烟油用滤芯 本发明涉及一种烟油用滤芯，特别是涉及这类有沸石作为滤芯材料的滤芯。更具体地说，本发明涉及一种含有某些特定类型沸石作为滤芯材料的烟油用滤芯。
在包括吸烟制品以及其他形式消费的制品在内的烟制品组合物中，长期致力于最大可能地降低可能传递给消费者的不希望物质的数量。在这方面，一个问题是如何将这一努力与生产众多消费者可接受的产品的努力相结合；因为对于烟草来说，许多组分是天然的，或当烟草燃烧时产生的，它们有助于烟草制品的味道和香味。
已长期努力借助于安装在吸烟制品嘴接触端的滤芯来降低吸烟制品产生的主烟流中不希望物质的浓度，特别是在抽香烟时。对于本专业来说，许多不同的滤芯材料和不同的滤芯结构物从有关这样制品的文献中已经知道。
纤维素基纤维材料，如皱纹纸、各种形式的再生纤维素，特别是醋酸酯纤维素纤维是目前最常使用的滤芯材料的一些例子。这样的纤维滤芯材料的主要用途是从烟流中除去一部分气溶胶颗粒，“烟油”。香烟滤芯也可含有目的在于捕集各种气体烟流组分的各种添加物。这些添加物中最普通的是各种形式的活性炭。活性炭和纤维素滤芯材料组合地香烟滤芯也是已知的，一种这样的已知滤芯以注册商标CURZEL销售。
已用于香烟滤芯的另一材料由沸石组成。例如，1958年6月17日公开的美国专利说明书US-A-2839065公开了一种烟油用滤芯，它含有“分子筛”，并作为例子提到三类沸石，即NaX沸石、NaA沸石和CaA沸石。但是，未清楚地说明滤芯效果与沸石性质的关系。实际上，这一专利未给出有关滤芯效果的清楚的数值。所以，该专利无助于熟悉本专业的技术人员通过选择有特定性质的沸石来优选滤芯的性能。
此外，US-A-2839065仅公开了从烟油中除去气溶胶颗粒，并未说明气体组分也可被除去。
GB-A-2122473也公开了沸石用于香烟滤芯的应用。但是，在这种情况下，沸石仅作为烟流改性剂的载体，特别是薄荷醇的载体。未公开沸石本身的过滤性能。
1987年5月26日批准的US-A-4668648公开了硅酸镁粘合的沸石，根据该专利，这些沸石可用于香烟滤芯。从吸附性质清楚地说明，在这种情况下使用的沸石是亲水性型的，因为它们的吸水能力远远高于吸附有机化合物的能力。
JP 63248380和JP 02308784也公开了沸石在烟油用滤芯中的应用。但未清楚地说明沸石的性能。
上述所有专利都基于使用标准沸石，即亲水性沸石，它们有很高的吸水能力。这样的吸附基本上排除了有效地吸附有机化合物的可能性。
与上述专利不同，本发明提出使用所谓的憎水沸石，它们有十分不同的吸附性质。下面将更详细地说明这一点。
根据本发明，现已发现，有可能生产这样的烟油用滤芯，特别是香烟滤芯，在某些方面，它们的滤芯性能优于含有常规滤芯材料的已知最好滤芯的滤芯性能。本发明基于有特定性质的沸石的开发以及基于这些沸石从烟油中除去不希望的化合物的能力。已发现，这些沸石提供了令人吃惊的良好过滤效果。
根据本发明，提供了这样一种烟油用滤芯，其特征是滤芯材料含有至少一种憎水性沸石。所用的沸石优选是八面沸石，在这里称为ST100、ST101、ST102、ST103和ST104。在这些沸石中，ST103和ST104是特别优选的，因为它们有很专一的选择性，因此有很好的过滤性能。有关这些沸石更具体的特性数据在下面给出。
本发明所用的沸石的孔径宜为5～10埃、特别是6～8埃。沸石的颗粒度优选为0.2～1毫米、特别是约0.5毫米。
沸石为水合的结晶金属硅铝酸盐，最简化的化学式为NaAlSiO4·H2O。AlSiO4部分构成无限的三维网络，其中铝原子和硅原子(中心原子)与氧原子四面体配位。每一个氧原子键联两个中心原子，其中所有的原子都在空间相连。沸石结构的这一部分通常称为骨架，它构成无限的阴离子空间网络。在这一网络中，化学键为共价键，是相当牢固的。
