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包括多功能纖維煙改變材料的濾芯.pdf

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包括 多功能 纖維 改變 材料
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摘要
申請專利號:

CN201180044064.6

申請日:

20110728

公開號:

CN103108559B

公開日:

20150401

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A24D3/08,A24D3/12,A24D3/16,A24D3/10 主分類號: A24D3/08,A24D3/12,A24D3/16,A24D3/10
申請人: R.J.雷諾茲煙草公司
發明人: A·D·西巴斯坦恩
地址: 美國北卡羅來納州
優先權: 12/847,228
專利代理機構: 上海專利商標事務所有限公司 代理人: 郭輝
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201180044064.6

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明提供了一種濾芯,其用于吸煙制品中,并提供對粒狀材料和主流煙氣的氣態組分的過濾。所述濾芯包括含有多個單獨長絲的纖維絲束片段,其中每個單獨長絲包括嵌入其中的多個吸附材料粒子,所述多個吸附材料粒子由可去除的密封劑至少部分密封。所述單獨長絲還可包括外涂層,所述外涂層提供適于與主流煙氣的一種或多種組分反應的多個反應性基團。或者,多功能濾芯組合不同的纖維過濾材料,如與活性炭長絲以及離子交換長絲及催化長絲中的至少一種組合的醋酸纖維素或聚烯烴長絲。本發明提供了一種提供含有嵌入的吸附材料的醋酸纖維素纖維絲束的方法,其中多個經密封的吸附粒子與醋酸纖維素涂料混合。

權利要求書

1.一種濾芯,其適合用于吸煙制品中,并提供對粒狀材料和主流煙氣的至少一種氣態組分的過濾,所述濾芯包括含有多個單獨長絲的至少一個纖維絲束片段,其中每個單獨長絲包括嵌入其中的多個吸附材料粒子,所述多個吸附材料粒子由可去除的密封劑至少部分密封,且其中經密封的吸附材料粒子中的至少一部分具有暴露于所述單獨長絲的表面上的表面積部分,且所述暴露的表面積部分的至少一部分不含密封劑,且其中每個單獨長絲還包括外涂層,所述外涂層包括通過化學吸附或物理吸附與每個單獨長絲的表面附著且適于與主流煙氣的一種或多種組分反應的多個反應性基團,所述組分選自下組:氰化氫、吡啶、喹啉、丁二烯、甲苯胺、萘胺、氧化一氮、二氧化氮、汞、鎘、甲醇、異戊二烯、丙酮、丙烯醛、甲乙酮、丙烯腈、苯、甲苯、苯乙烯、酚類和醛類。2.根據權利要求1所述的濾芯,其中所述纖維絲束包含醋酸纖維素或聚烯烴長絲。3.根據權利要求1所述的濾芯,其中所述吸附材料選自活性炭、分子篩、粘土、離子交換樹脂、活性氧化鋁、硅膠、海泡石和它們的組合。4.根據權利要求1所述的濾芯,其中所述吸附材料為活性炭。5.根據權利要求1至4中任一項所述的濾芯,其中所述可去除的密封劑為可通過用溶劑處理、暴露于光源或生物降解而去除的密封劑。6.根據權利要求1至4中任一項所述的濾芯,其中所述可去除的密封劑選自表面活性劑、無機鹽、聚合物鹽、聚乙烯醇、蠟、光反應性材料、生物降解性材料、乙氧基化的炔二醇和它們的組合。7.根據權利要求1至4中任一項所述的濾芯,其中所述可去除的密封劑為水溶性的。8.根據權利要求1至4中任一項所述的濾芯,其中所述反應性基團選自氨基基團、納米粒子、硫醇基團、銅離子和它們的組合。9.根據權利要求1至4中任一項所述的濾芯,其中所述外涂層通過等離子體處理而沉積。10.根據權利要求1至4中任一項所述的濾芯,還包括纖維絲束形式的如下纖維過濾材料:a)活性炭長絲;和b)離子交換長絲和催化長絲中的至少一種。11.一種包括煙草棒的吸煙制品,所述煙草棒包括可煙吸填料材料,所述可煙吸填料材料包含于外接包裝材料內,所述煙草棒附接至根據權利要求1至10中任一項所述的濾芯。12.一種濾芯,其適合用于吸煙制品中,并提供對粒狀材料和主流煙氣的至少一種氣態組分的過濾,所述濾芯包括纖維絲束形式的如下纖維過濾材料:a)醋酸纖維素或聚烯烴長絲;b)活性炭長絲;和c)離子交換長絲和催化長絲中的至少一種;其中,所述醋酸纖維素或聚烯烴長絲包括嵌入其中的多個吸附材料粒子,所述多個吸附材料粒子由可去除的密封劑至少部分密封,且其中經密封的吸附材料粒子中的至少一部分具有暴露于每個單獨長絲的表面上的表面積部分,且所述暴露的表面積部分的至少一部分不含密封劑,且其中每個單獨長絲還包括外涂層,所述外涂層包括通過化學吸附或物理吸附與每個單獨長絲的表面附著且適于與主流煙氣的一種或多種組分反應的多個反應性基團,所述組分選自下組:氰化氫、吡啶、喹啉、丁二烯、甲苯胺、萘胺、氧化一氮、二氧化氮、汞、鎘、甲醇、異戊二烯、丙酮、丙烯醛、甲乙酮、丙烯腈、苯、甲苯、苯乙烯、酚類和醛類。13.根據權利要求12所述的濾芯,其中所有所述纖維過濾材料在同一纖維絲束片段中混合。14.根據權利要求12所述的濾芯,其中一種或多種所述纖維過濾材料在分開的纖維絲束片段中分離。15.根據權利要求12所述的濾芯,其中所述濾芯基本上不含自由粒子形式的吸附材料。16.根據權利要求12所述的濾芯,其中所述纖維過濾材料為能夠過濾主流煙氣的氣態組分的濾芯的僅有的組分。

說明書

技術領域

本發明涉及由煙草制得或衍生自煙草的產品,或者摻入煙草并旨在用于人類消費的產品。特別地,本發明涉及用于諸如卷煙的吸煙制品的濾芯。

背景技術

流行的吸煙制品,如卷煙,具有基本上圓柱棒形結構,并包括由包裝紙包裹的可煙吸材料(如切碎的煙草(例如以配方煙絲的形式))的充填體、卷或柱,由此形成所謂的“可煙吸棒”或“煙草棒”。通常,卷煙具有與煙草棒以端對端關系對準的圓柱形濾芯。通常,濾芯包括由稱為“濾嘴卷紙”的紙質材料限制的增塑醋酸纖維素絲束。通常,使用稱為“接裝紙”的外接包裝材料將濾芯附接至煙草棒的一端。還期望將接裝材料和濾嘴卷紙穿孔,以提供環境空氣對吸入的主流煙氣的稀釋。卷煙及其各種組分的描述在Tobacco?Production,Chemistry?and?Technology(煙草生產、化學和技術),Davis等人(編輯)(1999)中提出。吸煙者通過點燃卷煙的一端并燃燒煙草棒而使用卷煙。吸煙者隨后通過在卷煙的相對端(例如,過濾端)抽吸而將主流煙氣吸入他/她的口中。

某些用于卷煙的濾芯含有改變主流煙氣的化學組成或感官特性的材料。例如,已知將某些吸附材料摻入濾芯,如粒子或顆粒形式的活性炭或木炭材料(總體地為碳質材料)。可使用用于常規達爾馬西亞(dalmatian)濾嘴制造的一般類型的技術而將碳質材料的顆粒摻入“達爾馬西亞”型過濾區域。用于制造達爾馬西亞濾嘴的技術為已知的,代表性的達爾馬西亞濾嘴已由菲爾創納格林斯伯勒公司(Filtrona?Greensboro?Inc)商業提供。或者,可使用用于常規“腔體”濾嘴制造的一般類型的技術而將碳質材料的顆粒摻入“腔體”型過濾區域。摻入木炭粒子或活性炭類型的材料的各種類型的濾嘴在Touey的美國專利No.2,881,770、Seligman等人的美國專利No.3,101,723、Irby等人的美國專利No.3,236,244、Touey等人的美國專利No.3,311,519、Berger的美國專利No.3,313,306、Chamberlain的美國專利No.3,319,629、Lloyd的美國專利No.3,347,247、Sublett等人的美國專利No.3,349,780、Davis等人的美國專利No.3,370,595、Sublett等人的美國專利No.3,413,982、Watson的美國專利No.3,551,256、Dock的美國專利No.3,602,231、Buisson的美國專利No.3,904,577、Tigglebeck等人的美國專利No.3,972,335、Blakley等人的美國專利No.5,360,023、Stavridis的美國專利No.5,909,736和Veluz的美國專利No.6,537,186;Spiers等人的美國專利公布No.2003/0034085、Chatterjee的美國專利公布No.2003/0106562、Clark等人的美國專利公布No.2005/0066982、Hicks等人的美國專利公布No.2006/0025292、Coleman,III等人的美國專利公布No.2007/0056600、Fagg的美國專利公布No.2008/0142028、Dunlap等人的美國專利公布No.2008/0173320、Jones的美國專利公布No.2008/0295853、Hutchens的美國專利公布No.2009/0288672、Banerjea等人的PCT?WO2006/064371、Jupe等人的PCT?WO2006/051422、以及Cashmore等人的PCT?WO2006/103404中陳述,所述專利以引用方式并入本文。

