專利名稱：香煙側流煙霧處理材料的制作方法
技術領域：
由一種不可燃活性成分片材制成的香煙側流煙霧處理材料，可提供一種處理側流煙霧用的多孔結構。該處理材料當與帶常規(guī)卷煙紙的香煙組合在一起使用時，可提供側流煙霧釋放低的香煙單元。該材料具有的孔隙率能促進香煙的常規(guī)自由燃燒速率。該材料可包含能吸附側流煙霧成分的吸附劑以及一種儲氧成分，后者能在自由燃燒速率的溫度下放出氧氣，以保證常規(guī)自由燃燒速率得以維持，并增強對被截留非水成分的氧化處理。優(yōu)選該材料中包括氧化催化劑，最好是該儲氧成分同時又具備作為氧化催化劑的雙重功能。發(fā)揮雙重功能的具體優(yōu)選成分是鈰的氧化物。
背景技術：
煙草制品點著(具體如被人抽吸)時產生3種煙霧流，即，主流煙霧、呼出煙霧及側流煙霧。充填的用于某種程度上消除側流煙霧和呼出煙霧的過濾材料可限制人們被煙熏的范圍。普遍認為，側流煙霧是在抽煙過程中放出的煙霧主要部分。因此，人們對減少側流煙霧一直非常重視，為此可采用1種或多種以下技術來實現(xiàn)ⅰ)改變煙草組成以及香煙或雪茄中裝入的煙草柱的堆積特性；ⅱ)改變包卷香煙或雪茄的卷煙紙；ⅲ)改變香煙直徑及其煙草組成和/或在香煙或雪茄上提供某種器件以限制和/或控制側流煙霧的放出。
已提出各種各樣有關香煙煙草和卷煙紙的設計，旨在以這種或那種方式影響香煙或雪茄的自由燃燒速率，以期減少側流煙霧和/或在點著的香煙或雪茄長時間不抽時自動熄滅。這類設計包括選擇煙草共混物、縮小香煙直徑、密度，以及采取香煙多層煙草裝料。此種選擇的設計能夠顯著阻滯香煙的自由燃燒速率，并因此增加單位長度香煙獲得的抽吸次數。不論與煙草選擇和/或構造結合，抑或獨立于煙草配制，各種不同卷煙紙的組成也可影響香煙的自由燃燒速率。此種紙的組成，包括使用阻滯自由燃燒速率的化學品、減少側流煙霧的化學品、相同或不同特性的不同卷煙紙的多層包卷以及降低透氣性。例如可參見加拿大專利1,239,783及1,259,008,美國專利4,108,151、4,225,636、4,231,377、4,420,002、4,433,697、6,450,847、4,461,311、4,461,454、4,624,268、4,805,644、4,878,507、4,915,118、5,220,930及5,271,419，以及英國專利申請2 094 130。小直徑香煙也曾嘗試過，例如描述在美國專利4,637,410中。
曾提供各種各樣器件，用以包容香煙，主要用于防止意外著火的目的。它們可以也可不同時地包括各種類型過濾介質，以便濾除并從而減少側流煙霧的量。此種器件的例子公開在美國專利1,211,071、3.827,444、3,886,954及4,685,477中。
再有，還推出了各種類型香煙握持器(煙嘴)，主要功能在于盡量減少對吸煙者手指的沾污。此種器件可連接到香煙端部上和/或裝在香煙上，例如公開在美國專利1,862,679中。另一類香煙被包卷在穿孔包卷層中，以這樣或那樣的方式提供安全特征和/或側流煙霧控制功能，公開在加拿大專利835,684及美國專利2,220,418及5,271,419中。