已有大量具有不同化学组成和不同排列的空间网络结构的不同沸石。但是，所有这些沸石的一个共同特性是，空间网络有不同结构的孔道和空腔，其中空间可被其他离子和分子利用。
正离子总是以空间网络中铝原子相同数目存在，这些正离子起电荷平衡剂的作用。这些正离子本身又被水分子包围，水分子或多或少地填满空间网络中剩余的空腔。空腔中的分子相当弱地键联到空间网络上，它们可用不同的方法从沸石中除去，而不影响网络。例如，水分子可通过加热除去。这通常称为沸石活化。
含有高百分数铝原子的沸石，因此在空腔中有高浓度的正离子，它对吸附水分子有高的亲合性，因此称为亲水性的；而有低铝含量或不含铝的沸石对水分子有低的亲合性，因此称为憎水性的。
有机分子和水蒸汽都存在于烟油的气态物质中。当亲水性沸石用于滤芯时，该滤芯基本上只吸附水蒸汽，而对有机分子有十分有限的效果。另一方面，当使用有很低的水亲合性的憎水性沸石时，可预计有机物质有相当大的吸附量。
对于各种有机物质，沸石的吸附能力也有相当大的差别。控制这一吸附能力的性质与有机分子的性质有关，也与选用的憎水性沸石的性质有关。对于沸石来说，决定性的因素主要是它的极性以及孔系的大小。有可能选择有不同孔系和不同憎水程度的不同沸石，在由许多有不同物理性质(如尺寸、形状、极性和化学组成)的不同类型分子组成的分子混合物中，达到所需的吸附。
在降低烟油中不希望物质的浓度的努力中，也可能使用各种类型的憎水性沸石及其混合物来控制和达到所需的吸附性能。本发明基于有关以下类型沸石的研究：内部命名 沸石类型 SiO2/Al2O3比 a0 孔体积 堆积密度
标准 (纳米) 毫升/克 克/毫升ST100 FAU 5.6 2.451 0.22 0.65ST101 FAU 5.7 2.453 0.25 0.54ST102 FAU 6.0 2.436 0.23 0.62ST103 FAU 14 2.427 0.24 0.55ST104 FAU 440 2.425 0.28 0.49
在脱铝过程中，铝原子离开空间网络结构，虽然一些铝原子仍可能留在沸石的孔道和空腔中。这就意味着a0值比SiO2/Al2O3摩尔比能更有效地说明憎水性。完全脱铝的沸石有以下参数
Y.Deal FAU 不含铝 2.423 0.28 -
所试验的所有沸石都是合成沸石，ST100至ST104为Y型八面沸石。但是，应当理解，本发明不限于仅使用八面沸石，这些沸石仅作为例子。一般来说，任何一种有憎水性的沸石都可用于本发明的滤芯。
使用SiO2/Al2O3比大于5.5的沸石是特别优选的。已发现，SiO2/Al2O3比增加憎水性增加，而使水亲合性下降。晶胞常数下降，极性也下降。这就意味着，随着所述的SiO2/Al2O3比增加，该沸石作为烟油用滤芯的效率增加。
孔径宜在5～10埃、优选6～8埃范围内。
用于本发明滤芯的沸石材料通过用适合的粘合剂将所述的沸石结合成颗粒状来制备。优选100份重沸石材料使用约25份重粘合剂，如前面提到的，制得的颗粒的直径为0.2～1毫米、优选约0.5毫米。
本发明的滤芯可含一种或多种上述沸石作为唯一的气相吸附剂。但是，当沸石与其他已知的滤芯材料一起作用时，可得到更好的过滤效果。
沸石可以不同的方式与其他气相的活性滤芯材料组合。
例如，可将不同的材料简单地混合在一起，然后将混合物放入由两部分颗粒滤芯组成的滤芯空间，在香烟靠近嘴一端有一中间小室。另一方面，在另一实施方案中，可将滤芯分成几段，每段装有不同的滤芯材料或滤芯材料的不同混合物。
用各种沸石在滤芯的室中研究了本发明含沸石的香烟滤芯的过滤效果。也用先有技术的滤芯进行了对比试验。正如在V79系统中测量的，在试验中测定了在烟流中气相组分浓度的降低率和气相的毒性作用的降低率。下面将更详细地说明这些试验。