已開發各種方法和裝置以制造含有與吸附材料或其他粒狀添加劑結合的纖維絲束材料的濾芯。例如,用于制造達爾馬西亞濾嘴的技術為已知的,代表性的達爾馬西亞濾嘴已由菲爾創納格林斯伯勒公司(Filtrona?Greensboro?Inc)商業提供。可使用用于常規腔體濾嘴制造的一般類型的技術而將碳粒子摻入腔體型過濾區域。參見,例如,可用于或適當修改而用于將材料摻入濾嘴的設備和技術類型,在Sexstone的美國專利No.3,844,200、Sexstone的美國專利No.4,016,830、Washington的美國專利No.4,214,508、Hall的美國專利No.4,425,107、Hall的美國專利No.4,411,640、Budjinski?II等人的美國專利No.5,322,495、Ercelebi等人的美國專利No.5,656,412和Spiers等人的美國專利No.6,837,281中陳述,所述專利以引用方式并入本文。用于將客體插入過濾材料中的其他布置公開于例如Byrne等人的美國專利No.4,281,671和Deal的美國專利No.7,115,085、Thomas等人的美國專利申請公布No.2007/0068540、Nelson等人的美國專利申請公布No.2008/0029118、Fagg的美國專利申請公布No.2008/0142028、Stokes等人的美國專利申請公布No.2008/0302373、Andresen等人的美國專利申請公布No.2009/0288667、Hutchens的美國專利申請公布No.2009/0288672和Nelson等人的美國專利申請公布No.2010/0101589、以及2009年3月19日提交的美國專利申請系列No.12/407,260,所述專利以引用方式并入本文。

用于將粒狀添加劑摻入濾芯的目前可得的過濾技術遭受數個缺點。包括自由態的粒狀添加劑(如活性炭粒子)的腔體濾嘴可能導致主流煙氣的污染,也可遭受圍繞腔體中松散的粒子床的煙氣的竄流。另外,由于在處理過程中產生的粒狀塵霧,用于將粒狀添加劑摻入腔體濾嘴的制造方法可能是具有挑戰性的。將粒狀吸附劑添加至纖維絲束內通常涉及使用增塑劑或其他粘合劑材料以將粒子粘附于纖維本體內,這可由于粒子表面被增塑劑或粘合劑污染而導致吸附劑的失活。

本領域需要多功能濾芯,其提供過濾主流煙氣的多個不同的機制,并可在現有的濾嘴制造設備和方法修改最少的情況下而以簡單的方式制得。

發明內容

本發明涉及一種吸煙制品,特別涉及一種棒形吸煙制品(例如卷煙)。所述吸煙制品包括點火端(即上游端)和嘴端(即下游端)。嘴端件位于吸煙制品的末端嘴端,且所述嘴端件允許吸煙制品被置于吸煙者的口中以進行抽吸。所述嘴端件具有過濾棒的形式。所述過濾棒包括多功能纖維過濾材料,所述多功能纖維過濾材料既能過濾粒子,也能過濾主流煙氣的氣相組分,而無需自由粒子形式的吸附材料。

在一方面,本發明提供了一種濾芯,其適合用于吸煙制品中,并提供對粒狀材料和主流煙氣的至少一種氣態組分的過濾,所述濾芯包括含有多個單獨長絲(例如醋酸纖維素或聚烯烴長絲)的至少一個纖維絲束片段,其中每個單獨長絲包括嵌入其中的多個吸附材料粒子,所述多個吸附材料粒子由可去除的密封劑至少部分密封。所述經密封的吸附材料粒子中的至少一部分具有暴露于所述單獨長絲的表面上的表面積部分,且所述暴露的表面積部分的至少一部分不含密封劑。每個單獨長絲還包括外涂層,所述外涂層包括適于與主流煙氣的一種或多種組分反應的多個反應性基團。

在某些實施例中,所述可去除的密封劑為可通過用溶劑處理、暴露于光源或生物降解而去除的密封劑。示例性的密封劑包括表面活性劑、無機鹽、聚合物鹽、聚乙烯醇、蠟、光反應性材料、生物降解性材料、乙氧基化的炔二醇和它們的組合。水溶性密封劑為特別可用的。

嵌入的吸附劑可變化,但通常為活性炭、分子篩、粘土、離子交換樹脂、活性氧化鋁、硅膠、海泡石或它們的組合。

通常使用本領域已知的任何涂布技術施用含有反應性基團的連續或不連續涂層,在某些實施例中,使用等離子體處理來沉積涂層。示例性的反應性基團包括氨基基團、納米粒子、硫醇基團、銅離子和它們的組合。然而,可在本發明中使用能夠與任何霍夫曼分析物直接反應、或催化與任何霍夫曼分析物的反應的任何反應性基團。在某些實施例中,反應性基團適于與選自如下的至少一種組分反應:氰化氫、吡啶、喹啉、丁二烯、甲苯胺、萘胺、一氧化碳、氧化一氮、二氧化氮、汞、鎘、甲醇、異戊二烯、丙酮、丙烯醛、甲乙酮、丙烯腈、苯、甲苯、苯乙烯、酚類和醛類。

在另一實施例中,本發明提供了一種濾芯,其包括至少一個醋酸纖維素纖維絲束片段,所述至少一個醋酸纖維素纖維絲束片段包括多個單獨的醋酸纖維素長絲,其中每個單獨長絲包括嵌入其中的多個活性炭粒子,所述多個活性炭粒子由可去除的密封劑至少部分密封,且其中所述經密封的活性炭粒子中的至少一部分具有暴露于所述單獨長絲的表面上的表面積部分,且所述暴露的表面積部分的至少一部分不含密封劑。

在本發明的另一方面,多功能纖維濾芯通過組合多種纖維類型而提供,每一種纖維類型具有不同的過濾性質,以形成主要由纖維材料制成或基本上由纖維材料制成的多功能復合濾芯。在該方面,所述濾芯通常包括纖維絲束形式的如下纖維過濾材料:

a)醋酸纖維素或聚烯烴長絲;

b)活性炭長絲;和

c)離子交換長絲和催化長絲中的至少一種。

在該實施例中的醋酸纖維素或聚烯烴長絲可為本文描述的經處理的多功能長絲,這意味著所述長絲可包括經部分密封的吸附材料粒子和/或包含適于與主流煙氣的一種或多種組分反應的多個反應性基團的外涂層。所有纖維過濾材料可在同一纖維絲束片段中混合,或者一種或多種纖維過濾材料可在分開的纖維絲束片段中分離。本發明的濾芯可基本上不含自由粒子形式的吸附材料,更特別地,纖維過濾材料通常是能夠過濾主流煙氣的氣態組分的濾芯的僅有的組分。

本發明也提供了包括煙草棒的吸煙制品,所述煙草棒包括可煙吸填料材料,所述可煙吸填料材料包含于外接包裝材料內,所述煙草棒附接至本文所述的任何濾芯實施例。

在又一方面,本發明提供了一種提供含有嵌入的吸附材料的醋酸纖維素纖維絲束的方法。所述方法包括如下步驟:使用密封劑處理粒狀吸附材料以制得經密封的吸附粒子;混合多個經密封的吸附粒子和醋酸纖維素涂料,所述醋酸纖維素涂料包含溶解于液體溶劑中的醋酸纖維素;將所述醋酸纖維素涂料紡紗成具有嵌入其中的經密封的吸附粒子的長絲;以及從嵌入長絲中的經密封的吸附粒子中去除密封劑的至少一部分,使得所述吸附劑粒子中的至少一部分具有暴露于長絲表面上的表面積部分。所述可去除的密封劑通常可溶于溶劑(如水、超臨界二氧化碳或液氮)中,那么去除步驟需要用溶劑處理長絲。

所述方法還可包括用涂料涂布長絲的外表面(例如使用等離子體處理),所述涂料包含適于與主流煙氣的一種或多種組分反應的多個反應性基團,其中所述涂布步驟在所述去除步驟之前或之后發生。所述方法也可包括一個或多個另外的步驟,包括在絲束帶中收集長絲、使用絲束帶形成纖維絲束過濾片段、以及將纖維絲束過濾片段附接至煙草棒以形成吸煙制品。

附圖說明

為了協助理解本發明的實施例,現在參考所附附圖,所述附圖不必要按比例繪制。所述附圖僅為示例性的,不應被解釋為限制本發明。

圖1為具有濾嘴卷煙形式的吸煙制品的分解透視圖,其顯示了卷煙的可煙吸材料、包裝材料部件和過濾棒;

