Результат интеллектуальной деятельности: РАЗЛАГАЮЩИЙСЯ ФИЛЬТР ДЛЯ КУРИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Настоящее изобретение предлагает фильтр для курительного изделия, содержащий сегмент фильтрующего материала, включающего волокна регенерированной целлюлозы, волокна ацетата целлюлозы и триацетин. Настоящее изобретение также предлагает фильтр для курительного изделия, содержащий сегмент фильтрующего материала, включающего волокна регенерированной целлюлозы и низкомолекулярный простой полиэфир. Настоящее изобретение также распространяется на курительные изделия, включающие такие фильтры.

Как правило, сигареты с фильтром включают цилиндрический стержень из резаного начиночного табака, который окружает бумажная обертка, и цилиндрический фильтр, аксиально-ориентированный и примыкающий торцом к обернутому табачному стержню. Как правило, цилиндрический фильтр содержит фильтрующий материал, обычно жгут из ацетата целлюлозы, который окружает бумажная обертка заглушки. Традиционно обернутый табачный стержень и фильтр соединяются полоской ободковой обертки, которая обычно представляет собой непрозрачный бумажный материал и окружает по всей длине фильтр и прилегающую часть обернутого табачного стержня.

В технике также предлагается ряд курительных изделий, в которых табак нагревается, а не сгорает. В нагреваемых курительных изделиях аэрозоль образуется при нагревании производящего аромат субстрата, такого как табак. Известные нагреваемые курительные изделия включают, например, электрически нагреваемые курительные изделия и курительные изделия, в которых аэрозоль производится при передаче тепла от сгорающего топливного элемента или источника тепла к физически отдельному образующему аэрозоль материалу. В процессе курения летучие соединения высвобождаются из образующего аэрозоль субстрата посредством переноса тепла от топливного элемента и увлекаются воздухом, втягиваемым через курительное изделие. По мере того, как высвобождающиеся соединения охлаждаются, они конденсируются, образуя аэрозоль, который вдыхает потребитель. Также известны курительные изделия, в которых содержащий никотин аэрозоль производится из табачного материала, табачного экстракта или другого источника никотина без горения и нагревания.

После того как курительное изделие выкуривают, и остаток этого изделия выбрасывают, оказывается желательным, чтобы секция фильтра разлагалась с максимально возможной скоростью. Было бы желательным изготовление фильтра для курительного изделия, который решает эту задачу.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предлагается фильтр для курительного изделия, содержащий сегмент фильтрующего материала, где фильтрующий материал содержит статистически ориентированные волокна регенерированной целлюлозы и волокна ацетата целлюлозы. Фильтрующий материал дополнительно содержит триацетин, и фильтр также содержит обертку, окружающую сегмент фильтрующего материала.

Термин «волокна регенерированной целлюлозы», который используется в настоящем документе, означает целлюлозные волокна, которые образуются при обработке встречающегося в природе целлюлозного материала для изготовления целлюлозных волокон, имеющих желательные физические свойства. Типичный способ изготовления волокон регенерированной целлюлозы включает следующие стадии: измельчение встречающегося в природе целлюлозного материала, такого как древесные стружки, для изготовления древесной массы; направление древесной массы на одну или несколько стадий обработки для изменения физических свойств целлюлозы и изготовление волокон регенерированной целлюлозы из обработанной древесной массы, например, посредством прядения целлюлозных волокон при пропускании древесной массы через прядильное устройство.

Использование фильтрующего материала, который содержит статистически ориентированные волокна регенерированной целлюлозы, преимущественно ускоряет разложение фильтрующего материала. Это объясняется тем, что статистически ориентированные волокна могут легче диспергироваться после выбрасывания фильтра, в частности, по сравнению с практически непрерывными волокнами традиционных фильтров на основе жгута из ацетата целлюлозы. Улучшение диспергирования волокон усиливает воздействие окружающей среды на отдельные волокна и, таким образом, увеличивает скорость, с которой разлагается фильтрующий материал.

Кроме того, несмотря на использование волокон регенерированной целлюлозы в фильтрующем материале, фильтры в соответствии с настоящим изобретением обеспечивают аналогичный вкус для потребителя по сравнению с традиционными фильтрами на основе жгута из ацетата целлюлозы. Ощущение аналогичного вкуса обуславливают волокна ацетата целлюлозы и триацетин как связующий материал, присутствующий в фильтрующем материале фильтров в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, хотя триацетин связывает волокна ацетата целлюлозы, улучшая структурную целостность фильтрующего материала, триацетин не связывает волокна регенерированной целлюлозы, и, таким образом обеспечивается ускоренное разложение фильтрующего материала.

Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что фильтры, состоящие только из волокон регенерированной целлюлозы, не проявляют на таком же уровне селективное удерживание фенола в процессе курения курительного изделия по сравнению с традиционными фильтрами на основе ацетата целлюлозы. Таким образом, фильтры в соответствии с настоящим изобретением решают эту проблему посредством введения волокон ацетата целлюлозы и триацетина в фильтр, содержащий волокна регенерированной целлюлозы.

Триацетин присутствует в количестве предпочтительно от приблизительно 1% до приблизительно 15% по отношению к массе фильтрующего материала в фильтрующем сегменте, предпочтительнее от приблизительно 5% до приблизительно 10% по отношению к массе фильтрующего материала в фильтрующем сегменте и наиболее предпочтительно от приблизительно 3% до приблизительно 5% по отношению к массе фильтрующего материала в фильтрующем сегменте.

Согласно некоторым вариантам выполнения, фильтрующий материал дополнительно содержит низкомолекулярный простой полиэфир, который дополнительно увеличивает способность фильтра селективно удерживать фенолы в процессе курения курительного изделия. Подходящий простой полиэфир представляет собой полиэтиленгликоль. Полиэтиленгликоль имеет среднечисленную молекулярную массу предпочтительно от приблизительно 200 до приблизительно 3600 и предпочтительнее от приблизительно 400 до приблизительно 1600.

Использование низкомолекулярного простого полиэфира для улучшения селективного удерживания фенола фильтрующим материалом, включающим статистически ориентированные волокна регенерированной целлюлозы, само по себе представляет собой новое и патентоспособное изобретение. Таким образом, согласно второму аспекту настоящего изобретения, предлагается фильтр для курительного изделия, содержащий сегмент фильтрующего материала, где фильтрующий материал содержит статистически ориентированные волокна регенерированной целлюлозы и низкомолекулярный простой полиэфир. Фильтр дополнительно содержит обертку, окружающую сегмент фильтрующего материала.

Как обсуждается выше, введение низкомолекулярного простого полиэфира в фильтрующий материал улучшает селективное удерживание фенола фильтрующим материалом. Это может иметь значение, например, когда фильтр на основе регенерированной целлюлозы используется вместо традиционного фильтра на основе жгута из ацетата целлюлозы, поскольку волокна регенерированной целлюлозы в меньшей степени проявляют селективное удерживание фенола по сравнению с традиционным ацетатом целлюлозы. Использование низкомолекулярного простого полиэфира для улучшения селективного удерживания фенола фильтром на основе регенерированной целлюлозы проиллюстрировано в примерах, представленных ниже в таблице 1.

Данная таблица представляет количество каждого фенола, который проходит через фильтр (то есть количество фенола, которое не удерживается фильтром) в процессе курения изделия. Эти данные нормированы по отношению к количеству никотина, который также проходит через фильтр в процессе курения изделия. Данные получали, осуществляя исследование курения в соответствии со стандартом ISO 4387 «Определение суммарного и не содержащего никотина сухого тонкодисперсного материала с использованием стандартного аналитического курительного устройства».

Подходящий простой полиэфир представляет собой полиэтиленгликоль. Полиэтиленгликоль имеет среднечисленную молекулярную массу предпочтительно от приблизительно 200 до приблизительно 3600 и предпочтительно от приблизительно 400 до приблизительно 1600.

Чтобы дополнительно улучшить функцию фильтра по селективному удерживанию фенолов в процессе курения курительного изделия фильтрующий материал может включать триацетин. Включение триацетина также способствует повышению жесткости фильтра, что уменьшает вероятность разрушения фильтра в процессе перемещения курительного изделия и в процессе курения. Согласно вариантам выполнения, в которых используется триацетин, этот триацетин присутствует в количестве предпочтительно от приблизительно 1% до приблизительно 15% по отношению к массе фильтрующего материала в фильтрующем сегменте, предпочтительнее приблизительно 5% до приблизительно 10% по отношению к массе фильтрующего материала в фильтрующем сегменте, наиболее предпочтительно приблизительно 3% до приблизительно 5% по отношению к массе фильтрующего материала в фильтрующем сегменте.

Фильтрующие материалы в соответствии с обоими аспектами настоящего изобретения разлагаются предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно на 30%, предпочтительнее, по меньшей мере, приблизительно на 40% и предпочтительнее, по меньшей мере, приблизительно на 50% в течение менее чем приблизительно 40 суток и предпочтительно менее чем приблизительно 30 суток при измерении в соответствии с любым из следующих стандартов:

ISO 14855-2005, исследование 1 «Аэробное биоразложение в регулируемых условиях компостирования»;

ISO 14851-2004, исследование 2 «Респирометрическое исследование водного аэробного биоразложения».

