Патент на изобретение №2290047

(54) ФИЛЬТР ДЛЯ КУРЕНИЯ

(57) Реферат:

Фильтр для курения содержит фильтрующую среду и средство для нагрева фильтрующей среды или периферии фильтрующей среды, выполненное с возможностью регулирования температуры в интервале от 100°С до 200°С. Фильтрующая среда выполнена из теплостойких волокон и является высокоэффективным фильтром с возможностью удаления практически 100% частиц. Средство нагревания позволяет регулировать температуру в две или более стадии. Фильтр предусматривает охлаждающую секцию и может содержать дополнительно фильтр из активированного угля. Фильтрующая среда может содержать слоистый фосфат в качестве адсорбента. Технический результат – удаление высококипящих компонентов из табачного дыма. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

Настоящее изобретение относится к фильтру для курения.

Для удаления вредных веществ из табачного дыма было предложено добавлять в сигаретные фильтры различные адсорбенты и модификаторы.

Тем не менее, поскольку компоненты, имеющие высокую температуру кипения, например бензо[а]пирен, ведут себя аналогично частицам, то при использовании обычных табачных фильтров трудно было селективно удалить компоненты, имеющие высокую температуру кипения.

В описании Патента Японии №60-110333, например, раскрывается табачный фильтр, изготовленный из ацетатного волокна, который содержит сине-зеленую микроводоросль спирулину. В этом аналоге сообщается, что табачный дым пропускают через трубку, снабженную фильтром, который содержит сине-зеленую микроводоросль спирулину, с целью определить степень адсорбции по сравнению с фильтром, который не содержит сине-зеленую микроводоросль спирулину. Степень адсорбции составляет 42,4% для никотина, 53,2% для смолы и 75,1% для 3,4-бензопирена.

С другой стороны, в описании Патента Японии №62-79766 предлагается табачный фильтр, который изготавливают раскатыванием пленочного носителя, содержащего хлопья смеси трутовика/трутовика лакированного или порошок/хлопья трутовика разноцветного. Сообщается, что степень удаления 3,4-бензопирена для соответствующих фильтров составляет 62% и 35%.

Тем не менее, приведенные в качестве примера обычные табачные фильтры не в состоянии в достаточной степени удалять высококипящие компоненты из табачного дыма.

Технической задачей настоящего изобретения явилось создание табачного фильтра или фильтра для курения, который бы удалял высококипящие компоненты в удовлетворительной степени.

Данная техническая задача была решена путем создания фильтра для курения, который согласно изобретению содержит фильтрующую среду и средство для нагревания фильтрующей среды или периферии фильтрующей среды, выполненное с возможностью регулирования температуры в интервале от 100°С до 200°С.

Предпочтительно фильтрующая среда выполнена из теплостойких волокон.

Желательно, чтобы фильтр, изготовленный из теплостойких волокон, обладал термической стабильностью, так чтобы фильтр не претерпевал модификацию даже при нагревании свыше 300°С.

Предпочтительно фильтрующая среда является высокоэффективным фильтром, выполненным с возможностью удаления практически 100% частиц.

Предпочтительно средство для нагревания выполнено с возможностью регулирования температуры в две или более стадии.

Предпочтительно фильтр для курения дополнительно включает охлаждающую секцию.

Предпочтительно фильтр для курения дополнительно содержит фильтр из активированного угля.

Предпочтительно фильтрующая среда содержит слоистый фосфат в качестве адсорбента.

Необходимо, чтобы фильтрующая среда в фильтре для курения согласно настоящему изобретению представляла собой высокоэффективный фильтр, способный удалять практически 100% частиц. Термин “высокоэффективный фильтр” обозначает фильтр, способный удалять практически 100% компонентов в виде частиц, содержащихся в табачном дыме, и способный практически полностью пропускать компоненты табачного дыма в виде пара. Диаметр волокон и сопротивление вентиляции высокоэффективного фильтра может практически совпадать с диаметром волокон и сопротивлением вентиляции обычной фильтрующей среды. Если более конкретно, то высокоэффективный фильтр имеет диаметр волокон от долей микрона до нескольких микрон, а сопротивление вентиляции не превышает 200 мм водяного столба.