圖2為適合用于本發明的一個實施例中的多功能纖維的橫截面圖;

圖3為根據本發明的另一方面的包含多種纖維過濾材料的濾嘴卷煙的橫截面圖;且

圖4為根據本發明的包含多種纖維過濾材料的濾嘴卷煙的一個可選擇的實施例的橫截面圖。

具體實施方式

現在將參考所附附圖在下文更完全地描述本發明。本發明可以以許多不同的形式實施,不應解釋為局限于本文所述的實施例;相反,提供這些實施例以使本公開滿足申請法律要求。自始至終,同樣的數字指同樣的元件。在本說明書和權利要求書中所用的單數形式“一種”和“所述”包括復數形式,除非上下文明確另外指出。

本發明提供了用于提供多功能過濾性質的吸煙制品的濾芯中的纖維過濾材料,這意味著所述纖維過濾材料能夠使用過濾機制的組合而過濾來自吸煙制品的主流煙氣,所述過濾機制選自粒子過濾和主流煙氣的各種氣相組分的過濾。通過在同一濾芯中組合多種不同的纖維類型,或者通過以使纖維能夠通過多種不同的機制過濾主流煙氣的方式加工單個纖維類型而提供組合的過濾性質。本發明提供了多功能過濾性質而無需自由粒子形式的吸附材料,這意味著吸附粒子能夠自由移動,并安置于腔體中或簡單地位于纖維絲束中的纖維之間(即不將粒子嵌入單獨長絲內)。在優選實施例中,本發明的濾芯基本上不含自由粒子形式的吸附材料,更優選地,完全不含這種材料。本發明的示例性實施例包含以濾芯的總重量計少于約0.5重量%的自由粒子形式的吸附材料,更通常少于約0.1重量%的這種材料。

參見圖1,顯示了吸煙制品10,其為卷煙形式,并具有本發明的吸煙制品的某些代表性部件。卷煙10包括在外接包裝材料16中包含的可煙吸填料材料的充填體或卷的一般圓柱形棒12。棒12常規稱為“煙草棒”。煙草棒12的端部為開放的,以暴露可煙吸填料材料。卷煙10顯示為具有施用至包裝材料16的一個任選的帶22(例如包括諸如淀粉、乙基纖維素或海藻酸鈉的成膜劑的印刷涂層),且所述帶在與卷煙的縱軸線成橫向的方向上包圍卷煙棒。即,帶22提供了相對于卷煙的縱軸線的橫向區域。帶22可在包裝材料的內表面上印刷(即面向可煙吸填料材料),或較低優選地在包裝材料的外表面上印刷。盡管卷煙可具有包含一個任選的帶的包裝材料,卷煙也可具有包含兩個、三個或更多個另外的任選的間隔帶的包裝材料。

點火端18在煙草條12的一端,過濾棒26位于嘴端20。過濾棒26與煙草棒12的一端相鄰設置,使得過濾棒和煙草棒優選彼此鄰接而以端對端關系軸向對準。過濾棒26可具有一般圓柱體形狀,其直徑可基本上等于所述煙草棒的直徑。過濾棒26的端部允許空氣和煙氣從其通過。根據本發明,過濾棒26包括本文所述類型的多功能纖維過濾材料。

通風或空氣稀釋吸煙制品可具有任選的空氣稀釋裝置,如一系列穿孔30,所述穿孔30中的每一個延伸通過接裝材料40(參見圖3和4)和濾嘴卷紙28。任選的穿孔30可通過本領域普通技術人員已知的各種技術制得,如激光穿孔技術。或者,可使用所謂的離線空氣稀釋技術(例如通過使用多孔紙質濾嘴卷紙和預穿孔的接裝紙)。

在使用過程中,吸煙者使用火柴或卷煙打火機點燃卷煙10的點火端18。這樣,可煙吸材料12開始燃燒。卷煙10的嘴端20置于吸煙者的嘴唇中。通過燃燒可煙吸材料12而產生的熱分解產物(例如主流煙草煙氣的組分)被抽吸通過卷煙10,通過過濾棒26并進入吸煙者的口中。在抽吸過程中,一定量的粒子和主流煙氣的氣態組分通過含有本發明的多功能纖維過濾材料的濾芯而被去除。

在第一方面,本發明提供了一種用于吸煙制品濾芯中的纖維,其中粒狀吸附材料嵌入長絲結構內,且纖維的外表面任選地進一步以提供適合與主流煙氣的一種或多種氣態組分反應的多個反應性基團的方式進行加工。可加工這種纖維以產生用于吸煙制品的濾芯的纖維絲束片段,如圖3和4中所示的濾芯片段。所得纖維絲束片段將通過以纖維絲束形式提供的纖維而提供對粒狀材料的過濾,以及對主流煙氣的至少一種氣態組分的過濾。氣相過濾性質由嵌入的吸附劑和纖維的表面反應性提供。以此方式,可產生具有多功能過濾性質的纖維絲束,而無需可能使制造過程復雜化的自由流動的粒狀材料。

進行加工以產生多功能過濾特性的纖維材料可以為適用于形成在卷煙制造中常規使用的纖維絲束的任何纖維材料。醋酸纖維素和聚烯烴(例如聚丙烯)纖維特別好地適用于本發明。尤其優選的是細絲狀絲束或纖維絲束,如醋酸纖維素、聚烯烴(如聚丙烯)等。在任何給定的濾芯片段中的纖維絲束的旦尼爾/長絲(即dpf,其中旦尼爾以g/9000m的單位表示)和總旦尼爾可變化。旦尼爾/長絲為絲束的單獨長絲的每單位長度的重量的量度,并可被操控以在過濾片段上獲得所需壓降。在本發明的濾芯中所用的纖維絲束的示例性的rpf范圍為約1.5至約8。在本發明中所用的纖維絲束的總旦尼爾的示例性范圍為約10,000至約50,000(例如約15,000或約40,000總旦尼爾)。對于另外的實例,參見Neurath的美國專利No.3,424,172、Cohen等人的美國專利No.4,811,745、Hill等人的美國專利No.4,925,602、Takegawa等人的美國專利No.5,225,277和Arzonico等人的美國專利No.5,271,419中所述的過濾材料類型,所述專利的每一個以引用方式并入本文。

通常使用已知技術將諸如三醋精或聚乙二醇的增塑劑以常規量施用至細絲狀絲束。在一個實施例中,過濾材料的增塑劑組分包含1:1重量比的三醋精和聚乙二醇。增塑劑的總量一般為約4至約20重量%,優選約6至約12重量%。與構造濾芯相關而使用的其他合適的材料或添加劑對于卷煙濾嘴設計和制造領域的技術人員而言是顯而易見的。參見,例如,Rivers的美國專利No.5,387,285,其以引用方式并入本文。

使用常規濾嘴絲束加工單元,如由北卡羅來納州溫斯頓-塞勒姆的Arjay設備公司(Arjay?Equipment?Corp.,Winston-Salem,N.C)供給的可購得的E-60加工細絲狀絲束,如醋酸纖維素。同樣可使用本領域普通技術人員已知的其他類型的可購得的絲束加工設備。

本文所用的“吸附材料”指能夠通過物理或化學吸附主流煙氣的氣態組分而改變主流煙氣的化學組成的任何材料。某些可用的吸附材料為具有或不具有高度特異性的能夠吸附吸煙成分的具有相對較高表面積的材料。吸附材料的示例性類型可包括活性炭、分子篩(例如沸石和碳分子篩)、粘土、離子交換樹脂、活性氧化鋁、硅膠、海泡石和它們的組合。吸附材料的形式可變化,但通常為顆粒狀。在一個實施例中,吸附材料具有約10目至約400目、更優選約30目至約200目的粒子尺寸。

優選的吸附劑為碳質材料,如活性炭材料。示例性的活性炭材料具有超過約200m2/g、常常超過約1000m2/g、經常超過約1500m2/g的表面積,如使用描述于J.Amer.Chem.Soc.,第60(2)卷,第309-319頁(1938)中的Brunauer、Emmet和Teller(BET)的方法所確定。這種碳質材料的合適的例子公開于例如Jung等人的EP913100、Tennison等人的WO2008/043982、White等人的WO2007/104908、Cashmore等人的WO2006/103404和Branton等人的WO2005/023026、以及Zhuang等人的美國專利No.7,370,657中,所述專利以引用方式并入本文。

