吸烟用过滤嘴 【技术领域】
本发明涉及吸烟用过滤嘴(filter for smoking)。
背景技术
为了从烟草的烟中除去有害物质，人们已经提出向香烟的过滤嘴添加各种吸附剂和改性剂。
然而，由于具有高沸点的组分，例如苯并芘的行为表现与颗粒相同，因此，难以利用常规的吸烟用过滤嘴选择性地除去具有高沸点的组分。
例如，日本专利公开No.60-110333公开了一种由含有粒状蓝绿螺旋藻的乙酸纤维制成的吸烟用过滤嘴。在该现有技术中报道了：使烟草的烟通过管路，该管路装有携带蓝绿螺旋藻的过滤嘴，从而测定相对于没有携带蓝绿螺旋藻的过滤嘴的吸附除去率。尼古丁的除去率为42.4％，焦油的除去率为53.2％，3，4-苯并芘的除去率为75.1％。
另一方面，日本专利公开No.62-79766提出了一种通过卷绕携带木蹄层孔菌(Fomes annosus)/灵芝(Ganoderma lucidum)经加工混合形成的绵状物或杂色彩绒革盖菌(Coriolus versicolor)的颗粒/粗绵状物的片状载体而制备的吸烟用过滤嘴。据报道，各个过滤嘴的3，4-苯并芘除去率分别为62％和35％。
然而，如上列举的常规吸烟用过滤嘴不能充分地从吸烟用过滤嘴除去高沸点组分。
【发明内容】
根据本发明的一个实施方式，提供一种包含过滤介质(filter medium)的吸烟用过滤嘴，并具有加热过滤介质或者加热过滤介质周边的工具(means)。
本发明使用地加热过滤介质周边的工具并不是用于直接加热过滤介质，而是包括，例如，用于从纸片(chip paper)包裹的过滤介质的外部间接加热的吸烟制品(smoking article)(香烟嘴(cigarette holder))。
在本发明的吸烟用过滤嘴中，过滤介质优选由耐热纤维形成。希望由耐热纤维形成的过滤嘴表现出热稳定性，从而使得加热至约300℃时过滤嘴也不会改性。
在本发明的吸烟用过滤嘴中，过滤介质优选为能够基本上100％除去颗粒的高效过滤嘴。术语“高效过滤嘴”是指能够基本上100％的除去烟草烟中含有的颗粒组分以及能够基本上完全透过蒸气组分的过滤嘴。可以使高效过滤嘴的纤维直径和通风阻力基本上与普通过滤嘴相同。更具体地讲，高效过滤嘴优选具有亚微米至几十微米的纤维直径以及不高于200mmH2O的通风阻力。
此外，应当注意的是，本发明的特征在于：通过加热进行过滤而改变烟的气液分配，因此，即使当加热的烟通过未加热的过滤介质时，也能够期待相同的效果。因此，可以在通过过滤介质之前加热烟，从而改变气液分配，然后再使烟通过过滤介质。更具体地讲，可以直接在燃烧锥(combusition cone)的后方设置高效过滤嘴。在气溶胶香烟，例如AIRS(注册商标)的情况下，发烟部分是不改变的，因此，可以直接在发烟部分的后方设置高效过滤嘴。而且，如果与低延烧性卷烟纸结合使用高效过滤嘴，由于自燃率低，因此，可以通过足够缩短烟草部分而设置过滤介质。
在本发明的吸烟用过滤嘴中使用的加热工具优选能够将过滤介质的温度控制在100℃～200℃。可以以两阶段或两阶段以上的方式，例如200℃和100℃等，调节过滤嘴温度。本发明的吸烟用过滤嘴可以进一步包括冷却部位。本发明的吸烟用过滤嘴还可以进一步与作为吸附剂的木炭或层状磷酸盐和其它添加剂组合使用。
根据本发明，通过加热能够蒸发必需的有助于烟草烟中香味的组分、而不蒸发高沸点组分，可选择性地过滤具有高沸点的组分。
附图的简要说明
图1表示将香烟安装于本发明的一个实施方式的吸烟用过滤嘴的状态；
图2表示用于自动吸烟试验的装置结构；
图3表示过滤嘴温度和每种组分的释放量之间的关系；
图4表示过滤嘴温度和尼古丁对焦油的释放量的比(N/T比例)之间的关系；
