более чем приблизительно 4%, более чем приблизительно 5%, более чем приблизительно 6%, более чем приблизительно 7%, более чем приблизительно 8%, более чем приблизительно 9%, более чем приблизительно 10%, более чем приблизительно 11%, более чем приблизительно 12%, более чем приблизительно 13%, более чем приблизительно 14%, более чем приблизительно 15% и/или более чем приблизительно 16% тонких волокон при расчете на массу, например, тогда, когда тонкие волокна имеют диаметр, не больший, чем 1,5 мкм.
В альтернативном или дополнительном вариантах, фильтрующий материал может содержать менее чем приблизительно 100%, менее чем приблизительно 95%, менее чем приблизительно 90%, менее чем приблизительно 85%, менее чем приблизительно 80%, менее чем приблизительно 75%, менее чем приблизительно 70%, менее чем приблизительно 65%, менее чем приблизительно 60%, менее чем приблизительно 55% и/или менее чем приблизительно 50% тонких волокон при расчете на массу.
В некоторых вариантах осуществления, в которых тонкие волокна имеют диаметр в диапазоне от приблизительно 3 мкм до приблизительно 10 мкм, фильтрующий материал может содержать вплоть до 100% тонких волокон. В некоторых из данных вариантов осуществления тонкие волокна могут иметь диаметр в диапазоне от приблизительно 3 мкм до приблизительно 5 мкм, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 7 мкм, или тонкие волокна могут иметь диаметр в диапазоне от приблизительно 7 мкм до приблизительно 10 мкм.
В некоторых вариантах осуществления, в которых тонкие волокна имеют диаметр, меньший, чем приблизительно 1,5 мкм, фильтрующий материал может содержать вплоть до приблизительно 30% или вплоть до приблизительно 40% тонких волокон при расчете на массу и по меньшей мере приблизительно 1% при расчете на массу.
Тонкие волокна могут характеризоваться высоким соотношением между площадью поверхности и объемом. Тонкие волокна могут характеризоваться чрезвычайно высоким соотношением между площадью поверхности и объемом.
Тонкие волокна могут иметь любую подходящую форму поперечного сечения. В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна могут иметь круглое или по существу круглое поперечное сечение. В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна могут иметь трехлопастную, пятилопастную или удлиненную форму поперечного сечения или любую другую форму, которая увеличивает соотношение между площадью поверхности и площадью поперечного сечения.
В некоторых вариантах осуществления фильтрующий материал может содержать по меньшей мере приблизительно 1%, по меньшей мере приблизительно 2%, по меньшей мере приблизительно 3%, по меньшей мере приблизительно 4%, по меньшей мере приблизительно 5%, по меньшей мере приблизительно 6%, по меньшей мере приблизительно 7%, по меньшей мере приблизительно 8%, по меньшей мере приблизительно 9%, по меньшей мере приблизительно 10%, по меньшей мере приблизительно 11%, по меньшей мере приблизительно 12%, по меньшей мере приблизительно 13%, по меньшей мере приблизительно 14%, по меньшей мере приблизительно 15%, по меньшей мере приблизительно 16%, по меньшей мере приблизительно 17%, по меньшей мере приблизительно 18%, по меньшей мере приблизительно 19%, по меньшей мере приблизительно 20%, по меньшей мере приблизительно 25%, по меньшей мере приблизительно 30%, по меньшей мере приблизительно 35%, по меньшей мере приблизительно 40%, по меньшей мере приблизительно 45% или по меньшей мере приблизительно 50% тонких волокон при расчете на объем.
В альтернативном или дополнительном вариантах, фильтрующий материал может содержать менее чем приблизительно 100%, менее чем приблизительно 95%, менее чем приблизительно 90%, менее чем приблизительно 85%, менее чем приблизительно 80%, менее чем приблизительно 75%, менее чем приблизительно 70%, менее чем приблизительно 65%, менее чем приблизительно 60%, менее чем приблизительно 55% и/или менее чем приблизительно 50% тонких волокон при расчете на объем.
В некоторых вариантах осуществления фильтрующий материал может содержать по меньшей мере приблизительно 15%, по меньшей мере приблизительно 20%, по меньшей мере приблизительно 25%, по меньшей мере приблизительно 30%, по меньшей мере приблизительно 40%, по меньшей мере приблизительно 45%, по меньшей мере приблизительно 50%, по меньшей мере приблизительно 55%, по меньшей мере приблизительно 60%, по меньшей мере приблизительно 65%, по меньшей мере приблизительно 70%, по меньшей мере приблизительно 75%, по меньшей мере приблизительно 80%, по меньшей мере приблизительно 85%, по меньшей мере приблизительно 90% или по меньшей мере приблизительно 95% тонких волокон при расчете на площадь поверхности.
В альтернативном или дополнительном вариантах, фильтрующий материал может содержать менее чем приблизительно 100%, менее чем приблизительно 95%, менее чем приблизительно 90%, менее чем приблизительно 85%, менее чем приблизительно 80%, менее чем приблизительно 75%, менее чем приблизительно 70%, менее чем приблизительно 65%, менее чем приблизительно 60%, менее чем приблизительно 55% и/или менее чем приблизительно 50% тонких волокон при расчете на площадь поверхности.