活性炭可衍生自合成或天然來源。諸如人造絲或尼龍的材料可被碳化,之后用氧處理以提供活化碳質材料。諸如木材或椰子殼的材料可被碳化,之后用氧處理以提供活化碳質材料。碳的活性水平可變化。通常,碳具有約60至約150四氯化碳活性(即四氯化碳的收集重量百分比(weight?percent?pickup))的活性。優選的碳質材料通過使如下材料碳化或熱解而提供:瀝青煤、煙草材料、針葉木漿、闊葉木漿、椰子殼、杏仁殼、葡萄籽、胡桃殼、澳洲堅果殼、木棉纖維、棉纖維、棉短絨等。合適的碳質材料的例子為可作為PCB和GRC-11得自卡爾岡公司(Calgon?Corp.)或作為G277得自PICA的活化椰子外殼基碳;可作為S-Sorb、Sorbite、BPL、CRC-11F、FCA和SGL得自卡爾岡公司(Calgon?Corp.)的煤基碳;可作為WV-B、SA-20和BSA-20得自維實維克公司(Westvaco)的木材基碳;可作為HMC、ASC/GR-1和SC?II得自卡爾岡公司(Calgon?Corp.)的碳質材料;可得自羅蒙哈斯公司(Rohm?and?Haas)的Witco?Carbon?No.637、AMBERSORB572或AMBERSORB563樹脂;可得自突出系統公司(Prominent?Systems,Inc.)的各種活性炭材料。還參見例如Activated?Carbon?Compendium(活性炭綱要),Marsh(編輯)(2001),其以引用方式并入本文。

適合于引入卷煙濾嘴的木炭和活性炭材料的各種類型、各種其他濾芯組分材料、各種類型的卷煙濾芯構造和形式、以及用于將碳質材料引入卷煙濾芯的各種方式和方法陳述于如下專利中:Berger等人的美國專利No.3,217,715、Berger等人的美國專利No.3,648,711、Sexstone的美國專利No.3,957,563、Hall的美國專利No.4,174,720、Neukomm的美國專利No.4,201,234、Lebert的美國專利No.4,223,597、White等人的美國專利No.4,771,795、Clearman等人的美國專利No.5,027,837、Perfetti等人的美國專利No.5,137,034、Blakley等人的美國專利No.5,360,023、Gentry等人的美國專利No.5,568,819、Arterbery等人的美國專利No.5,622,190、Veluz的美國專利No.6,537,186、Xue等人的美國專利No.6,584,979、Jupe等人的美國專利No.6,761,174、Paine?III的美國專利No.6,789,547和Bereman的美國專利No.6,789,548、Jupe等人的美國專利申請公布No.2002/0166563、Xue等人的美國專利申請公布No.2002/0020420、Xue等人的美國專利申請公布No.2003/0200973、Paine等人的美國專利申請公布No.2003/0154993、Xue等人的美國專利申請公布No.2003/0168070、Zhuang等人的美國專利申請公布No.2004/0194792、Yang等人的美國專利申請公布No.2004/0226569、Figlar等人的美國專利申請公布No.2004/0237984、Luan等人的美國專利申請公布No.2005/0133051、Buhl等人的美國專利申請公布No.2005/0049128、Crooks等人的美國專利申請公布No.2005/0066984、Luan等人的美國專利申請公布No.2006/0144410、Paine,III等人的美國專利申請公布No.2006/0180164和Coleman,III等人的美國專利申請公布No.2007/0056600、White的歐洲專利申請579410、以及Banerjea等人的PCT?WO2006/064371,所述專利以引用方式并入本文。具有引入碳質材料的濾芯的卷煙的代表性的類型可作為“Benson&Hedges?Multifilter”由菲利普莫里斯公司(Philip?Morris?Inc.)(在佛羅里達州在2005年作為稱為“Marlboro?Ultra?Smooth”的菲利普莫里斯公司測試市場品牌)得到,以及作為“Mild?Seven”由日本煙草公司(Japan?Tabacco?Inc.)得到。

示例性的離子交換樹脂包含聚合物主鏈(如苯乙烯-二乙烯基苯(DVB)共聚物、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯酚甲醛縮合物和表氯醇胺縮合物)和附接至聚合物主鏈的多個帶電官能團,并可以為弱堿陰離子交換樹脂或強堿陰離子交換樹脂。這種樹脂的市售實施例包括可得自三菱化學公司(Mitsubishi?Chemical?Corp.)的離子交換樹脂(例如WA30和DCA11)、可得自羅蒙哈斯公司(Rohm?and?Haas)的離子交換樹脂(例如A7)、以及可得自中國大連天源基化學有限公司(Dalian?Trico?Chemical?Co.of?China)的XORBEX樹脂。也參見陳述于Figlar等人的美國專利No.6,779,529中的各種吸附材料,所述專利以引用方式并入本文。

通常,吸附材料(例如碳質材料)在纖維成分內的量以干重計為至少約10mg,常常為至少約15mg,且經常為至少約20mg。通常,碳質材料或其他吸附材料在濾芯內的量以干重計不超過約500mg,一般不超過約400mg,常常不超過約300mg,且經常不超過約150mg。

如上所述,粒狀吸附材料嵌入纖維構造中,這意味著吸附粒子分散于單獨的長絲結構內,但一些部分的粒子暴露于纖維表面上,使得粒子可以與主流煙氣相互作用。通過在纖維擠出之前將粒子與纖維組合物混合而將吸附粒子引入纖維材料中。然而,吸附粒子的失活可由粒子與纖維材料或在纖維制造過程中所用的其他化學添加劑之間的相互作用而導致,或者由在纖維制造過程中經歷的加工條件而導致。

為了避免此結果,優選的是在將粒子引入纖維材料中之前用密封劑處理吸附材料。所述密封劑可選自但不限于表面活性劑(例如水溶性表面活性劑)、無機鹽(例如氯化鈉、氯化鈣)、聚合物鹽、聚乙烯醇、蠟(例如石蠟、棕櫚蠟)、光反應性材料、可降解材料、生物降解性材料、乙氧基化的炔二醇和任何其他合適的物質或前述的組合。這種密封劑的特定例子包括由賓夕法尼亞州艾倫鎮的空氣化工產品公司(Air?Products?and?Chemicals?Corporation,of?Allentown,Pa.)銷售的SURFYNOL485W、485、2502和465水溶性表面活性劑;由北卡羅來納州夏洛特的BASF公司(BASF?Corporation,of?Charlotte,N.C.)作為TEXTILE?WAX-W和SIZE?SF-2銷售的蠟;以及由俄亥俄州克利夫蘭的金特-科林斯公司(Kindt-Collins?Company,of?Cleveland,Ohio)作為KINCO878-S和KINCO778-H型號銷售的蠟。可以以任何已知的方式將密封劑施用至吸附粒子,例如通過噴涂粒子或將粒子與密封劑的浴混合。在用密封劑處理粒子之后,可將吸附粒子加入至纖維材料并通過擠出加工成纖維。

在之后的一些點時,可從粒子、特別是從暴露于纖維表面上的粒子的表面積的至少一部分去除密封劑的至少一部分。可通過使用可溶于某些溶劑中的密封劑材料而完成密封劑或其一部分的去除。例如,密封劑可以可溶于不同類型的溶劑中,如水(例如蒸汽)、超臨界CO2、液氮等。在另一實施例中,可使用光源(例如白熾光、紫外、紅外等)來從活性粒子去除密封劑。在又一實施例中,可使用生物材料來去除生物降解性密封劑。示例性的密封劑和使用密封劑以及從材料去除密封劑的方法陳述于Haggquist的美國專利No.7,247,374中,所述專利以引用方式并入本文。

為了說明的目的,用于將經密封的吸附材料引入纖維的過程將與醋酸纖維素纖維制造過程相關而進行描述,盡管本發明可適于與其他纖維材料一起使用。在常規醋酸纖維素纖維形成中的第一步驟為將纖維素材料酯化。纖維素為由脫水葡萄糖的重復單元形成的聚合物。每個單體單元具有可用于酯取代(例如醋酸酯取代)的三個羥基基團。纖維素酯可通過使纖維素與酸酐反應而形成。為了制備醋酸纖維素,酸酐為醋酸酐。來自木材或棉纖維的纖維素漿粕通常在諸如硫酸的酸催化劑的存在下與醋酸酐和醋酸混合。纖維素的酯化過程常常產生可得的羥基基團向酯基團的基本上完全的轉化(例如平均約2.9個酯基團/脫水葡萄糖單元)。在酯化之后,聚合物通常水解以將取代度(DS)降低至約2至約2.5個酯基團/脫水葡萄糖單元。所得產物通常以可在隨后加工中使用的薄片形式產生。

為了形成纖維材料,醋酸纖維素薄片通常溶解于溶劑(例如丙酮、甲醇、二氯甲烷或它們的混合物)中以形成粘性溶液。醋酸纖維素在溶液中的濃度通常為約15至約35重量%。如果需要,則可將諸如增白劑(例如二氧化鈦)的添加劑加入至溶液中。所得液體有時稱為液體“涂料”。

之后,通過將液體擠出通過噴絲頭而將醋酸纖維素涂料紡紗成長絲。長絲經過固化/干燥室,所述固化/干燥室在收集之前使長絲凝固。經收集的纖維通常被合并成絲束帶,卷曲并干燥。常規卷曲比在1.2至1.8的范圍內。纖維通常被包裝成適于在隨后濾芯形成過程中使用的捆。