图5表示过滤嘴温度和每种组分的透过率之间的关系；
图6是表示将另一香烟安装于根据本发明的一个实施方式的吸烟用过滤嘴的状态；
图7表示每种烟组分的蒸汽压及其透过率之间的关系；
图8表示将磷酸锆添加至根据本发明的一个实施方式的吸烟用过滤嘴的状态；
图9是表示通过添加或未添加磷酸锆的吸烟用过滤嘴的尼古丁和芳香胺类的释放量的图表；
图10表示以两阶段的方式对根据本发明的一个实施方式的吸烟用过滤嘴进行温度控制的状态；
图11是分别表示通过一个阶段温度控制和两个阶段温度控制的吸烟用过滤嘴的尼古丁和芳香胺类的释放量的图表。
实施发明的最佳方式
参照附图，对本发明的实施例进行描述。
图1表示将香烟安装于本发明的一个实施方式的吸烟用过滤嘴的状态。如图1所示，在吸烟用过滤嘴1中设置用作高效过滤介质2的HEPA过滤嘴(高效粒状空气过滤器)以及环绕高效过滤介质2的加热器3。将香烟10安装于吸烟用过滤嘴1的前端。在吸烟过程中，通过加热器3，对高效过滤介质2进行加热。
通过应用具有如图2所示的结构的装置而进行自动吸烟试验。如图2所示，将设定在22℃的冷却器20和桥接(Carbridge)过滤嘴30安装于如图1所示的吸烟用过滤嘴1的后段，并将自动吸烟器40与系统连接。作为香烟10，将切去两端的香烟安装于吸烟用过滤嘴1。在特定的条件下，通过将高效过滤介质设定于20℃(未加热)～300℃的各种温度而进行自动吸烟。在6分钟(6次吸烟)的自动吸烟期间，将过滤嘴温度保持恒定。
图3是表示过滤嘴温度与焦油(Tar)、尼古丁(Nic)、苯并芘(BaP)和芳香胺(Aas)的各自释放量的关系的图表。另外，在图表中表示的“空白”显示包括在22℃下、不通过HEPA过滤嘴而进行自动吸烟的情况的结果。而且，“H22”等显示对高效过滤介质(HEPA过滤嘴)的设定温度。
图3显示：虽然当高效过滤介质的温度设定在22℃时，每种组分的释放量低，但是，每种组分的释放量随着高效过滤介质的温度的提高而增加。实验数据反映出高效过滤介质的特征，即，如下所述特征：高效过滤介质虽然几乎100％除去颗粒但几乎不过滤蒸汽(除一部分蒸气组分外)。随着温度提高，焦油、尼古丁、苯并芘和芳香胺类的各自蒸发量增加，从而增加了这些组分的释放量。在蒸发温度下烟草烟的组分各自不同，因此，可以理解：如果适当地对高效过滤介质进行加热，以致能够蒸发必需的组分、并且不蒸发预排除的高沸点组分，就能够选择性地除去具有高沸点的组分。
图4是表示过滤嘴温度和尼古丁对焦油的释放量的比(N/T比例)的图表。在焦油中含有几千种颗粒相组分，这些组分在蒸发温度下彼此不同。为此，根据温度，焦油和尼古丁的释放量各自不同。由图4可以明白：当过滤嘴温度设定为125℃时，N/T的比率达到最高值，该值是空白情况下的N/T比率的8倍左右。
换句话说，可以通过加热过滤介质，选择性地透过有助于烟草香味、且沸点低于尼古丁的必需组分，从而过滤焦油中的难易挥发性的组分。
图5是表示过滤嘴温度和烟草烟的每种组分的透过率之间的关系图表。在图5中，把空白情况的透过率设为1，通过与该透过率的相对值而表示焦油(Tar)、尼古丁(Nic)、苯并芘(Bap)和芳香胺类(Aas)的透过率。在22℃时，尼古丁几乎没有透过。然而，尼古丁的透过率在100℃时提高至约0.2，在125℃时提高至约0.5，在200℃时提高至约0.8，表明：随着温度升高，透过率显著提高。当HEPA过滤嘴的温度设定为200℃或200℃以上时，实验之后加热的HEPA过滤嘴中没有检测到尼古丁，上述现象可以解释为：几乎所有尼古丁都透过HEPA过滤嘴。然而，据信：透过的部分尼古丁可能粘附于管道等，而导致损耗，这使得在200℃或以上温度下透过率约为0.8。而且，据信焦油、苯并芘和芳香胺类的透过率值甚至在300℃也没有达到1的原因是由于蒸发不充分以及粘附于导管而导致的损耗。如果将过滤嘴的温度设定在125℃～150℃的范围内，吸烟中不需要的苯并芘和芳香胺类几乎没有透过，并且有助于烟草香味、具有低于尼古丁的沸点的必需成分能够被选择性的透过。此外，如果将过滤嘴的温度设定在100℃～200℃范围内，就能够获得如上所述的选择性透过的效果。