在化学气相分析中，一系列不同的气相组分(按官能基团分类)用高分辨气相色谱按常规方法来定量测定。计算了由试验的带滤芯香烟产生的烟流中气相组分的浓度相对于由参考香烟产生的烟流中这些组分的浓度的百分降低率。可对每一化学基团本身或所有基团的平均值给出浓度的降低率。
用已知的方法，通过测量气相对抑制由中国仓鼠肺得到的V79细胞菌落生成能力的能力来测定细胞毒性(Jenssen D.，G.J.Kilbey，M.Legator，W.Nichols和C.Ramel(编辑)：诱变性试验方法手册，Elsevier SciencePublishers BV，Amsterdam(1984)，第269-290页)。结果以IC-50％值给出，即抑制50％菌落生成香烟“喷烟”的次数。
当测试许多沸石的过滤性能时，使用一种有滤芯室的美国混合香烟，其中有150毫克试验沸石。相同的香烟用作参考香烟，但滤芯室是空的。试验在标准吸烟机中，按CORESTA标准进行。
得到以下的结果：
化学气相分析沸石 ST100 ST101 ST102 ST103 ST104气相组分降低率，％ 28 25 37 81 83
细胞毒性试验滤芯 IC-50％
(喷烟次数)空室 3ST100，150毫克 8ST101，150毫克 6ST102，150毫克 7ST103，150毫克 23ST104，150毫克 29高活性炭，50毫克 13
从上表可以看出，所有的沸石材料都有明显的过滤效果，ST103和ST104有最好的结果。
在另一试验中，比较了沸石ST103和ST104的滤芯性能与已知滤芯CURZEL的滤芯性能，已知的滤芯由醋酸酯纤维素纤维和活性炭组成。在试验中所用的香烟含美国混合型烟草，所用的滤芯为有8毫米醋酸酯纤维素和12毫米醋酸酯纤维素+沸石(40毫克)的双滤芯。所有的滤芯都开孔51％。参考香烟有只含醋酸酯纤维素纤维的滤芯。
下表说明两种沸石滤芯香烟的烟流中不同组的气相组分相对于CURZEL滤芯的降低。化学类 ST103 ST104饱和烃 0.57 1.32不饱和烃 0.22 0.98芳烃 0.68 1.27醛 0.47 1.16醇 0.21 0.79腈 0.62 1.32N-杂环化物 0.47 0.86酮 0.93 1.38平均值 0.56 1.20
从表中所列结果可以看出，从脱除方面看，本发明含沸石的滤芯在某些方面优于CURZEL滤芯，后者被认为是迄今市场上最有效的滤芯之一。
感观检定也表明，与已知的CURZEL滤芯相比，本发明含沸石的滤芯在味道方面没有损失。相反，在感观评价中，抽烟试验组报告在味道方面有改进，刺激性减小，这是由于用气相色谱法表明的刺激物的含量降低。
除了含特定类型的沸石外，吸烟制品和滤芯有通常在烟草工业中的结构。所用的烟草材料、烟草条的包装材料和滤芯都与迄今常规所用的没有区别。
滤芯也可开孔，以便用二次空气稀释烟流。开孔常常会使不希望的烟气组分的浓度进一步下降。开孔程度可一直到80％，由烟草工业中常规的方法决定。开孔可用本专业已知的几种方法中任一种来实现，例如给滤芯包装开孔。
因此，本发明能生产其过滤性能优于迄今在商业上认为是最好的滤芯的烟油用滤芯。也可通过使用不同类型的沸石来控制香味和生物品质。当一起使用沸石和其他滤芯材料特别是活性炭时，这些控制的可能性变得更广泛，因为不同材料之间吸附性能的差别可用于不同的滤芯材料的组合。提高过滤效果既不会造成吸烟制品抽吸时香味和味道有不希望的损失，也不会对它们造成损害。
本发明的滤芯前面主要参考香烟进行了描述。但是，熟悉本专业的技术人员应当理解，本发明不限于这一组合。例如，可将本发明的滤芯插入香烟、雪茄香烟或雪茄用烟嘴中或者插入烟斗杆中，因此在所有情况下都得到有选择性的和有利的过滤效果。在不违背在以下权利要求中规定的本发明的原理的情况下，本发明的其他变通方案和改进都是可能的。