Фильтрующий материал может характеризоваться приемлемой и/или желательной эффективностью фильтрования. Фильтрующий материал может характеризоваться приемлемой и/или желательной эффективностью фильтрования в отношении фильтрования газообразного вещества, такого как табачный дым. В некоторых вариантах осуществления приемлемая эффективность фильтрования в отношении фильтрования табачного дыма может соответствовать удалению по меньшей мере приблизительно 15%, по меньшей мере приблизительно 20%, по меньшей мере приблизительно 25%, по меньшей мере приблизительно 30%, по меньшей мере приблизительно 35%, по меньшей мере приблизительно 40%, по меньшей мере приблизительно 45% или по меньшей мере приблизительно 50% свободных от никотина сухих твердых частиц (NFDPM). В некоторых вариантах осуществления приемлемая эффективность фильтрования в отношении фильтрования табачного дыма может соответствовать удалению по меньшей мере приблизительно 15%, по меньшей мере приблизительно 20%, по меньшей мере приблизительно 25%, по меньшей мере приблизительно 30%, по меньшей мере приблизительно 35%, по меньшей мере приблизительно 40%, по меньшей мере приблизительно 45% или по меньшей мере приблизительно 50% никотина.
Фильтрующий материал может характеризоваться приемлемым и/или желательным сопротивлением затяжке. Тонкие волокна могут обеспечить получение приемлемого и/или желательного сопротивления затяжке при использовании фильтрующего материала, например, при его включении в курительное изделие. В некоторых вариантах осуществления приемлемым и/иди желательным сопротивлением затяжке может характеризоваться фильтрующий материал, содержащий более чем 10% тонких волокон при расчете на массу. В некоторых вариантах осуществления приемлемое и/или желательное сопротивление затяжке может находиться в диапазоне от приблизительно 60 до приблизительно 140 мм водяного столба, от приблизительно 80 до приблизительно 140 мм водяного столба, от приблизительно 100 до приблизительно 140 мм водяного столба, от приблизительно 110 до приблизительно 140 мм водяного столба, от приблизительно 120 до приблизительно 140 мм водяного столба или от приблизительно 120 до приблизительно 135 мм водяного столба.
В некоторых вариантах осуществления диаметр тонких волокон вносит свой вклад и/или в результате приводит к получению приемлемого и/или желательного сопротивления затяжке при включении фильтрующего материала в курительное изделие. В некоторых вариантах осуществления приемлемым и/или желательным сопротивлением затяжке может характеризоваться фильтрующий материал, содержащий тонкие волокна, имеющие диаметр в диапазоне от приблизительно 0,7 мкм до приблизительно 1,5 мкм, возможно от приблизительно 1,0 мкм до приблизительно 1,5 мкм.
В некоторых вариантах осуществления фильтрующий материал характеризуется приемлемой и/или желательной эффективностью фильтрования и приемлемым и/или желательным сопротивлением затяжке при использовании, например, при включении фильтрующего материала в курительное изделие.
В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна могут иметь достаточно большой диаметр для того, чтобы они не растворялись бы при использовании, например, при фильтровании табачного дыма.
В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна содержат ацетат целлюлозы и/или его производные, полимолочную кислоту (PLA), полибутиленсукцинат (PBS), поливиниловый спирт (PVOH), полибутиленадипинат-терефталат (РВАТ), полигликолевую кислоту (PGA), хитозан, полигидроксибутират (РНВ), полиэтиленоксид (РЕО), желатин или любую их комбинацию.
В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна могут состоять по существу или могут состоять из ацетата целлюлозы и/или его производных.
В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна могут содержать от приблизительно 50% до приблизительно 100% ацетата целлюлозы. Тонкие волокна фильтрующего материала могут содержать приблизительно 20%, приблизительно 25%, приблизительно 30%, приблизительно 35%, приблизительно 40%, приблизительно 45%, приблизительно 50%, приблизительно 55%, приблизительно 60%, приблизительно 65%, приблизительно 70%, приблизительно 75%, приблизительно 80%, приблизительно 85%, приблизительно 90%, приблизительно 95%, приблизительно 99% или приблизительно 100% ацетата целлюлозы. В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна фильтрующего материала состоят на 100% из ацетата целлюлозы.
В некоторых вариантах осуществления включение ацетата целлюлозы в тонкие волокна может оказаться выгодным, поскольку, как это известно, ацетат целлюлозы вносит свой вклад в селективное удаление полулетучих соединений и/или фенольных соединений. Кроме того, ацетат целлюлозы представляет собой известный фильтрующий материал, и, таким образом, при использовании фильтрующего материала, содержащего тонкие волокна ацетата целлюлозы, для фильтрования табачного дыма, вкус дыма в общем случае будет согласовываться с тем, что производят сигареты, содержащие обычные фильтры на основе ацетата целлюлозы.
Тонкие волокна могут быть изготовлены при использовании любого способа, известного на современном уровне техники. В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна изготавливают в результате центрифугального формования. Центрифугальное формование представляет собой известную технологию, при которой в распылительной камере устанавливают высокотехнологичную центрифугу. В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна, изготовленные при использовании центрифуги, покрывают и/или обволакивают подложку, которую располагают в распылительной камере. В некоторых вариантах осуществления технология центрифугального формования характеризуется более высокой производительностью в сопоставлении с другими способами, использующими электростатическую обработку.