可安裝在香煙上并能夠沿著香煙滑動以控制燃燒速率并以此控制自由燃燒速率的器件，公開在英國專利928,089、美國專利4,638,819及國際申請?zhí)朩O 96/22031中。英國專利928,089描述了一種香煙用燃燒控制裝置，通過限制流向香煙余燼的空氣流達到控制燃燒的目的。所謂香煙的阻滯燃燒，是指在香煙中只加入常規(guī)煙草需要量的一半，從而使香煙變得更短?？諝庀蘖髟O計可通過在此種器件中開孔率可變的穿孔陣列來達到其目的；或者以該器件的控制部分提供沿香煙部件的縱向開口。美國專利4,638,819描述了一種環(huán)，將其放在香煙上并在吸煙過程中沿著香煙滑動以控制香煙的自由燃燒速率并減少側流煙霧。該環(huán)由實心材料制成，優(yōu)選金屬，這會造成相當程度的沾污，并且由于香煙直徑是可變的，故無法可靠地使側流煙霧減少及熄滅時間達到所需程度。
另一種環(huán)系統(tǒng)描述在本申請人公開的PCT申請?zhí)朩O 96/22031中。該器件備有包圍并接觸常規(guī)香煙周邊的內環(huán)，其中內環(huán)由多孔材料制成。外環(huán)罩在內環(huán)外面以引導氣流沿著多孔內環(huán)的周長流動。內環(huán)的多孔材料中蜿蜒曲折的路徑控制空氣向燃燒的香煙炭擴散的速率，并借此控制(旨在減少)香煙的自由燃燒速率。此種設計可任選地延長到最多香煙長度的一半，在這段長度內空氣必須沿著多孔內環(huán)流動，才能達到燃燒著的炭。
另一類旨在用來控制側流煙霧的系統(tǒng)描述在公開的PCT申請W095/34226及美國專利4,685,477、美國專利5,592,955及美國專利5,105,838中。這些參考文獻描述了各種各樣內部裝入了煙草成分的管狀構造，旨在盡量減少香煙測流的放出。
各種各樣陶瓷成分已在香煙構造中得到采用，這類構造包括香煙用隔熱管以及香煙霧溶膠發(fā)生裝置用的隔熱管。美國專利4,915,117描述了一種陶瓷薄片，用以替代卷煙紙，以期減少常規(guī)卷煙紙燃燒期間有機物質的釋放。美國專利5,105,838及5,159,940描述了一種隔熱陶瓷套筒。美國專利5,105,838描述的是一種香煙單元，具有周長約12.5mm的細煙草柱。該隔熱陶瓷套筒導熱性低并且是多孔的。為達到減少側流煙霧從燃燒煙草柱中的放出，在多孔陶瓷元件外面采用低孔隙率包卷層來降低自由燃燒速率，其中包卷層的透氣性小于約15Coresta單位。
美國專利5,592,955描述了一種可重復使用、不可燃多孔外殼，用于在抽煙前、期間及以后包圍及擋住可發(fā)煙材料柱。此種裝置放出的側流煙霧由外殼的外包卷層減少，因為后者的透氣性小于40Coresta單位，其中外殼的徑向厚度介于約0.25mm～0.75mm。包卷層控制著裝置的總透氣性，并借此控制香煙的自由燃燒速率，并且減少2次抽吸間歇期間產生的側流煙霧。該裝置包括在管體敞口端設可透氣蓋子。不可燃外殼可包括許多金屬條帶，起到降低煙草柱自由燃燒速率的熱阱作用。
催化材料已在煙草，特別是香煙過濾嘴中得到應用，用以轉化主流煙中的成分，通常依靠氧化反應，例如公開在美國專利3,693,632、英國專利1 435 504以及公開的歐洲專利申請EP 107 471及EP 658320中。還有人將催化劑引入到包卷煙草的卷煙紙中，例如公開在加拿大專利604,895及美國專利4,182,348及5,386,838中。吸附材料，例如沸石，也曾被結合到煙草以及香煙過濾嘴中。適用于此種用途的沸石描述在公開的歐洲專利申請EP 740 907，其中沸石的孔隙尺寸介于5～7埃范圍。