Кроме того, следует отметить, что поскольку настоящее изобретение отличается тем, что фильтрование осуществляют таким образом, чтобы изменить распределение газ-жидкость дыма посредством нагревания, то можно ожидать тот же эффект даже в том случае, когда нагретый дым проходит через фильтрующую среду, которую не нагревают. В таком случае становится возможным нагреть дым до того, как он пройдет через фильтрующую среду с тем, чтобы изменить распределение газ-жидкость, а затем дым пропускают через фильтрующую среду. Если более точно, то можно установить высокоэффективный фильтр сразу же вслед за конусом горения. Например, поскольку в случае аэрозольной сигареты, такой как AIRS (зарегистрированный торговый знак), генерирующая дым часть не движется, то достаточно установить высокоэффективный фильтр сразу же вслед за генерирующей дым частью сигареты. Кроме того, если высокоэффективный фильтр применяют в сочетании с трудновоспламеняемым оберточным материалом, то можно сформировать фильтрующую среду, сделав содержащую табак часть достаточно короткой, поскольку естественная скорость горения является низкой.

Применение описанного нагрева согласно настоящему изобретению позволяет испарить необходимые компоненты, которые составляют аромат и/или вкус табака, и не испарять компоненты с высокой температурой кипения, а также селективно фильтровать компоненты, обладающие высокой температурой кипения.

Далее изобретение будет пояснено более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 – иллюстрация того, каким образом сигарета присоединяется к фильтру для курения в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

фиг.2 – конструкция оборудования, используемого для проведения экспериментов по автоматическому курению.

фиг.3 – гистограмма, показывающая зависимость между температурой фильтра и поступлением каждого компонента.

фиг.4 – гистограмма, показывающая зависимость между температурой фильтра и отношением поступления никотина к смоле (отношение N/T).

фиг.5 – гистограмма, показывающая зависимость между температурой фильтра и величиной пропускания каждого компонента.

фиг.6 – иллюстрация того, каким образом другая сигарета присоединяется к фильтру для курения в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

фиг.7 – график, показывающий зависимость между давлением пара каждого компонента и величиной их пропускания.

фиг.8 – иллюстрация того, каким образом фосфат циркония добавляют в фильтр для курения в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

фиг.9 – гистограмма, показывающая поступление никотина и ароматических аминов через фильтр для курения с фосфатом циркония или без фосфата циркония.

фиг.10 – иллюстрация того, каким образом осуществляют двухстадийный контроль в фильтре для курения в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

фиг.11 – гистограмма, показывающая поступление никотина и ароматических аминов через фильтр для курения, соответственно, с одностадийным контролированием температуры и двухстадийным контролированием температуры.

Далее описываются примеры согласно настоящему изобретению со ссылкой на приведенные чертежи.

На фиг.1 показано, каким образом сигарета присоединяется к фильтру для курения в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как видно из фиг.1, внутри фильтра для курения размещен фильтр НЕРА (высокоэффективный фильтр для удаления частиц из воздуха), который применяют в качестве высокоэффективного фильтра 2, и нагреватель 3, окружающий высокоэффективный фильтр 2. Сигарета 10 закрепляется на конце фильтра для курения 1. Во время курения высокоэффективный фильтр 2 нагревается нагревателем 3.

Эксперименты по автоматическому раскуриванию сигарет проводят с помощью оборудования, конструкция которого приведена на фиг.2. Как показано на фиг.2, позади фильтра для курения 1, приведенного на фиг.1, размещают охладитель 20, температура которого составляет 22°С, и кембриджский фильтр 3, а затем к системе подсоединяют машину 40 для автоматического раскуривания сигарет.Сигарету без наконечника подсоединяют к фильтру для курения 1 в качестве сигареты 10. В конкретных условиях автоматическое раскуривание сигареты осуществляют, устанавливая различные температуры для высокоэффективного фильтра в интервале от 22С (нагревание отсутствует) до 300°С. Температуру фильтра поддерживают постоянной в процессе автоматического раскуривания в течение 6 мин (6 затяжек).

На фиг.3 показана зависимость между температурой фильтра и поступлением каждого из следующих веществ – смолы (Tar), никотина (Nic), бензо[a]пирена (ВаР) и ароматических аминов (Aas). В данном случае обозначение “blank” (пустой), указанное на гистограмме, указывает на результат, для которого автоматическое раскуривание проводят при 22°С без фильтра НЕРА. Кроме того, обозначение “H22” и т.п. указывает на температуру, установленную для высокоэффективного фильтра (фильтра НЕРА).