形成實際濾芯的過程通常涉及從捆中機械取出醋酸纖維素絲束,并將纖維分離成帶狀帶。使絲束帶經受“噴霜”過程,其中絲束帶被分離成單獨纖維。可例如通過將不同的張力施加至絲束帶的相鄰部分或者施加氣動壓力而完成噴霜。隨后使起霜的絲束帶經過允許纖維收縮的松弛區,之后進入粘合工位。粘合工位通常將諸如三醋精的增塑劑施用至起霜纖維,這使得纖維軟化,并允許相鄰纖維熔合在一起。粘合過程形成具有增加的剛性的均勻的纖維本體。經粘合的絲束隨后在濾嘴卷紙中包裝,并切削成過濾棒。醋酸纖維素絲束過程陳述于例如Crawford等人的美國專利No.2,953,838、Crawford等人的美國專利No.2,794,239、Berger的美國專利No.5,509,430和Caenen等人的美國專利No.7,585,441、以及Day等人的美國專利公布No.2007/0272261和Travers等人的美國專利公布No.2008/0245376,所述專利以引用方式并入本文。

在本發明中,可在紡紗醋酸纖維素或聚烯烴纖維之前將經密封的吸附粒子引入醋酸纖維素或聚烯烴“涂料”中。換言之,可將粒子摻和至纖維前體溶液中。在這種實施例中,粒子優選不可溶于涂料溶劑(例如丙酮)中,而是在液體組合物中形成漿料或分散體。而且,可例如通過使用常規用于混合添加劑與聚合物材料的雙螺桿擠出機在纖維形成之前將吸附粒子與聚合物(例如聚丙烯或醋酸纖維素)干混。以引用方式并入本文的Rauwendaal等人的美國專利No.6,136,246公開了可在纖維形成之前用于混合粒子與聚合物材料的示例性螺桿擠出機。在纖維形成之前或在纖維形成過程中將粒子引入纖維中的一個優點是形成纖維絲束過濾材料的每個單獨纖維將具有分散并嵌入其中的多個粒子。加入至纖維前體溶液中或使用干混技術與聚合物材料摻和的經密封的吸附粒子的量以前體溶液的總重量計或以共混組分的總重量計在約5至約50重量%、更經常約10至約30重量%的范圍內。

密封劑的去除可在纖維形成之后在任何時間進行。去除步驟通常涉及將纖維直接暴露于溶解密封劑材料的溶劑。例如,可通過將纖維經過用于可溶于水中的密封劑材料的蒸汽室或熱水浴而完成去除。在去除步驟過程中去除的密封劑的量將取決于多種因素,包括密封劑的類型、溶劑的類型和去除過程的苛刻性(例如在溶解過程中存在或不存在攪拌、溶劑的溫度等)。在某些實施例中,去除步驟足以從存在于纖維表面上的吸附材料的暴露表面去除至少一部分密封劑。通常,去除步驟主要去除暴露于纖維外表面的密封劑,密封劑的剩余部分保留在纖維中。經去除的密封劑的量常常為覆蓋存在于纖維外表面上的吸附粒子的暴露表面的密封劑的約25%至約99%。

盡管較低優選,但吸附粒子,無論其是否是經密封的形式,也可使用陳述于Haggquist的美國專利No.6,844,122中的類型的靜電印刷技術而被印刷至纖維表面上,所述專利以引用方式并入本文。

如上所述,除了引入吸附粒子之外,也任選地處理用于本發明的該實施例中的單獨長絲,以將適于與主流煙氣的一種或多種氣相組分反應的多個反應性基團引入至長絲表面上。所述反應性基團可變化,但優選的反應性基團能夠與存在于主流煙氣中的一種或多種所謂的霍夫曼分析物反應,或能夠催化與所述霍夫曼分析物的反應,所述反應性基團的列表陳述于Travers等人的美國專利申請公布No.2008/0245376中,所述專利以引用方式并入本文。作為存在于纖維上的反應性基團的反應目標的示例性氣相組分包括氰化氫、吡啶、喹啉、酚、乙醛、甲醇、異戊二烯、丙酮、丙烯醛和各種醛類(例如丙醛、丁烯醛和丁醛)、甲乙酮、1,3-丁二烯、丙烯腈、苯、甲苯和苯乙烯。

示例性的反應性基團包括氨基基團(例如作為氨基丙基甲硅烷基的部分)、納米粒子(例如平均粒徑小于一微米的粒子,如各種金屬氧化物)、硫醇基團(例如共價結合至諸如硅酸鹽的吸附劑粒子的硫代烷基三乙氧基硅烷的形式)、銅離子(例如銅交換分子篩的形式)以及它們的組合。上述官能團或反應性基團中的每一個能夠與主流煙氣的不同組分相互作用。更特別地,據信胺基團與醛和氰化氫反應,據信銅離子催化氧化一氮和二氧化氮向分子氮的轉化,據信硫醇基團去除汞和鎘,據信納米粒子催化一氧化碳向二氧化碳的轉化和/或還原醛類、丁二烯、異戊二烯、丙烯醛、氰化氫、甲苯胺、萘胺、氧化一氮、苯和/或酚類。示例性的納米粒子金屬氧化物包括氧化鐵、氧化銅、氧化鈰、氧化鈦、氧化鋁和摻雜金屬氧化物,如摻雜鋯的氧化釔或摻雜鈀的氧化錳。適用于本發明中的某些反應性基團陳述于Koller等人的美國專利No.6,209,547和Li等人的美國專利No.7,011,096、Li等人的美國專利公布No.2004/0025895、Fournier等人的美國專利公布No.2005/0133050,和Fournier等人的美國專利公布No.2005/0133053,所述專利以引用方式并入本文。

可通過在同一纖維中組合不同的反應性基團而產生具有調節用于特定最終用途的獨特過濾性質的單獨纖維,使得主流煙氣的各種目標組分可由相同的過濾介質去除。例如,纖維絲束可由使用用于去除氰化氫的可得的胺基團和用于轉化氧化一氮的可得的銅離子進行表面處理的纖維形成。

反應性基團結合至纖維表面中的方式可變化。可通過在擠出之前將共聚單體或其他帶有反應性基團的添加劑加入至纖維材料(例如將帶有反應性基團的添加劑加入至醋酸纖維素涂料),或者通過在擠出之后將反應性添加劑加入至纖維,從而將反應性基團引入纖維表面。例如,含有所需反應性基團的添加劑可溶解于溶劑中或以漿料的形式使用,然后噴霧至纖維表面或置于纖維經過的浴中。將反應性基團附接至纖維表面的方式可包括化學吸附和物理吸附技術。在纖維成型過程中將添加劑引入醋酸纖維素纖維的示例性方法陳述于Travers等人的美國專利公布No.2008/0245376中。

在另一實施例中,使用等離子體過程,如在可得自道康寧等離子體方法公司(Dow?Corning?Plasma?Solutions)的低壓等離子體單元上進行的類型的大氣等離子體過程將反應性基團附接至纖維表面。等離子體過程涉及使纖維經過等離子體室,以及將纖維表面暴露于室中的等離子體。也通過例如噴霧器將液體或氣體反應性基團前體引入等離子體室中。等離子體處理使得反應性基團附接至纖維表面。由于某些等離子體過程可使活性炭粒子失活,因此可在去除密封劑之前進行等離子體處理過程,從而存在密封劑來保護粒子免于等離子體處理。適用于本發明中的示例性大氣壓等離子體射流陳述于Babayan等人的美國專利No.6,194,036和O’Neill等人的美國專利公布No.2009/0202739中,所述專利以引用方式并入本文。

無論使用何種技術,所得纖維將在其表面上具有提供所需反應性基團的連續或不連續涂層。在纖維表面上的涂層的量可變化,但涂層通常占約0.5至約40重量%,更經常約1.0至約15重量%,以經涂布的纖維的總重量計。然后使用常規技術,例如通過使經涂布的纖維成型為纖維絲束而在吸煙制品中使用經涂布的纖維。

圖2示出了根據本發明的如上實施例的示例性的纖維32的橫截面圖。纖維32包括嵌入纖維結構中的吸附粒子34,粒子中的一些由密封劑36密封。如所示,一部分密封劑36已從存在于纖維32表面上的粒子34去除,作為結果,在纖維表面上的粒子的至少一部分表面積暴露于經過濾芯的主流煙氣并能夠與所述主流煙氣相互作用,所述濾芯使用所述纖維制得。纖維32也涂布有反應性涂層材料37,所述反應性涂層材料37在纖維表面上提供反應性基團38。用于纖維32的基本纖維材料可變化,但通常為醋酸纖維素或聚丙烯。

在本發明的另一方面,如上討論的多功能纖維由另外類型的纖維代替或補充,所述另外類型的纖維能夠提供用于與吸煙制品使用的多功能纖維過濾材料。可選擇的方式涉及在同一濾芯中組合具有不同過濾性質的纖維。更特別地,所述方式涉及組合如下的兩種或更多種:碳纖維、離子交換纖維和催化纖維。在本發明的該方面,有可能提供其中所有的過濾功能由纖維材料提供的濾芯,這意味著濾芯主要或完全由纖維構造,與粒狀吸附材料相反。