Чтобы проиллюстрировать улучшенное разложение фильтра, включающего волокна на основе регенерированной целлюлозы, по сравнению с традиционным фильтром на основе ацетата целлюлозы, приведенный на Фиг.3 график представляет сравнительное исследование разложения различных фильтров согласно исследовании 2 стандарта ISO 14851-2004. Исследуемые фильтры представляют фильтр, содержащий 100% волокон регенерированной целлюлозы (лиоцелл), и традиционный фильтр на основе ацетата целлюлозы. Для сравнения также представлено разложение образца чистой целлюлозы в таких же условиях.

Статистическая ориентация волокон в фильтрах согласно настоящему изобретению преимущественно обеспечивает требуемое сопротивление фильтрующего материала механической деформации, таким образом, что фильтр может выдерживать сжатие потребителем в процессе курения курительного изделия. Статистическая ориентация волокон также обеспечивает требуемое сопротивление втягиванию, таким образом, что ощущения при курении с использованием фильтров в соответствии с настоящим изобретением являются практически такими же, как ощущения при курении с использованием традиционного фильтра на основе жгута из ацетата целлюлозы. Фильтры в соответствии с обоими аспектами настоящего изобретения могут иметь сопротивление втягиванию, составляющее от приблизительно 40 мм вод.ст. (392, 3 Па) до приблизительно 250 мм вод. ст. (2452 Па) для фильтра длиной 27 мм, предпочтительно от приблизительно 75 мм вод. ст. (735,5 Па) до приблизительно 175 мм вод. ст. (1716 Па) для фильтра длиной 27 мм и наиболее предпочтительно от приблизительно 100 мм вод.ст. (980,7 Па) до приблизительно 150 мм вод. ст. (1471 Па) для фильтра длиной 27 мм. Сопротивление втягиванию измеряется с использованием процедуры исследования, описанной в стандарте ISO 6565:2002.

Предпочтительно волокна регенерированной целлюлозы представляют собой извитые штапельные волокна, что способствует уменьшению механического повреждения волокон в процессе обработки фильтрующего материала для изготовления фильтра, а также в процессе последующей сборки курительного изделия. Извитые волокна можно изготавливать, используя известный способ извивания текстильных волокон, такой как способ, описанный в патенте США №2647285.

Извитые штапельные волокна предпочтительно имеют длину в растянутом состоянии от приблизительно 10 мм до приблизительно 30 мм, при натяжении от приблизительно 5 сН/денье до приблизительно 10 сН/денье. Это обеспечивает оптимальный баланс между механической целостностью фильтра в процессе использования и скоростью разложения фильтрующего материала после выбрасывания фильтра. Термин «длина в растянутом состоянии», который используется в настоящем документе, означает среднюю длину извитых штапельных волокон регенерированной целлюлозы, когда они растягиваются под действием заданной растягивающей нагрузки.

Извитые штапельные волокна имеют линейную плотность предпочтительно от приблизительно 0,5 денье до приблизительно 8,0 денье, предпочтительно от приблизительно 1,5 денье до приблизительно 5,5 денье и наиболее предпочтительно от приблизительно 2,0 денье до приблизительно 3,2 денье.

Штапельные волокна имеют степень извитости предпочтительно от приблизительно 3 изгибов до приблизительно 10 изгибов на 10 мм длины волокна и предпочтительнее от приблизительно 6 изгибов до приблизительно 8 изгибов на 10 мм длины волокна.

Волокна регенерированной целлюлозы могут представлять собой волокна лиоцелл. Волокна лиоцелл определяются как волокна регенерированной целлюлозы, которые изготавливают в процессе прядения, используя раствор в органическом растворителе. Волокна лиоцелл, которые являются, подходящими для использования в фильтрах согласно настоящему изобретению, поставляются на продажу под товарным знаком Tencel® компанией Lenzing Aktiengesellschaft. Процесс изготовления волокон лиоцелл преимущественно является более благоприятным для окружающей среды по сравнению с изготовлением традиционного ацетата целлюлозы, а также других регенерированных целлюлозных материалов, таких как искусственный шелк, вискоза и подобные материалы.