В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна изготовлены при использовании способа сухого формования в соответствии с описанием в патенте DE 2806030 (Deutsche Institute fuer Textil- und Faserforschung Stuttgart). При сухом формовании проводят формование из полимерного раствора в газовой окружающей среде, где растворитель выпаривается, а полимер образует волокна вследствие воздействия внешних сил, таких как сила тяжести, механическая вытяжка или напор воздуха, при этом последний вариант используют в публикации DE 2806030. Высокоскоростной воздушный поток захватывает полимерный раствор непосредственно на наконечнике фильтра, выпаривает растворитель и производит вытяжку волокон. В заключение, волокна собирают на стержне или формующем полотне.
В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна не изготовлены в результате электростатического формования (электроформования) или в результате электростатического распыления (электрораспыления).
Тонкие волокна могут иметь любые подходящие форму или конформацию. Например, тонкие волокна могут иметь форму нити, флока, жгута (фильтрующего пучка), полотна и/или листа. Тонкие волокна могут иметь нетканую или тканую форму. В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна имеют форму нетканого полотна. Нетканые материи, листы и тому подобное в настоящем документе называют неткаными полотнами.
В вариантах осуществления, в которых тонкие волокна имеют форму полотна (то есть, легкого нетканого материала), полотно может иметь плотность, составляющую по меньшей мере 1 г/кв. м, возможно по меньшей мере 2 г/кв. м. В некоторых вариантах осуществления, в которых тонкие волокна имеют форму полотна, полотно может иметь плотность в диапазоне приблизительно от 1 г/кв. м до 20 г/кв. м, возможно приблизительно от 3 г/кв. м до 15 г/кв. м.
Тонкие волокна могут иметь любую подходящую длину. В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна могут быть названы «бесконечными» или непрерывными (в том смысле, что волокна являются длинными, и может быть трудно провести легкое определение их длины, в особенности, например, в нетканом формате). В некоторых вариантах осуществления каждое тонкое волокно может иметь длину, которая по меньшей мере в 1000 раз превышает диаметр тонкого волокна. В некоторых вариантах осуществления, в которых фильтрующий материал располагают в фильтре или фильтрующем элементе курительного изделия, длина тонких волокон может быть по меньшей мере такой же, как и ширина и/или длина фильтра или фильтрующего элемента.
В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна могут быть достаточно прочными для выдерживания воздействия давлений, оказываемого на тонкие волокна во время использования. Например, в вариантах осуществления, в которых фильтрующий материал включают в курительное изделие, тонкие волокна могут быть достаточно прочными для выдерживания воздействия давлений, оказываемого на фильтрующий материал при курении. В некоторых вариантах осуществления, в которых фильтрующий материал включают в курительное изделие, тонкие волокна являются достаточно прочными для того, чтобы они не рвались бы во время курения.
Фильтрующий материал также может содержать материал основы. Он может содержать или быть образован из волокон, имеющих диаметр или средний диаметр, больший, чем у тонких волокон. Материал основы может содержать или быть образован из волокон, имеющих диаметр или средний диаметр в диапазоне от приблизительно 10 мкм до приблизительно 50 мкм, возможно от приблизительно 10 мкм до приблизительно 30 мкм. В некоторых вариантах осуществления материал основы содержит волокна, имеющие диаметр или средний диаметр, составляющий приблизительно 20 мкм.
Фильтрующий материал, содержащий тонкие волокна и материал основы, содержащий или образованный из волокон, имеющих больший диаметр или средний диаметр, чем у тонких волокон, может оказаться выгодным в отношении сохранения больших пор для получения низкого сопротивления затяжке и/или стабильного фильтрующего материала при включении фильтрующего материала в курительное изделие.
В некоторых вариантах осуществления материал основы и тонкие волокна состоят по существу или состоят из одного и того же материала. Например, материал основы и тонкие волокна могут содержать, состоять по существу или состоять из ацетата целлюлозы и/или его производных.
В альтернативном варианте, материал материала основы может быть отличным от материала тонких волокон. Желательные свойства фильтрующему материалу может придавать комбинация из имеющих меньший и больший диаметр волокон различных материалов. Такие желательные свойства могут включать прочность, хорошую перерабатываемость, эффективное фильтрование, доступность по цене, биоразлагаемость и/или экологичность.
В некоторых вариантах осуществления, в которых тонкие волокна состоят по существу или состоят из ацетата целлюлозы, материал основы содержит, состоит по существу или состоит из материала, отличного от ацетата целлюлозы. Включение материала основы, который образован из материала, отличного от ацетата целлюлозы, может сделать фильтрующий материал более доступным по цене при изготовлении.
Материал основы в выгодном варианте может содержать относительно дешевый, разлагаемый и/или экологичный материал, действие которого заключается в том, что фильтрующий материал будет более рентабельным, будет быстрее разлагаться и/или будет более экологичным в сопоставлении с обычным фильтрующим материалом при одновременной демонстрации также и хороших характеристик адсорбирования.
В некоторых вариантах осуществления материал основы состоит по существу или состоит из биоразлагаемого материала. В некоторых вариантах осуществления материал основы содержит, состоит по существу или состоит из полилактида (PLA), поливинилового спирта (PVOH) и/или целлюлозы.
В альтернативном или дополнительном вариантах, материал основы может содержать, состоять по существу или состоять из волокон ацетата целлюлозы. Волокна ацетата целлюлозы могут быть изготовлены в результате сухого формования.