每個纖維類型在濾芯中的量可變化,但通常每個纖維類型以約10重量%至約90重量%的量存在,以濾芯中的所有纖維材料的總組合重量計。更經常地,每個纖維類型以約20重量%至約50重量%的量存在。在一個實施例中,每個纖維類型以大約相等的重量份存在。

纖維類型組合的方式可變化,但優選方式涉及使用用于形成卷煙濾嘴的常規技術在纖維絲束混合物中組合每個纖維類型的長絲。該方式允許使用極少修改或無修改的常規濾嘴絲束設備來構造多功能纖維。可選擇地,可將一種或多種纖維類型作為分散的添加劑(如短纖維形式的添加劑)加入至纖維絲束,或者作為粘附至不同類型的載體纖維或包圍不同類型的載體纖維的復合纖維加入。參見,例如,可用于或適當修改而用于將材料摻入濾嘴的設備和技術類型在Sexstone的美國專利No.3,844,200、Sexstone的美國專利No.4,016,830、Washington的美國專利No.4,214,508、Hall的美國專利No.4,425,107、Hall的美國專利No.4,411,640、Budjinski?II等人的美國專利No.5,322,495、Ercelebi等人的美國專利No.5,656,412和Spiers等人的美國專利No.6,837,281中陳述,所述專利以引用方式并入本文。用于將客體插入過濾材料中的其他布置公開于例如Deal的美國專利No.7,115,085、Thomas等人的美國專利申請公布No.2007/0068540、Nelson等人的美國專利申請公布No.2008/0029118、Fagg的美國專利申請公布No.2008/0142028、Stokes等人的美國專利申請公布No.2008/0302373、Andresen等人的美國專利申請公布No.2009/0288667、Hutchens的美國專利申請公布No.2009/0288672和Nelson等人的美國專利申請公布No.2010/0101589、以及2009年3月19日提交的美國專利申請系列No.12/407,260,所述專利以引用方式并入本文。

碳纖維可被描述為通過前體纖維的受控熱解而獲得的纖維。由于碳通常難以成形為纖維形式,市售碳纖維常常通過將前體材料擠出成長絲,隨后通常在高溫下碳化而制得。用于碳纖維的常見前體包括人造絲、丙烯酸類纖維(如聚丙烯腈或PAN)和瀝青(其可包括各向同性瀝青和各向異性中間相瀝青,以及熔噴瀝青纖維)。諸如纖維素的其他前體也可轉化為碳纖維。相比于在現有技術卷煙濾嘴中使用的顆粒碳,許多活性炭纖維由于其固有的較大表面積而能夠具有相等或更高的活性/克。

KYNOLTMnovoloid纖維(可得自紐約州普萊茨維爾的美國基諾爾公司(American?Kynol,Inc.,Pleasantville,NY))為通過組合碳化和活化的一步過程轉化為活性炭的高性能酚醛纖維。由人造絲或丙烯酸類形成碳纖維一般由穩定、碳化和石墨化組成,穩定、碳化和石墨化各自在連續高溫下發生,以充分去除非碳物種,如氧、氮和氫。使用瀝青制備纖維也通常包括穩定和碳化,然而,瀝青通常作為碳纖維成型過程的部分紡紗,而來自人造絲或丙烯酸類的預成型纖維可直接使用。活化可有時加入另外的制備步驟。碳纖維的來源包括東麗株式會社(Toray?Industries)、帝人東邦公司(Toho?Tenax)、三菱公司(Mitsubishi)、住友公司(Sumitomo?Corporation)、赫克賽爾公司(Hexcel?Corp.)、氰特工業公司(Cytec?Industries)、卓爾泰克公司(Zoltek?Companies)和SGL集團(SGL?Group)。示例性的市售碳纖維包括可得自美國基諾爾公司(American?Kynol,Inc.)的ACF-1603-15和ACF-1603-20。

碳纖維常常以三種分別的方式分類。首先,它們可基于模量和強度分類。例子包括超高模量(UHM)纖維(模量>450Gpa)、高模量(HM)纖維(模量為350至450Gpa之間)、中等模量(IM)纖維(模量為200至350Gpa之間)、低模量高拉伸(HT)纖維(模量<100Gpa且拉伸強度>3.0Gpa)和超高拉伸(SHT)纖維(拉伸強度>4.5Gpa)。第二,碳纖維可基于用于制備纖維的前體材料分類(例如PAN、人造絲、瀝青、中間相瀝青、各向同性瀝青或氣相成長纖維)。第三,碳纖維可基于最終熱處理溫度分類。例子包括類型I,高熱處理(HTT)纖維(最終熱處理溫度為2,000°C以上);類型II,中等熱處理(IHT)纖維(最終熱處理溫度大約1,500°C);和類型III低熱處理(LHT)纖維(最終熱處理溫度不大于1,000°C)。如上碳纖維分類的任意種可用于本發明中。

碳纖維可被部分碳化,其中僅纖維的外表面被碳化。這些可稱為雙區域纖維,并可得自德克薩斯州安格樂頓的卡布德克斯公司(Carbtex?Corporation?of?Angleton,Texas)。

原料、制備含碳纖維的方法和含碳纖維的類型的例子公開于如下專利:Chamberlain的美國專利No.3,319,629、Sublett等人的美國專利No.3,413,982、Buisson的美國專利No.3,904,577、Bynre等人的美國專利No.4,281,671、Arakawa等人的美國專利No.4,876,078、Brooks等人的美國專利No.4,947,874、Iizuka的美國專利No.5,230,960、Paul,Jr.的美國專利No.5,268,158、Noland等人的美國專利No.5,338,605、Endo的美國專利No.5,446,005、Bair的美國專利No.5,482,773、Nagata等人的美國專利No.5,536,486、Arterbery等人的美國專利No.5,622,190和Panter等人的美國專利No.7,223,376、以及Xue等人的美國專利公布No.2003/0200973、Zhang等人的美國專利公布No.2006/0201524和Newbery等人的美國專利公布No.2006/0231113,全部專利以引用方式并入本文。有關PAN基碳纖維的公開內容特別(包括其制造商)在可在http://www.acq.osd.mil/ip/docs/pan_carbon_fiber_report_to_congress_10-2005.pdf在線獲得的題為“Polyacrylonitrile(PAN)Carbon?Fibers?Industrial?Capability?Assessment:OUSD(AT&L)Industrial?Policy”(2005年10月)的會議的報告中提供,其以引用方式并入本文。

離子交換纖維為能夠與來自吸煙制品的主流煙氣的氣相組分進行離子交換的纖維。這種纖維通常通過將離子交換材料的粒子嵌入纖維結構或者用離子交換樹脂涂布纖維而構造。存在于纖維中的離子交換材料的量可變化,但通常為約10至約50重量%,更常常為約20至約40重量%,以離子交換纖維總重量計。示例性的離子交換纖維描述于Rembaum等人的美國專利No.3,944,485和Economy等人的美國專利No.6,706,361中,所述專利以引用方式并入本文。離子交換纖維可購自白俄羅斯的Fiban。來自Fiban的示例性的產品包括FIBAN?A-1(具有–N+(CH3)3Cl-官能團的單官能強堿纖維)、FIBAN?AK-22-1(具有≡N、=NH和–COOH官能團的多官能纖維)、FIBAN?K-1(具有–SO3-H+官能團的單官能強堿纖維)、FIBAN?K-3(具有–COOH、-NH2和=NH官能團的多官能纖維)、FIBAN?K-4(具有–COOH官能團的單官能弱酸纖維)、FIBAN?X-1(亞氨基二乙酸纖維)、FIBAN?K-1-1(類似于由氰亞鐵酸鉀鈷改性的FIBAN?K-1的強酸纖維)、FIBAN?A-5(具有–N(CH3)2、=NH和–COOH官能團的多官能纖維)、FIBANA-6和A-7(具有強堿和弱堿胺基團的多官能纖維)、FIBAN?AK-22B(類似于FIBAN?K-3的多官能纖維),和FIBAN?S(具有[FeOH]2+官能團的單官能纖維)。