另外，在上述试验中，在第一次吸烟至第六次吸烟的全部期间，将过滤嘴温度控制为恒值。然而，可以认为：即使在每次吸烟中仅仅很短时间将过滤嘴加热至规定温度，例如125℃，也能够获得类似的效果。
如图1所示的一种结构，其中，将切去两端的香烟10安装于吸烟用过滤嘴1；如图6所示的另一种结构，其中，将含有木炭过滤嘴11a的香烟11安装于吸烟用过滤嘴1。在每种结构中，将高效过滤介质加热至200℃，从而进行一次吸烟，并且收集透过的烟草烟。通过GC/MS分析收集的香烟的烟，从而评价每种蒸汽组分的蒸汽压与透过率的关系。图7表示评价结果。
当没有在高效过滤介质之前设置木炭过滤嘴的情况下，可以观察到如下趋势：蒸汽压较高的组分，显示出较高的透过率。另一方面，当在高效过滤介质之前设置木炭过滤嘴的情况下，发现：可以选择性的过滤具有高蒸汽压的组分，而不管尼古丁的透过率基本上与前者情况相同。换句话说，已经发现：在装有本发明规定的加热工具的吸烟制品与以木炭为代表的吸附剂/添加剂结合使用的情况下，可以将组分控制在颗粒相和蒸汽相。
图7表明：不能识别不低于1的透过率。上述现象证明：即使将高效过滤介质加热至200℃，通过加热反应形成的特定组分并没有出现在该测量的范围内。
接着，在两个HEPA过滤嘴2中间夹入作为层状磷酸盐的磷酸锆4(由第一稀元素化学工业公司生产，CPZ-100)。然后，通过将高效过滤介质的温度设定在200℃，并利用具有如图2所示的结构的装置，进行自动吸烟试验。
图9是表示通过添加磷酸锆时的尼古丁和未添加芳香胺类的释放量的比较图表。图9表明：通过在HEPA过滤嘴中添加磷酸锆之类的吸附剂，可以预期选择性地除去芳香胺类，而基本上不改变尼古丁的透过率。而且，可以被认为作为一种利用，在HEPA过滤嘴中添加在较高温度下有效作用的氧化催化剂，其中将吸烟中不需要的一氧化碳转化为二氧化碳。
图10表示具有2个吸烟用过滤嘴部件的实施例，其中，每个吸烟用过滤嘴包括高效过滤介质和围绕高效过滤介质的加热器。在本实施方式中，将上游过滤嘴设定在相对较高的温度(200℃)，将下游过滤嘴设定在相对较低的温度(100℃)。此时，上游过滤嘴用于相对于高沸点组分，选择性地透过有助于烟草香味、具有低于尼古丁的沸点的必需组分，并且，下游过滤嘴用于凝结从上游过滤嘴透过的部分高沸点组分。
图11表示在两阶段的温度控制下通过吸烟用过滤嘴的尼古丁和芳香胺类的释放量结果与通过一阶段把温度控制在150℃(H150)的释放量结果的比较图表，其中，尼古丁的释放量大致等于芳香胺。图11表明：通过在下游过滤嘴凝结高沸点的组分，两阶段的温度控制能够抑制芳香胺类的释放，而基本上没有改变尼古丁的释放量。结果显示：通过多阶段的温度控制，可以有效的控制烟的组分。
以上描述包括以下情况：对能基本上100％除去烟草烟中的颗粒组分、且允许基本上完全透过气相组分的高效过滤介质(HEPA过滤嘴)进行加热。然而，可以理解例如，使用能够50％除去颗粒成分的过滤介质，并将其加热能够除去约50％的例如苯并芘和芳香胺那样的不良高沸点组分，同时几乎透过所有有助于烟草香味、具有低于尼古丁的沸点的组分。