Материал основы может иметь любую подходящую конформацию. Например, материал основы может иметь форму структуры филамента, флока, жгута (фильтрующего пучка), полотна и/или листа. Материал основы может иметь нетканую или тканую форму.
В некоторых вариантах осуществления материал основы может иметь форму бумаги, возможно форму бумаги с плотностью в диапазоне от приблизительно 20 до приблизительно 50 г/кв. м или бумаги с плотностью в диапазоне от приблизительно 30 до приблизительно 35 г/кв. м.
В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна и материал основы находятся в непосредственной близости. Например, тонкие волокна могут быть скомпонованы на поверхности и/или внутри структуры материала основы. В некоторых альтернативных вариантах осуществления тонкие волокна и материал основы являются физически разделенными и/или не взаимосвязанными или переплетенными.
В некоторых вариантах осуществления материал основы имеет форму нетканого полотна, возможно форму бумаги. Это может обеспечить получение преимуществ во время изготовления фильтрующего материала, например, в результате обеспечения нанесения тонких волокон на поверхность полотна в рамках части способа изготовления фильтрующего материала. Кроме того, получающийся в результате фильтрующий материал в сопоставлении с обычным фильтрующим материалом может обладать выгодными или желательными свойствами, такими как увеличенная разлагаемость.
Материал основы может быть изготовлен при использовании любого способа, известного на современном уровне техники, и/или может быть коммерчески доступным.
Фильтрующий материал может содержать одну или несколько добавок. В некоторых вариантах осуществления одна или несколько добавок могут оказывать воздействие на характеристики адсорбирования фильтрующего материала. Например, одна или несколько добавок могут улучшать селективность фильтрования, например, в отношении фенолов.
В некоторых вариантах осуществления одна или несколько добавок могут оказывать воздействие на физические свойства фильтрующего материала. Например, одна или несколько добавок могут улучшать твердость фильтра в зависимости от процентного массового содержания тонких волокон в фильтрующем материале.
В некоторых вариантах осуществления одна или несколько добавок могут представлять собой триацетин (ТА), полиэтиленгликоль (PEG) и/или триэтилцитрат (ТЕС).
В одном варианте осуществления фильтрующий материал содержит тонкие волокна, имеющие диаметр или средний диаметр, составляющие приблизительно 1 мкм, материал основы, содержащий или образованный из волокон целлюлозы или полимера PVOH, и добавку, такую как триацетин. Получающийся в результате фильтрующий материал может быть биоразлагаемым или частично биоразлагаемым.
Фильтрующий материал может быть включен в фильтр или фильтрующий элемент.
Специалисты в соответствующей области техники будут осведомлены о подходящей структуре фильтра. В некоторых вариантах осуществления фильтр имеет одну секцию или ячейку. Фильтр может представлять собой монофильтр. В альтернативном варианте, фильтр может содержать множество секций, фильтрующих элементов или ячеек. Фильтр может представлять собой спаренный фильтр.
В некоторых вариантах осуществления, в которых тонкие волокна и материал основы являются физически разделенными, одна совокупность волокон находится в одной секции или области фильтра, а другая совокупность волокон находится в другой секции или области фильтра.
В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна располагают по соседству с материалом основы. В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна могут быть расположены между по меньшей мере двумя сегментами материала основы. В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна окружены материалом основы, например, в тех вариантах осуществления, в которых тонкие волокна имеют форму нити.
В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна имеют форму диска, который вставлен в фильтр. Диск может иметь по существу ту же самую длину окружности, что и фильтр, для того, чтобы при расположении диска в фильтре он покрывал бы всю площадь поверхности фильтра при взгляде на него в поперечном разрезе. Данная компоновка обеспечивает достижение преимущества, заключающегося в том, что все вещества, перетекающие через фильтр, вероятно, будут сталкиваться или сталкиваются с диском. В некоторых вариантах осуществления диск также содержит материал основы. В альтернативном или дополнительном вариантах, материал основы может быть обособленным от диска.
В некоторых вариантах осуществления тонкие волокна имеют форму материала полотна, который скручен с получением спиралевидной конформации при взгляде на него в поперечном разрезе, и который вставлен в фильтр. В некоторых вариантах осуществления материал полотна также содержит материал основы. В альтернативном или дополнительном вариантах, материал основы может быть обособленным от материала полотна. В некоторых вариантах осуществления из материала полотна формуют фильтр или фильтрующий элемент при использовании машинного оборудования, в настоящее время использующегося для изготовления фильтра, содержащего нетканое полотно или лист.
Фильтропалочки могут быть изготовлены при целевой длине 144 мм и целевой длине окружности 24,3 мм при использовании машины для изготовления бумажных фильтров (KDF2-Decoufle CU20). При включении в фильтр или фильтрующий элемент фильтрующий материал может придавать желательные физические свойства. Например, сопротивление затяжке через фильтр или фильтрующий элемент может находиться в диапазоне от 60 до 140 мм водяного столба, что являлось бы желательным сопротивлением затяжке при включении фильтра или фильтрующего элемента в курительное изделие.
В некоторых вариантах осуществления фильтр или фильтрующий элемент может иметь массу в диапазоне от приблизительно 120 до приблизительно 250 мг.
Фильтрующий материал может быть включен в курительное изделие или его часть. В некоторых вариантах осуществления фильтр или фильтрующий элемент, содержащие фильтрующий материал, включают в курительное изделие. Фильтрующий материал, фильтр или фильтрующий элемент могут быть включены в курительное изделие при использовании любого способа, известного на современном уровне техники.