催化纖維為能夠催化主流煙氣的一種或多種氣相組分的反應、由此降低或消除抽吸通過濾芯的煙氣中的氣相組分的存在的纖維。示例性的催化纖維催化存在于主流煙氣中的一種或多種氣態物種(如一氧化碳、氮氧化物、氰化氫、兒茶酚、氫醌或某些酚類)的氧化。用于本發明中的氧化催化劑通常為氧化主流煙氣的一種或多種氣態物種的催化金屬化合物(例如金屬氧化物,如氧化鐵、氧化銅、氧化鋅和氧化鈰)。示例性的催化金屬化合物描述于如下專利中:Seehofer等人的美國專利No.4,182,348、Dale等人的美國專利No.4,317,460、Elliott等人的美國專利No.4,956,330、Creighton等人的美國專利No.5,050,621、Augustine等人的美國專利No.5,258,340、McCormick的美國專利No.6,503,475、McCormick的美國專利No.6,503,475、Li等人的美國專利No.7,011,096、Li等人的美國專利No.7,152,609、Luan等人的美國專利No.7,165,553、Hajaligol等人的美國專利No.7,228,862、Saoud等人的美國專利No.7,509,961、Dellinger等人的美國專利No.7,549,427、Pillai等人的美國專利No.7,560,410和Bock等人的美國專利No.7,566,681、以及Billiet等人的美國專利公布No.2002/0167118、Yadav等人的美國專利公布No.2002/0172826、Lee等人的美國專利公布No.2002/0194958、Lilly?Jr.等人的美國專利公布No.2002/014453、Bereman等人的美國專利公布No.2003/0000538、Banerjee等人的美國專利公布No.2005/0274390、Banerjee等人的美國專利公布No.2007/0215168、Gedevanishvili等人的美國專利公布No.2007/0251658、Banerjee等人的美國專利公布No.2010/0065075、Banerjee等人的美國專利公布No.2010/0125039和Sears等人的美國專利公布No.2010/0122708,全部專利以全文引用方式并入本文。

催化纖維可通過例如將催化材料的粒子嵌入纖維結構或者用催化材料(如金屬氧化物粒子)涂布纖維而構造。存在于纖維中的催化材料的量可變化,但通常為約10至約50重量%,更常常為約20至約40重量%,以離子交換纖維總重量計。也以引用方式并入本文的PCT申請No.WO1993/005868描述了使用通過將經表面處理的霍加拉特材料涂布至纖維載體上而形成的催化纖維,所述霍加拉特材料為可得自位于北卡羅來納州莫里斯維爾的北卡羅來納研究中心(North?Carolina?Center?for?Research?located?in?Morrisville,North?Carolina)的包含氧化銅和氧化錳的材料。特別地,在該文獻中描述的催化劑將在室溫下氧化氣體,如甲烷和非甲烷烴類和鹵化烴類。

圖3示出了根據本發明的如上實施例的示例性的濾芯26的橫截面圖。過濾棒26包括纖維絲束片段,所述纖維絲束片段包含細絲狀絲束形式的四種分別的纖維材料的混合物。首先,纖維絲束可包含常規醋酸纖維素或聚丙烯纖維,或者包含圖2所示類型的經處理的多功能纖維。另外,纖維絲束片段也包含碳纖維組分A、離子交換纖維組分B和催化纖維組分C。在圖4所示的可選擇的實施例中,濾芯26包括兩個纖維絲束過濾片段26a和26b。在濾芯26的煙草端處的纖維絲束過濾片段26a包括與圖2相關描述的多種不同的纖維組分,且在濾芯的嘴端處的纖維絲束過濾片段26b包含常規纖維絲束過濾材料,如醋酸纖維素絲束。

圖3-4示出了具有一個或兩個纖維絲束過濾片段的濾嘴實施例。然而,本發明涵蓋其中超過兩個過濾片段存在于濾嘴中的實施例。通常,根據本發明的濾芯具有1至6個片段,常常具有2至4個片段。

盡管圖3-4示出了其中四種不同的纖維類型在同一纖維絲束過濾片段中混合的實施例,但本發明涵蓋包括少于四種不同的纖維類型的實施例以及其中不同的纖維類型分開在不同的過濾片段中的實施例。例如,本發明包括其中單獨的纖維絲束過濾片段包含如下組合的濾芯實施例:示于圖2中的多功能纖維與碳纖維、離子交換纖維和催化纖維中的一種或多種的混合物;碳纖維與離子交換纖維和催化纖維中的一者或兩者的混合物;以及離子交換纖維與催化纖維的混合物。不同的纖維類型可存在于同一纖維絲束片段中,或每個單獨的纖維類型可在其本身的纖維絲束片段內分離。可選擇地,纖維的多個不同的混合物可在不同的纖維絲束片段中使用,如含有第一片段和第二片段的濾芯,所述第一片段包含催化纖維和碳纖維的纖維絲束混合物,所述第二片段包含離子交換纖維和常規醋酸纖維素纖維或圖2所示類型的經處理的醋酸纖維素纖維的纖維絲束混合物。

代表性的卷煙10的尺寸可變化。優選的卷煙為棒形,可具有約12mm至約30mm、經常約16mm至約25mm的周長,并可具有約70mm至約120mm、經常約90mm至約110mm的總長度。

濾芯26的長度可變化。典型的濾芯可具有約20mm至約40mm、經常約20mm至約30mm的總長度。對于包含多個不同構造的片段的濾嘴,每個片段通常具有約5至約15mm的長度。

對于經空氣稀釋或通風的卷煙,空氣稀釋或通風的量或程度可變化。經空氣稀釋的卷煙的空氣稀釋量常常大于約10%,一般大于約20%,經常大于約30%,有時大于約40%。通常,經空氣稀釋的卷煙的空氣稀釋水平小于約80%,經常小于約70%。本文所用的術語“空氣稀釋”為抽吸通過空氣稀釋裝置的空氣體積與抽吸通過卷煙并離開卷煙的末端嘴端部分的空氣和煙的總體積的比例(表示為百分比)。

通常,使用可得自菲爾創納儀器自動化公司(Filtrona?Instruments?and?Automation?Ltd)的Filtrona?Cigarette?Test?Station(CTS?Series)測量對應于抽吸阻力的卷煙的壓降值。壓降可表示為將17.5cc/sec的空氣抽吸通過或穿過從煙草棒側至濾芯的嘴端的過濾區域所需的水的mm。一個示例性的卷煙在17.5cc/sec氣流下顯示出約100至約300mm水壓降之間的壓降。優選的卷煙在17.5cc/sec氣流下顯示出約150至約200mm水壓降之間的壓降值。

可使用各種類型的卷煙組分,包括煙草類型、煙草共混物、頂部敷料(top?dressing)和外包材料、共混物堆積密度和煙草棒的紙質包裝材料的類型。參見例如,在Johnson,Development?of?Cigarette?Components?to?Meet?Industry?Needs(滿足工業需要的卷煙組分的發展),52ndT.S.R.C.(1998年9月)、Jakob等人的美國專利No.5,101,839、Arzonico等人的美國專利No.5,159,944、Gentry的美國專利No.5,220,930和Kraker的美國專利No.6,779,530、Ashcraft等人的美國專利申請公布No.2005/0016556、Nestor等人的美國專利申請公布No.2005/0066986、Fitzgerald等人的美國專利申請公布No.2005/0076929、Thomas等人的美國專利申請公布No.2006/0272655、Coleman?III等人的美國專利申請公布No.2007/0056600和Oglesby的美國專利申請公布No.2007/0246055中描述的卷煙組分的各種代表性類型,以及各種卷煙設計、形式、構造和特性,所述專利中的每一個以引用方式并入本文。最優選地,整個可煙吸棒由可煙吸材料(例如配方煙絲)和外接外部包裝材料的層組成。

可使用常規紙質包裝材料構造用作接裝材料和濾嘴卷紙的包裝材料(即濾芯26的外包裝層),或用作可煙吸棒的包裝材料16的包裝材料。通常,包裝材料包括纖維材料和嵌入或分散于所述纖維材料內的至少一種填料材料。所述纖維材料可變化,但通常為纖維質材料。所述填料材料通常具有基本上水不可溶的粒子的形式,并可引入無機組分。示例性的填料材料包括碳酸鈣、酒石酸鈣、氧化鎂、氫氧化鎂凝膠、碳酸鎂、粘土、硅藻土材料、二氧化鈦、γ氧化鋁材料和硫酸鈣粒子。

包裝材料、包裝材料組分和經處理的包裝材料的示例性類型描述于Herron的美國專利No.4,804,002、Dube等人的美國專利No.4,941,486、White等人的美國專利No.5,105,838、Arzonico等人的美國專利No.5,271,419、Gentry的美國專利No.5,220,930、Wermers等人的美國專利No.5,490,875、Miyauchi等人的美國專利No.6,706,120、Hancock等人的美國專利No.7,195,019、Ashcraft等人的美國專利No.7,237,559和Hancock等人的美國專利No.7,275,548、Woodhead等人的美國專利申請公布No.2003/0114298、Ashcraft等人的美國專利申請公布No.2003/0131860和Holmes的美國專利申請公布No.2004/0237980、Fournier等人的PCT?WO01/08514、以及Hajaligol等人的PCT?WO03/043450,所述專利以引用方式并入本文。代表性的包裝材料可作為R.J.雷諾茲煙草公司(R.J.Reynolds?Tobacco?Company)119、170、419、453、454、456、465、466、490、525、535、557、652、664、672、676和680級購自史懷哲-毛迪特國際公司(Schweitzer-Maudit?International)。包裝材料的孔隙率可變化,并通常為約0CORESTA單位至約100CORESTA單位之間,常常為約10CORESTA單位至約90CORESTA單位之間,通常為約20CORESTA單位至約80CORESTA單位之間。