В частности, для изготовления ацетата целлюлозы используются каталитические материалы, содержащие кобальт или марганец. При изготовлении ацетата целлюлозы также производится сильный неприятный запах. С другой стороны, целлюлоза или молотая древесная масса, используемая для изготовления волокон лиоцелл, обрабатывается в замкнутом циклическом процессе, в котором нетоксичные растворители повторно используются при степени регенерации, составляющей вплоть до 99,5%. Кроме того, для изготовления волокон лиоцелл не требуются отбеливающие вещества. Любые остаточные выбросы, образующиеся при изготовлении волокон лиоцелл, можно разлагать, используя установки биологической очистки.

Фильтрующий материал может включать и другие волокна в качестве дополнения к волокнам регенерированной целлюлозы. Такие дополнительные волокна можно включать в фильтр, смешивая дополнительные волокна с волокнами регенерированной целлюлозы в процессе изготовления фильтрующего материала. Дополнительные волокна можно связывать с волокнами регенерированной целлюлозы, используя подходящий водорастворимый связующий материал, такой как материалы, обсуждаемые выше. Например, фильтрующий материал фильтров в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения может включать волокна ацетата целлюлозы для увеличения механической прочности фильтра. В качестве альтернативы или в качестве дополнения, фильтрующий материал может включать дополнительные волокна, которые изменяют внешний вид фильтрующего материала. Например, внешний вид фильтрующего материала фильтров в соответствии с обоими аспектами настоящего изобретения можно изменять таким образом, чтобы он в большей степени напоминал внешний вид традиционного фильтра на основе жгута из ацетата целлюлозы. Примерные волокна для изменения внешнего вида фильтрующего материала включают шелк, хлопок, сложный полиэфир, лен, нейлон и шерсть.

Чтобы дополнительно увеличивать скорость диспергирования и разложения фильтра после его выбрасывания, обертка может представлять собой растворимую обертку заглушки. Термин «растворимый», который используется в настоящем документе, означает обертку заглушки, которая способна растворяться в воде, переходя в раствор. Растворимая обертка заглушки преимущественно разворачивается, разрушается и диспергируется при контакте с водой после выбрасывания фильтра, и, таким образом, нижележащий фильтрующий материал становится открытым для окружающей среды, и увеличивается скорость диспергирования и разложения фильтрующего материала. Помимо растворимости, обертка заглушки может быть биоразлагаемой.

Согласно вариантам выполнения, в которых используется растворимая обертка заглушки, эта обертка заглушки содержит или представляет собой лист полимерной пленки, причем данная полимерная пленка содержит, по меньшей мере, один водорастворимый полимер. Использование полимерной пленки для изготовления обертки заглушки уменьшает стоимость и упрощает изготовление обертки заглушки. В частности, в отличие от бумажного материала, может быть изготовлена полимерная пленка, которая придает обертке заглушки требуемые свойства, такие как низкая газопроницаемость, без необходимости каких-либо дополнительных технологических стадий в процессе изготовление.

Кроме того, если оказывается желательным, чтобы обертка заглушки была прозрачной, изготовление прозрачной полимерной пленки проще, чем изготовление прозрачной бумаги.

Предпочтительно, квадратный образец полимерной пленки, имеющий размеры 5 мм × 5 мм, растворяется менее чем за 72 часа при помещении в 25 мл дистиллированной воды при температуре 22°С. Данное исследование осуществляется в контейнере, имеющем такие размеры, что глубина воды является достаточной для полного погружения образца (хотя плавучесть образца может быть такой, что он плавает на поверхности воды в процессе исследования). Образец считается растворившимся, когда водорастворимый материал становится невозможным для наблюдения невооруженным глазом.

Подходящие полимерные материалы для изготовления полимерной пленки представляют собой, но не ограничиваются этим, поливиниловый спирт, целлофан, крахмал, гидроксипропилметилцеллюлозу (НРМС), карбоксиметилцеллюлозу и их комбинации.

Подходящие полимерные пленки можно полностью изготавливать, используя один или несколько растворимых в воде полимеров, или они могут включать дополнительные полимеры или инертные неорганические наполнители, которые могут быть растворимыми или нерастворимыми. Полимерная пленка может быть однослойной или многослойной. Если пленка содержит множество слоев, эти слои могут быть изготовлены из одинакового полимерного материала, или они могут быть изготовлены из различных полимерных материалов. Если слои изготовлены из различных полимерных материалов, каждый полимерный материал содержит, по меньшей мере, один водорастворимый полимер.

Согласно настоящему изобретению, предлагается также курительное изделие, включающее образующий аэрозоль субстрат и мундштук, скрепленный в аксиальной ориентации с образующим аэрозоль субстратом, причем данный мундштук содержит фильтр согласно любому аспекту настоящего изобретения.