Фиг.3 показывает, что хотя поступление каждого компонента небольшое, когда температуру устанавливают на уровне 22°С, поступление каждого компонента возрастает с увеличением температуры высокоэффективного фильтра. Экспериментальные данные показывают свойства высокоэффективного фильтра, а именно: высокоэффективный фильтр удаляет практически 100% частиц и, за некоторым исключением, пропускает практически все компоненты из паровой фазы. Испарение каждого из веществ – смолы, никотина, бензо[a]пирена и ароматических аминов увеличивается с ростом температуры, так что происходит увеличение поступления каждого из указанных компонентов. Поскольку компоненты табачного дыма отличаются друг от друга по температуре испарения, то следует ожидать, что компоненты с высокой температурой кипения могут быть селективно удалены в том случае, когда высокоэффективный фильтр нагревают соответствующим образом, так что необходимые компоненты могут быть испарены, а высококипящие компоненты не испаряются.

На фиг.4 приведена гистограмма, показывающая зависимость между температурой фильтра и отношением поступления никотина к смоле (отношение N/T). В смоле содержатся тысячи компонентов, и эти компоненты отличаются друг от друга по температуре кипения. В таком случае смола и никотин отличаются друг от друга по величине поступления в зависимости от температуры. Как видно из фиг.4, наибольшая величина отношения достигается в том случае, когда температура фильтра составляет 125°С, при этом она в 8 раз превышает отношение N/T для “пустого” случая.

Другими словами, можно обеспечить селективное пропускание необходимых компонентов, составляющих аромат и/или вкус табака, которые имеют температуру кипения меньше, чем температура никотина, путем нагревания фильтрующей среды с тем, чтобы отфильтровать нелетучие компоненты в смоле.

На фиг.5 приведена гистограмма, показывающая зависимость между температурой фильтра и степенью пропускания каждого компонента табачного дыма. На фиг.5 показано относительное пропускание каждого из веществ – смолы (Tar), никотина (Nic), бензо[a]пирена (ВаР) и ароматических аминов (Aas), при этом величину проницаемости для “пустого” случая берут за 1. Никотин с трудом проникает через фильтр при температуре 22°С. Однако пропускание никотина возрастает до величины приблизительно 0,2 при 100°С, до величины приблизительно 0,5 при 125°С и до величины приблизительно 0,8 при 200°С, что соответствует значительному увеличению пропускания с ростом температуры. В том случае, когда температуру фильтра НЕРА устанавливают на уровне 200°С или более, никотин не обнаруживается в фильтре НЕРА, что можно объяснить тем, что весь никотин проник через фильтр НЕРА. Тем не менее, авторы настоящего изобретения полагают, что часть прошедшего никотина может осесть на стенках канала, что приводит к потерям, так что пропускание при температуре 200°С или более составляет приблизительно 0,8. Кроме того, авторы настоящего изобретения полагают, что причина того, что величина пропускания смолы, бензо[a]пирена и ароматических аминов не достигает единицы даже при 300°С, заключается в их недостаточном испарении и потере за счет осаждения на стенках канала. Если температуру фильтра устанавливают в интервале от 125°С до 150°С, то бензо[a]пирен и ароматические амины, которые нежелательны при курении, проникают с трудом, а необходимые компоненты, которые составляют аромат и/или вкус табака и имеют температуру кипения ниже, чем температура кипения никотина, могут проникать селективно. Кроме того, указанный выше эффект селективного пропускания может быть получен, если температуру фильтра устанавливают в интервале от 100°С до 200°С.

В данном случае в приведенных выше экспериментах температуру фильтра поддерживают постоянной от первой затяжки до шестой затяжки. Тем не менее, авторы изобретения полагают, что похожий эффект может быть получен даже в том случае, когда фильтр нагревают до указанной температуры, например 125°С, лишь в течение короткого промежутка времени во время каждой затяжки.

Далее, конструкция, в которой сигарета 10 без кончика крепится к фильтру для курения 1, показана на фиг.1, а другая конструкция, в которой сигарета 11, включающая фильтр из активированного угля 11а, крепится к фильтру для курения 1, показана на фиг.6. В каждой конструкции высокоэффективную фильтрующую среду нагревают до 200°С в течение одной затяжки и собирают проникший табачный дым. Собранный табачный дым анализируют методом ГЖ/МС с тем, чтобы оценить соотношение между давлением пара и величиной пропускания для каждого компонента. Результаты представлены на фиг.7.

В том случае, когда перед высокоэффективным фильтром не устанавливают фильтр из активированного угля, наблюдают тенденцию, в соответствии с которой компонент, обладающий наибольшим давлением паров, демонстрирует и наибольшую степень пропускания. С другой стороны, в том случае, когда перед высокоэффективным фильтром устанавливают фильтр из активированного угля, то можно добиться того, чтобы селективно отфильтровывать компоненты, обладающие высоким давлением паров, несмотря на то, что степень пропускания никотина практически совпадает с соответствующим значением степени пропускания для предыдущего случая. Другими словами, было показано, что можно контролировать компоненты как в фазе частиц, так и паровой фазе в том случае, когда табачное изделие, которое снабжено приспособлениями для нагрева, указанными в настоящем изобретении, применяют в сочетании с адсорбентом/присадкой, представленной активированным углем.