В соответствии с использованием в настоящем документе термин «курительное изделие» включает пригодную для курения продукцию, такую как сигареты, сигары и сигариллы, вне зависимости от того, имеют ли они в своей основе табак, производные табака, взорванный табак, восстановленный табак или заменители табака, а также продукцию по технологии «нагревание без горения». В дополнение к этому, в некоторых вариантах осуществления термин «курительное изделие» в соответствии с использованием в настоящем документе, кроме того, охватывает устройства для генерирования аэрозоля, такие как электронные сигареты и другие никотиновые ингаляторы, а также устройства для ингаляции, такие как так называемые устройства по технологии «нагревание без горения», в которых табак нагревается, но не сжигается.
Если обратиться к фиг. 1, то на ней курительное изделие 1, соответствующее одному варианту осуществления изобретения, содержит фильтр 2 и цилиндрический штранг материала, пригодного для курения, 3, такого как табак, выровненный с фильтром 2 таким образом, что один конец штранга материала, пригодного для курения, 3 упирается в конец фильтра 2. Фильтр 2 обернут в фицеллу (не показано), а штранг материала, пригодного для курения, 3 присоединен к фильтру 2 обычным образом при использовании ободковой бумаги. Фильтр 2 является по существу цилиндрическим и имеет конец 4 для размещения во рту и конец 5 для соединения с материалом, пригодным для курения. Фильтр 2 содержит фильтрующий материал 6, описанный в настоящем документе.
Если обратиться к фиг. 2 и 3, то на них продемонстрировано курительное изделие 1, соответствующее вариантам осуществления изобретения. Курительное изделие 1 фиг.2 содержит один диск 7, содержащий тонкие волокна, который расположен по центру в фильтре 2. Курительное изделие 1 фиг. 3 содержит два диска 7, содержащих тонкие волокна, которые расположены с приблизительно равными интервалами вдоль фильтра 2. Два диска 7 расположены в позициях одной трети и двух третей длины фильтра 2. Фильтрующий материал 6 представляет собой то, что описывается в настоящем документе.
В целях обращения к различным вопросам и достижения прогресса на современном уровне техники данное раскрытие изобретения во всей своей полноте в порядке иллюстрирования демонстрирует различные варианты осуществления, в которых заявленное изобретение (изобретения) может быть осуществлено на практике и может предложить превосходные фильтрующие среды. Преимущества и признаки из раскрытия изобретения являются всего лишь одним представительным образцом вариантов осуществления и не являются исчерпывающими и/или эксклюзивными. Они представлены только для содействия пониманию и изложению заявленных признаков. Необходимо понимать то, что преимущества, варианты осуществления, примеры, функции, признаки, структуры и/или другие аспекты раскрытия изобретения не должны рассматриваться в качестве ограничений в отношении раскрытия изобретения, определенного формулой изобретения, или ограничений в отношении эквивалентов формулы изобретения, и что могут быть использованы и другие варианты осуществления, и могут быть сделаны модификации без отклонения от объема и/или сущности раскрытия изобретения. Различные варианты осуществления в подходящем случае могут включать, состоять или состоять по существу из различных комбинаций из раскрытых элементов, компонентов, признаков, частей, стадий, средств и тому подобного. В дополнение к этому, раскрытие изобретения включает и другие изобретения, не заявленные в настоящее время, но которые могут быть заявлены в будущем.
Пример 1
В результате центрифугального формования при использовании уксусной кислоты и/или ацетона в качестве растворителя изготавливали нетканые полотна, имеющие различные плотности, а именно, с тонкими волокнами ацетата целлюлозы при 5 г/кв. м, 10 г/кв. м и 15 г/кв. м. Полотно высушивали в вакуумной печи в течение периода времени, подходящего для удаления остаточного растворителя. Из тонких волокон формовали диски и диск вручную вставляли в фильтр сигареты, содержащий жгут ацетата целлюлозы. Диск располагали в фильтре по центру в соответствии с иллюстрацией на фиг. 2. Характеристики фильтров представлены в таблице 1.
Сигареты, содержащие данные варианты фильтров, выкуривали в соответствии с режимом курения ISO (объем затяжки в 35 мл при длительности в 2 сек с интервалами в 60 секунд) при блокировании зоны вентиляции и эффективность фильтрования измеряли в отношении фильтрования свободных от никотина сухих твердых частиц (NFDPM), никотина и воды при использовании аналитической методики, описанной в публикациях С.Liu et al., Food Chem. Toxicol., 2011, 49 (9), 1904 и P. Branton et al., Chemistry Central Journal (2011), 5, 15.
Эффективность фильтрования для фильтрующих материалов продемонстрирована на фиг. 4. Эффективность фильтрования рассчитывали при использовании следующего далее уравнения, где FE представляет собой эффективность фильтрования, a SY представляет собой выход дыма:
FE=100×(SYбез фильтра-SYc фильтром)/SYбез фильтра
Как это демонстрируют полученные результаты, фильтры, содержащие тонкие волокна, характеризуются большей эффективностью фильтрования в сопоставлении с контрольными фильтрами при одновременной демонстрации приемлемого сопротивления затяжке. Эффективность фильтрования в отношении различных анализируемых веществ увеличивается при увеличении величины г/кв. м для полотна из тонких волокон, использующегося в фильтре.