При использовании в настоящем документе термин «образующий аэрозоль субстрат» используется, чтобы описывать субстрат, способный при нагревании высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Аэрозоли, которые производятся из образующих аэрозоль субстратов курительных изделий, описанных в настоящем документе, могут быть видимыми или невидимыми, причем они могут включать пары (например, мелкие частицы веществ, которые находятся в газообразном состоянии и которые обычно являются жидкими или твердыми при комнатной температуре), а также газы и капли жидкостей, которые конденсируются из паров.

Курительные изделия согласно настоящему изобретению могут представлять собой сигареты с фильтром или другие курительные изделия, в которых образующий аэрозоль субстрат содержит табачный материал или другой горючий материал, который сжигается для образования дыма. В качестве альтернативы, курительные изделия согласно настоящему изобретению могут представлять собой изделия, в которых образующий аэрозоль субстрат содержит материал, который нагревается, образуя аэрозоль, а не сгорает. В нагреваемом курительном изделии одного типа табачный материал или другой образующий аэрозоль материал нагревается одним или несколькими электрическими нагревательными элементами, производя аэрозоль. В нагреваемом курительном изделии другого типа аэрозоль производится посредством передачи тепла от горючего или химического источника тепла к физически отделенному образующему аэрозоль материалу, который может быть расположен внутри, вокруг или ниже по потоку относительно источника тепла. Кроме того, настоящее изобретение распространяется на курительные изделия, в которых содержащий никотин аэрозоль производится из табачного материала, табачного экстракта или другого источника никотина без горения и нагревания.

Методы исследования

ISO 14855-2005

Исследование регулируемого биоразложения путем компостирования представляет собой оптимизированное моделирование процесса интенсивного аэробного компостирования, в котором определяется способность биоразложения в сухих аэробных условиях. Посевной материал представляет собой стабилизированный созревший компост, производимый из органической фракции твердых бытовых отходов. Исследуемый материал смешивают с посевным материалом и помещают в неподвижные реакционные резервуары, в которых осуществляется интенсивное компостирование при оптимальных условиях содержания кислорода, температуры и влажности. Данное исследование осуществляется согласно методу, который описывает стандарт ISO 14855 (2005 г.) «Определение конечной способности аэробного биоразложения и разрушения пластмасс в регулируемых условиях компостирования», но образцы исследуются в двух, а не трех экземплярах.

ISO 14851-2004

В данном исследовании определяется водное аэробное биоразложение в лабораторных условиях. Исследуемый материал помещается в жидкую среду, имеющую определенный химический состав и засеянную микроорганизмами. В процессе аэробного разложения расходуется кислород, а углеродистый материал превращается в газообразный СO₂. Гранулы NaOH поглощают высвобождающийся СO₂, и возникающее в результате этого падение давления связано с потреблением кислорода и биоразложением исследуемого материала.

Далее настоящее изобретение будет описано, исключительно в качестве примера, со ссылкой на сопровождающие чертежи:

фиг. 1 - вид курительного изделия в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения; и

фиг. 2 - курительного изделия по фиг. 1, имеющее фильтр без обертки.

На фиг. 3 представлен график, описанный выше.

На фиг. 1 и 2 представлена сигарета 10 с фильтром, которая содержит обернутый стержень 12 из резаной табачной начинки, который прикрепляется к одному концу аксиально-ориентированного фильтра 14 в соответствии с настоящим изобретением. Фильтр 14 содержит единственный сегмент фильтрующего материала 16, причем данный фильтрующий материал 16 содержит статистически ориентированные волокна регенерированной целлюлозы, волокна ацетата целлюлозы и триацетин. Фильтрующий материал 16 может также включать и другие волокна, которые изменяют внешний вид фильтрующего материала 16, такие как шелковые волокна. Кроме того, фильтрующий материал 16 может включать один или несколько связующих материалов, а также он может включать одну или несколько добавок, которые улучшают селективное удерживание фенола. Сегмент фильтрующего материала 16 окружает обертка 18 заглушки, которая может быть растворимой, и ее может составлять лист полимерной пленки, включающей, по меньшей мере, один водорастворимый полимер. Обернутый табачный стержень 12 и фильтр 14 соединяет полоска 20 ободковой бумаги, которая окружает по всей длине фильтр 14 и прилегающую часть обернутого табачного стержня 12.

Следует понимать, что, хотя конкретный вариант выполнения, который описан выше, относится к традиционным курительным изделиям, включающим фильтр и табачный стержень, аналогичную конструкцию фильтра, соответствующую настоящему изобретению, можно также использовать в нагреваемом курительном изделии.