用于多片段濾嘴卷煙的濾芯組分或濾芯片段通常使用常規用于提供多片段卷煙濾嘴組分的棒成型單元類型由過濾棒制得,如可作為KDF-2和KDF-3E得自Hauni-Werke?Korber?&?Co.KG的那些。通常,使用絲束加工單元提供過濾材料,如過濾絲束。能夠加工醋酸纖維素絲束的示例性絲束加工單元可作為由北卡羅來納州溫斯頓-塞勒姆的Arjay設備公司(Arjay?Equipment?Corp.,Winston-Salem,NC)供應的E-60而購得。其他示例性的絲束加工單元可作為AF-2、AF-3和AF-4購自Hauni-Werke?Korber?&?Co.KG。另外,用于操作過濾材料供給單元和濾嘴制造單元的代表性的方式和方法陳述于Byrne的美國專利No.4,281,671、Green,Jr.等人的美國專利No.4,862,905、Siems等人的美國專利No.5,060,664、Rivers的美國專利No.5,387,285和Lanier,Jr.等人的美國專利No.7,074,170,所述專利以引用方式并入本文。用于將過濾材料供給至過濾棒成型單元的其他類型的技術陳述于Pryor等人的美國專利No.4,807,809和Raker的美國專利No.5,025,814,所述專利以引用方式并入本文。

例如,通常由具有常規用于制造濾嘴卷煙的通用形式和構造的所謂的“六聯”過濾棒、“四聯”過濾棒和“兩聯”過濾棒提供的多片段濾芯可使用常規類型或適當修改的卷煙棒處理裝置進行處理,例如可作為Lab?MAX、MAX、MAX?S或MAX80得自Hauni-Werke?Korber?&?Co.KG的接裝裝置。參見例如陳述于如下專利中的裝置類型:Erdmann等人的美國專利No.3,308,600、Heitmann等人的美國專利No.4,281,670、Reuland等人的美國專利No.4,280,187、Greene,Jr.等人的美國專利No.4,850,301和Vos等人的美國專利No.6,229,115、以及Holmes的美國專利申請公布No.2005/0103355、Read,Jr.的美國專利申請公布No.2005/1094014和Draghetti的美國專利申請公布No.2006/0169295,所述專利中的每一個以引用方式并入本文。

濾嘴設計和組分的代表性類型,包括分段卷煙濾嘴的代表性類型陳述于Lawrence等人的美國專利No.4,920,990、Thesing等人的美國專利No.5,012,829、Raker的美國專利No.5,025,814、Jones,Jr.等人的美國專利No.5,074,320、White等人的美國專利No.5,105,838、Arzonico等人的美國專利No.5,271,419、Blakley等人的美國專利No.5,360,023、Gentry等人的美國專利No.5,396,909和Banerjee等人的美國專利No.5,718,250、Jupe等人的美國專利申請公布No.2002/0166563、Dube等人的美國專利申請公布No.2004/0261807、Crooks等人的美國專利申請公布No.2005/0066981、Woodson等人的美國專利申請公布No.2006/0090769、Zhang的美國專利申請公布No.2006/0124142、Mishra等人的美國專利申請公布No.2006/0144412、Belcastro等人的美國專利申請公布No.2006/0157070和Coleman?III等人的美國專利申請公布No.2007/0056600、Kim的PCT?WO03/009711和Xue等人的PCT?WO03/047836中,全部所述專利以引用方式并入本文。

本發明的濾芯可被引入構造用于燃燒可煙吸材料的常規卷煙內以及陳述于如下專利中的卷煙類型內:Clearman等人的美國專利No.4,756,318、Banerjee等人的美國專利No.4,714,082、White等人的美國專利No.4,771,795、Sensabaugh等人的美國專利No.4,793,365、Clearman等人的美國專利No.4,989,619、Clearman等人的美國專利No.4,917,128、Korte的美國專利No.4,961,438、Serrano等人的美國專利No.4,966,171、Bale等人的美國專利No.4,969,476、Serrano等人的美國專利No.4,991,606、Farrier等人的美國專利No.5,020,548、Shannon等人的美國專利No.5,027,836、Clearman等人的美國專利No.5,033,483、Schlatter等人的美國專利No.5,040,551、Creighton等人的美國專利No.5,050,621、Baker等人的美國專利No.5,052,413、Lawson等人的美國專利No.5,065,776、Nystrom等人的美國專利No.5,076,296、Farrier等人的美國專利No.5,076,297、Clearman等人的美國專利No.5,099,861、Drewett等人的美國專利No.5,105,835、Barnes等人的美國專利No.5,105,837、Hauser等人的美國專利No.5,115,820、Best等人的美國專利No.5,148,821、Hayward等人的美國專利No.5,159,940、Riggs等人的美國專利No.5,178,167、Clearman等人的美國專利No.5,183,062、Shannon等人的美國專利No.5,211,684、Deevi等人的美國專利No.5,240,014、Nichols等人的美國專利No.5,240,016、Clearman等人的美國專利No.5,345,955、Casey,III等人的美國專利No.5,396,911、Riggs等人的美國專利No.5,551,451、Bensalem等人的美國專利No.5,595,577、Meiring等人的美國專利No.5,727,571、Barnes等人的美國專利No.5,819,751、Matsuura等人的美國專利No.6,089,857、Beven等人的美國專利No.6,095,152和Beven的美國專利No.6,578,584,所述專利以引用方式并入本文。而且,本發明的濾芯可被引入已由R.J.雷諾茲煙草公司(R.J.Reynolds?Tobacco?Company)以商標名“Premier”和“Eclipse”銷售的卷煙類型內。參見例如在Chemical?and?Biological?Studies?on?New?Cigarette?Prototypes?that?Heat?Instead?of?Burn?Tobacco(對加熱而不是燃燒煙草的新卷煙原型的化學和生物研究),R.J.雷諾茲煙草公司專題(R.J.Reynolds?Tobacco?Company?Monograph)(1988)和Inhalation?Toxicology,12:5,第1-58頁(2000)中描述的卷煙的那些類型,所述文獻以引用方式并入本文。

卷煙棒通常使用卷煙制造機器(如常規的自動化卷煙棒制造機器)制得。示例性的卷煙棒制造機器具有可購自莫林斯公司(Molins?PLC)或Hauni-Werke?Korber?&?Co.KG的類型。例如,可使用稱為MkX(可購自莫林斯公司(Molins?PLC))或PROTOS(可購自Hauni-Werke?Korber?&?Co.KG)的類型的卷煙棒制造機器。對PROTOS卷煙制造機器的描述提供于Brand的美國專利No.4,474,190的第5欄第48行至第8欄第3行,所述專利以引用方式并入本文。適用于卷煙制造的設備類型也描述于La?Hue的美國專利No.4,781,203、Holznagel的美國專利No.4,844,100、Gentry的美國專利No.5,131,416、Holmes等人的美國專利No.5,156,169、Myracle,Jr.等人的美國專利No.5,191,906、Blau等人的美國專利No.6,647,870、Kitao等人的美國專利No.6,848,449、Kitao等人的美國專利No.6,904,917、以及Hartman的美國專利申請公布No.2003/0145866、Hancock等人的美國專利申請公布No.2004/0129281、Barnes等人的美國專利申請公布No.2005/0039764和Fitzgerald等人的美國專利申請公布No.2005/0076929,所述專利中的每一個以引用方式并入本文。

常規的自動化卷煙制造機器的組件和操作對于卷煙制造機械設計和操作領域的技術人員而言是顯而易見的。例如,對數種類型的煙囪、煙草填料供給設備、吸入傳送帶系統和配件系統的組件和操作的描述在如下專利中陳述:Molins等人的美國專利No.3,288,147、Heitmann等人的美國專利No.3,915,176、Frank的美國專利No.4,291,713、Rudszinat的美國專利No.4,574,816、Heitmann等人的美國專利No.4,736,754、Pinck等人的美國專利No.4,878,506、Heitmann的美國專利No.5,060,665、Keritsis等人的美國專利No.5,012,823、Fagg等人的美國專利No.6,360,751、以及Muller的美國專利申請公布No.2003/0136419,所述專利的每一個以引用方式并入本文。本文所述類型的自動化卷煙制造機器提供了可細分為所需長度的成型可煙吸棒的成型連續卷煙棒或可煙吸棒。

受益于在前述說明書中存在的教導的本發明所屬領域的技術人員將想到本發明的許多修改和其他實施例,且對于本領域技術人員顯而易見的是可在不偏離本發明的范圍或精神下進行本發明的變化和修改。因此,應理解本發明不限于所公開的特定實施例,且修改和其他實施例旨在被包含于所附權利要求書的范圍內。盡管本文使用特定的術語,但它們以一般且描述性的方式使用,且不為了限制的目的。

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