После этого строили графическую зависимость эффективности фильтрования в отношении частиц NFDPM, никотина и воды для фильтров, содержащих полотно из тонких волокон ацетата целлюлозы, от массы включенных тонких волокон ацетата целлюлозы, и результаты продемонстрированы на фиг. 5. Как это демонстрирует график, эффективность фильтрования увеличивается по мере увеличения массы тонких волокон ацетата целлюлозы. Опять-таки, массу тонких волокон приблизительно определяли на основании основной массы полотна из тонких волокон ацетата целлюлозы и длины окружности контрольного сигаретного фильтра.
Пример 2
Эксперимент из примера 1 проводили при использовании полотен из тонких волокон, имеющих различные плотности (г/кв. м), а именно, с тонкими волокнами ацетата целлюлозы при 5 г/кв. м и 15 г/кв. м. В дополнение к этому, использующиеся тонкие волокна имели меньший диаметр в сопоставлении с тонкими волокнами, использующимися в примере 1. Характеристики фильтров представлены в таблице 2.
Сигареты, содержащие данные варианты фильтров, выкуривали в соответствии с режимом курения ISO при блокировании зоны вентиляции и измеряли эффективность фильтрования.
Эффективность фильтрования для фильтрующих материалов продемонстрирована на фиг. 6. Как это подтверждают полученные результаты, фильтры, содержащие тонкие волокна, характеризуются большей эффективностью фильтрования в сопоставлении с контрольными фильтрами при одновременной демонстрации приемлемого сопротивления затяжке. Эффективность фильтрования в отношении различных анализируемых веществ опять-таки увеличивается при увеличении величины г/кв. м для полотна из тонких волокон, использующегося в фильтре. Кроме того, как на это указывают результаты из примеров 1 и 2, эффективность фильтрования увеличивается при уменьшении диаметра тонких волокон.
Пример 3
После этого эксперимент из примера 1 повторяли при использовании дополнительных полотен из тонких волокон, имеющих различные плотности (г/кв. м), а именно, с тонкими волокнами ацетата целлюлозы при 5 г/кв. м, 7,5 г/кв. ми 12,5 г/кв. м и 15 г/кв. м., имеющими меньший диаметр, чем в примере 1. Опять-таки, сигареты, содержащие данные варианты фильтров, выкуривали в соответствии с режимом курения ISO при блокировании зоны вентиляции.
Эффективность фильтрования для фильтрующих материалов продемонстрирована на фиг. 7, и характеристики фильтров представляли собой нижеследующее:
Столбец 1 - жгут ацетата целлюлозы (контрольный образец)
Столбец 2 - жгут ацетата целлюлозы + полотно из тонких волокон ацетата целлюлозы при 5 г/кв. м
Столбец 3 - жгут ацетата целлюлозы + полотно из тонких волокон ацетата целлюлозы при 7,5 г/кв. м
Столбец 4 - жгут ацетата целлюлозы + полотно из тонких волокон ацетата целлюлозы при 12,5 г/кв. м
Столбец 5 - жгут ацетата целлюлозы + полотно из тонких волокон ацетата целлюлозы при 15 г/кв. м
Как это подтверждают полученные результаты, фильтры, содержащие тонкие волокна, характеризуются большей эффективностью фильтрования в сопоставлении с контрольными фильтрами, и эффективность фильтрования в отношении различных анализируемых веществ увеличивается при увеличении величины г/кв. м для полотна из тонких волокон, использующегося в фильтре, даже при увеличении величины г/кв. м до 15.
Пример 4
Нетканое полотно из тонких волокон ацетата целлюлозы при 7,6 г/кв. м изготавливали в соответствии с описанием в примере 1. Из тонких волокон формировали диски. Диски вручную вставляли в фильтр сигареты, содержащий жгут ацетата целлюлозы. При вставлении одного диска его располагали в фильтре по центру в соответствии с иллюстрацией на фиг. 2. При вставлении двух дисков их располагали в позициях одной трети и двух третей длины фильтра в соответствии с иллюстрацией на фиг. 3. Характеристики получающихся в результате фильтров представлены в таблице 3.
Сигареты, содержащие данные варианты фильтров, выкуривали в соответствии с режимом курения ISO (объем затяжки в 35 мл при длительности в 2 сек с интервалами в 60 секунд) при блокировании зоны вентиляции и эффективность фильтрования измеряли в отношении фильтрования свободных от никотина сухих твердых частиц (NFDPM), никотина и воды при использовании аналитических методов, упомянутых выше в связи с примером 1.
Результаты анализов продемонстрированы на фиг. 8. Как это демонстрируют полученные результаты, фильтры, содержащие два диска, содержащих полотно из тонких волокон ацетата целлюлозы при 7,6 г/кв. м, характеризуются большей эффективностью фильтрования в сопоставлении с фильтрами, содержащими один диск, содержащий полотно из тонких волокон ацетата целлюлозы при 7,6 г/кв. м, и оба типа фильтров, содержащих диски, характеризуются большей эффективностью фильтрования в сопоставлении с контрольными фильтрами.
Пример 5
После этого эксперимент из примера 4 повторяли при использовании фильтров, содержащих один или два диска, содержащих полотно из тонких волокон ацетата целлюлозы при 7,5 г/кв. м, при этом тонкие волокна имеют средний диаметр 0,9 мкм. Краткое изложение характеристик получающихся в результате фильтров представлено в таблице 4.