Фиг.7 показывает, что степень пропускания, меньшая, чем 1, не установлена. На основании этого можно предположить, что даже если высокоэффективный фильтр нагревают до 200°С, аномальные компоненты, образовавшиеся в процессе тепловой реакции, отсутствуют в диапазоне, выбранном для данного измерения.

Далее, фосфат циркония 4 (поставляется компанией Daiichi Kigenso Kagakukogyo Co., LTD., CPZ-100), который представляет собой слоистый фосфат, размещают в виде трехслойной конструкции между двумя фильтрами НЕРА 2. Затем проводят измерения с помощью автоматической курительной машины, используя оборудование, конструкция которого приведена на фиг.2, при этом температуру фильтра НЕРА устанавливают равной 200°С.

На фиг.9 приведена гистограмма, показывающая поступление никотина и ароматических аминов через фильтр НЕРА с фосфатом циркония в сравнении с фильтром НЕРА без фосфата циркония. Из фиг.9 можно сделать вывод, что при добавлении фосфата циркония в фильтр НЕРА можно ожидать селективное удаление ароматических аминов без значительного изменения в степени проницаемости фильтра. Кроме того, становится возможным такое применение, в котором к фильтру НЕРА добавляют окислительный катализатор, эффективно работающий при повышенных температурах, при этом монооксид углерода, который нежелателен при курении, превращается в диоксид углерода.

На фиг.10 приведен пример, в котором показаны два фильтра для курения, каждый из которых имеет высокоэффективный фильтр 2 и нагреватели 3 и 5, окружающие высокоэффективный фильтр 2. В данном случае расположенный выше по потоку фильтр устанавливают на относительно высокую температуру (200°С), а расположенный ниже по потоку фильтр устанавливают на относительно низкую температуру (100°С). В этом случае расположенный выше по потоку фильтр служит для селективного пропускания необходимых компонентов, которые составляют аромат и/или вкус табака и температура кипения которых ниже, чем температура кипения никотина, в сравнении с высококипящими компонентами, в то время как расположенный ниже по потоку фильтр служит для селективной конденсации части компонентов, имеющих высокую температуру кипения, которые прошли через расположенный выше по потоку фильтр.

На фиг.11 приведена гистограмма, на которой приведены данные по поступлению никотина и ароматических аминов через фильтр при двухстадийном контролировании температуры, по сравнению с результатами при одностадийном контролировании температуры при 150°С (Н150), когда поступление никотина практически совпадает с поступлением ароматических аминов. Фиг.11 показывает, что двухстадийное контролирование температуры способно подавить поступление ароматических аминов за счет селективной конденсации высококипящих компонентов в расположенном ниже по потоку фильтре без значительного изменения в поступлении никотина. Эти результаты показывают эффективность контролирования компонентов дыма путем многоступенчатого контроля температуры.

Приведенное выше описание охватывает случай, когда проводят нагрев высокоэффективной фильтрующей среды (фильтра НЕРА), которая позволяет удалить практически 100% компонентов табачного дыма в виде частиц, а также позволяет практически полностью проникать компонентам табачного дыма в виде пара. Однако можно удалить приблизительно 50% нежелательных компонентов, таких как бензо[a]пирен и ароматические амины и при этом пропустить практически все компоненты, составляющие аромат и/или вкус табака, температура кипения которых ниже, чем температура кипения никотина.

Формула изобретения

1. Фильтр для курения, содержащий фильтрующую среду и средство для нагревания фильтрующей среды или периферии фильтрующей среды, выполненное с возможностью регулирования температуры в интервале 100-200°С.

2. Фильтр для курения по п.1, в котором фильтрующая среда выполнена из теплостойких волокон.

3. Фильтр для курения по п.1, в котором фильтрующая среда является высокоэффективным фильтром, выполненным с возможностью удаления практически 100% частиц.

4. Фильтр для курения по п.1, в котором средство для нагревания выполнено с возможностью регулирования температуры в две или более стадии.

5. Фильтр для курения по п.1, который дополнительно содержит охлаждающую секцию.

6. Фильтр для курения по п.1, который дополнительно содержит фильтр из активированного угля.

7. Фильтр для курения по п.1, в котором фильтрующая среда содержит слоистый фосфат в качестве адсорбента.

РИСУНКИ