Сигареты, содержащие данные варианты фильтров, выкуривали в соответствии с режимом курения ISO (объем затяжки в 35 мл при длительности в 2 сек с интервалами в 60 секунд) при блокировании зоны вентиляции и эффективность фильтрования измеряли в отношении фильтрования свободных от никотина сухих твердых частиц (NFDPM), никотина и воды.
Результаты продемонстрированы на фиг. 9, и они подтверждают то, что фильтры, содержащие два диска (в данном случае при 7,5 г/кв. м), содержащие полотно из тонких волокон ацетата целлюлозы, характеризуются большей эффективностью фильтрования в сопоставлении с фильтрами, содержащими один диск, и что оба типа фильтров, содержащих диски, характеризуются большей эффективностью фильтрования в сопоставлении с контрольными фильтрами.
Пример 6
После этого исследовали воздействие диаметра тонких волокон ацетата целлюлозы. Нетканые полотна из тонких волокон ацетата целлюлозы при 5 г/кв. м и 15 г/кв. м изготавливали в соответствии с описанием в примере 1. Из тонких волокон формовали диски и диск вручную вставляли в фильтр сигареты, содержащий жгут ацетата целлюлозы. Диск располагали в фильтре по центру в соответствии с иллюстрацией на фиг. 2. Характеристики фильтров представлены в таблице 5.
Сигареты, содержащие данные варианты фильтров, выкуривали в соответствии с режимом курения ISO (объем затяжки в 35 мл при длительности в 2 сек с интервалами в 60 секунд) при блокировании зоны вентиляции и эффективность фильтрования измеряли в отношении фильтрования свободных от никотина сухих твердых частиц (NFDPM), никотина и воды.
Результаты продемонстрированы на фиг. 10, и они демонстрируют то, что тонкие волокна, имеющие более высокую плотность, в сочетании с меньшими из рассмотренных диаметров волокон приводили к получению наибольшей эффективности фильтрования. Данная корреляция была очень ясной для частиц NFDPM и никотина, но была менее ярко выраженной для воды. Действительно, для воды комбинация из меньшей плотности (5 г/кв. м) и большего диаметра (1,3 мкм) продемонстрировала лучшее фильтрование в сопоставлении с меньшей плотностью (5 г/кв. м) и меньшим диаметром (0,76 мкм). В прочих случаях меньший диаметр тонких волокон приводил к получению лучших результатов по фильтрованию.
Пример 7
В предшествующих экспериментах диски, содержащие нетканое полотно из тонких волокон, располагали перпендикулярно потоку дыма (как это продемонстрировано на фиг. 2 и 3). Для определения воздействия расположения полотна в данном эксперименте получали изготовленные вручную сигареты, содержащие следующие далее варианты фильтров:
- обычный жгут ацетата целлюлозы в качестве контрольного образца
- диск, содержащий полотно из тонких волокон ацетата целлюлозы и вставленный в середину фильтра, содержащего жгут ацетата целлюлозы
- диск, содержащий жгут ацетата целлюлозы и вставленный в середину фильтра, содержащего жгут ацетата целлюлозы
Данные сигареты выкуривали в тех же самых условиях. В таблице 6 продемонстрированы выходы дыма, и представлены рассчитанные эффективности фильтрования. Как это продемонстрировали результаты, эффективность фильтрования в отношении никотина составляла, соответственно, 44,7 и 39,4% в сигаретах, содержащих фильтры, имеющие диск, содержащий полотно из тонких волокон ацетата целлюлозы, и диск, содержащий жгут ацетата целлюлозы, в фильтре, в сопоставлении с контрольным фильтром, характеризующимся эффективностью фильтрования 35,5%. Ту же самую тенденцию получали для эффективности фильтрования в отношении частиц NFDPM для данных сигарет. Данные результаты иллюстрируют эффект от диаметра волокна в фильтре, где добавление 1,8 мг тонких волокон в результате приводило к увеличению приблизительно на 9% для эффективности фильтрования в отношении никотина, в то время как добавление 5,75 мг обычных волокон приводило к увеличению, составляющему только приблизительно 4%. Увеличение сопротивления затяжке и эффективности фильтрования было еще более ярко выраженным при вставлении диска, содержащего полотно из тонких волокон ацетата целлюлозы, в бумажный фильтр. Это могло бы быть соотнесено с разницей объемов пустот в фильтрах из ацетата целлюлозы и бумаги. Вставление диска из бумаги в бумажный фильтр не являлось простой ручной операцией и приводило к получению относительно высокого сопротивления затяжке, и, таким образом, данные сигареты не включали в испытания с анализами дыма.
Как это продемонстрировали приведенные результаты по фенолу, вставление полотна из тонких волокон ацетата целлюлозы в фильтры из ацетата целлюлозы не приводило к увеличению удерживания фенола. Это предполагает то, что селективность ацетата целлюлозы в отношении удерживания фенола не зависит от диаметра волокна ацетата целлюлозы. Результаты для бумажного фильтра продемонстрировали значительное снижение приведенного выхода фенола сразу после вставления диска, содержащего полотно из тонких волокон ацетата целлюлозы, в фильтр, но выход был все еще относительно большим в сопоставлении с приведенным выходом в сигаретах, содержащих фильтр из ацетата целлюлозы.
Пример 8
При использовании изготовленных машинным способом фильтров, содержащих полотно из тонких волокон ацетата целлюлозы, осажденное на бумагу в качестве носителя, также исследовали эффект от тонких волокон ацетата целлюлозы в сигаретных фильтрах.
Использовали три образца с различными основными массами полотна из тонких волокон ацетата целлюлозы, а именно, при 3, 6 и 9 г/кв. м, во всех случаях при диаметре волокна 1,3 мкм. Из данных образцов изготавливали фильтропалочки, и изготовленные фильтропалочки продемонстрировали характеристики, представленные в таблице 7. Вследствие ограниченной поставки полотна из тонких волокон ацетата целлюлозы, осажденного на бумаге, было невозможно изготовить фильтропалочки, характеризующиеся подобными сопротивлениями затяжке. Вследствие различия сопротивлений затяжке у образцов для испытаний в виде фильтропалочек в целях согласовывания сопротивления затяжке у образцов для испытаний изготавливали контрольные образцы, характеризующиеся различными сопротивлениями затяжке.
Как это можно видеть исходя из характеристик фильтропалочек (таблица 7), масса фильтропалочек, образованных полотном из тонких волокон ацетата целлюлозы/бумагой, является меньшей, чем у контрольных образцов, образованных просто бумагой, при подобных сопротивлениях затяжке. В дополнение к этому, увеличение основной массы полотна из тонких волокон ацетата целлюлозы в результате приводило к появлению потребности в уменьшении ширины полотна для изготовления фильтропалочек, характеризующихся подобным сопротивлением затяжке.
В режиме курения ISO при блокировании зоны вентиляции проводили анализы химического состава дыма для изготовленных сигарет, и результаты представлены в таблицах 8 и 9.
Как это демонстрируют выходы дыма и рассчитанные эффективности фильтрования в отношении частиц NFDPM, никотина и фенольных соединений для сигарет, содержащих фильтры из тонких волокон ацетата целлюлозы/бумаги, представленные в таблице 8, при подобных массе фильтра и сопротивлении затяжке эффективность фильтрования увеличивается при увеличении уровня содержания тонких волокон ацетата целлюлозы в фильтре.
Как это демонстрирует сопоставление эффективности фильтрования для сигарет, содержащих фильтры из тонких волокон ацетата целлюлозы/бумаги, и контрольный (бумажный) фильтр, при подобных сопротивлениях затяжке, увеличение уровня содержания тонких волокон ацетата целлюлозы, приводит к увеличению эффективности фильтрования (таблицы 8 и 9). Это также было видно в случае изготовленных вручную сигарет, представленных в предшествующих примерах.
Как это демонстрируют приведенные результаты по фенолу в таблице 8, увеличение массы тонких волокон ацетата целлюлозы в фильтре в результате приводит к уменьшению приведенных выходов фенола.
Как это продемонстрировали результаты, в сопоставлении с бумажным контрольным фильтром фильтр, содержащий полотно из тонких волокон ацетата целлюлозы/бумагу, в результате приводил к получению уменьшенной массы фильтра при подобном сопротивлении затяжке, увеличенной эффективности фильтрования при подобном сопротивлении затяжке и увеличенной селективности фильтрования в отношении фенола.
Результаты, полученные исходя из объединения тонких волокон ацетата целлюлозы с бумагой, указывают на то, что данный тип фильтрующего материала может быть рассмотрен в качестве альтернативного варианта для обычного жгута ацетата целлюлозы, обеспечивающего получение сопоставимой характеристики фильтрования, но улучшенной разлагаемости. Такие фильтрующие материалы на бумажной основе в сопоставлении с обычным фильтрующим материалом предположительно демонстрировали бы значительно увеличенную разлагаемость.
1. Фильтрующий материал для включения в курительное изделие, который состоит из волокон, имеющих диаметр или средний диаметр в диапазоне от 3 мкм до 10 мкм, и волокна содержат ацетат целлюлозы и/или его производные.
2. Фильтрующий материал по п. 1, в котором волокна имеют диаметр или средний диаметр в диапазоне от 3 мкм до 5 мкм, или в котором диаметр или средний диаметр волокон находится в диапазоне от 5 мкм до 7 мкм, или в котором волокна имеют диаметр или средний диаметр в диапазоне от 7 мкм до 10 мкм.
3. Фильтрующий материал по п. 1 или 2, в котором волокна содержат ацетат целлюлозы и/или его производные и по меньшей мере одно из группы, состоящей из полимолочной кислоты (PLA), полибутиленсукцината (PBS), поливинилового спирта (PVOH), полибутиленадипинат-терефталата (РВАТ) или полигликолевой кислоты (PGA), хитозана, полигидроксибутирата (РНВ), полиэтиленоксида (РЕО) и желатина.
4. Фильтрующий материал по любому из пп. 1-3, в котором волокна состоят по существу из ацетата целлюлозы и/или его производных.
5. Способ получения фильтрующего материала по любому из пп. 1-4, в котором волокна изготавливают в результате центрифугального формования или в результате сухого формования.
6. Фильтр или фильтрующий элемент, который содержит фильтрующий материал по любому из пп. 1-4.
7. Курительное изделие, содержащее фильтр или фильтрующий элемент по п. 6.
8. Применение фильтрующего материала по любому из пп. 1-4 при фильтровании табачного дыма.