雖然上述各種不同發(fā)明措施在不同程度上成功地控制了燃燒香煙中放出的側流煙霧，然而本發(fā)明的各種實施方案卻可提供一種高孔隙率側流煙霧處理材料，它能夠以令人驚奇的方式處理香煙煙草側流煙霧，而同時允許香煙以常規(guī)自由燃燒速率燃燒。
為便于本發(fā)明的說明，術語“煙草柱”或“煙草充填物”指香煙、雪茄、cigarillo、包卷煙草柱、煙草塞、卷煙之類。還應明確，當使用術語“香煙”時，它可與雪茄、cigarillo及其他柱狀抽吸制品互換使用。
發(fā)明概述綜上所述，本發(fā)明一個方面提供一種處理材料在處理香煙側流煙霧的方法中的應用，用以去除可見煙霧顆粒、氣溶膠并轉化異味氣體。
按照本發(fā)明的另一方面，一種釋放低側流煙霧的香煙單元包括ⅰ)以常規(guī)卷煙紙包卷煙草柱的香煙；ⅱ)處理側流煙霧的不可燃材料，它包圍并大體與香煙煙草柱部分的常規(guī)卷煙紙相接觸；該材料具有促進該材料內香煙的常規(guī)自由燃燒速率的孔隙率；ⅲ)該材料包含能在香煙燃燒炭附近的自由燃燒速率的溫度下釋放氧氣的儲氧成分，借此，該釋放的氧氣便可a)因該材料降低氧氣擴散到燃燒炭中的速率而進行補償，從而保證常規(guī)自由燃燒速率，以及b)對側流煙霧成分的氧化處理起作用。
按照本發(fā)明的另一方面，一種香煙單元包括ⅰ)以常規(guī)卷煙紙包卷煙草柱的香煙；ⅱ)包卷并大體上接觸卷煙紙外周邊的不可燃材料，該材料具有促進香煙特有自由燃燒速率特性的孔隙率；ⅲ)包含基本疏水吸附劑，和儲氧成分的上述材料，所述吸附劑能吸收香煙燃燒炭放出的側流煙霧的非水成分，而所述儲氧成分能在香煙燃燒炭附近的自由燃燒速率溫度下釋放氧氣，借此氧氣的釋放如下a)因該材料降低氧氣擴散到燃燒炭中的速率而進行補償，從而保證其自由燃燒速率，以及b)對側流煙霧成分的氧化處理起作用。
按照本發(fā)明的另一方面，一種香煙單元，包含香煙及包圍并大體上與該香煙卷煙紙相接觸的處理材料，該處理材料具有促進香煙常規(guī)自由燃燒速率的孔隙率，并包含促進對香煙燃燒炭放出的側流煙霧氧化處理的氧化催化劑，該卷煙紙在側流煙霧處理反應與香煙抽吸期間主流煙的產生之間起到隔絕作用。
按照本發(fā)明又一方面，一種處理燃燒香煙放出的側流煙霧的方法，其中該香煙具有包圍并大體上與該香煙卷煙紙相接觸的處理材料，該處理材料具有促進香煙常規(guī)自由燃燒速率的孔隙率，并包含吸附劑以及能在香煙燃燒炭附近的自由燃燒速率溫度下釋放氧氣的儲氧成分，該方法包括ⅰ)將香煙燃燒放出的側流煙霧非水成分吸收到所述材料中；ⅱ)處理所述被吸收成分，并釋放出滲透進該材料并在大氣中不可見的處理后的揮發(fā)成分。
按照本發(fā)明又一方面，一種施加到香煙上以減少側流煙霧的片材，其中包含一種組合物，由基本疏水吸附劑、片材增強劑以及可在香煙燃燒炭附近的自由燃燒速率溫度下釋放氧氣的儲氧成分組成，該片材具有下列特征ⅰ)孔隙率至少為約200 Coresta單位；ⅱ)孔隙尺寸介于約50埃～約2μm；ⅲ)組合物的BET表面面積大于約20m2/g；ⅳ)密度約0.3～約0.8 g/cc；以及ⅴ)片材厚度介于約0.04mm～約1mm。
附圖簡述本發(fā)明優(yōu)選實施方案示于附圖中，其中

圖1是本發(fā)明一種實施方案的香煙單元典型透視圖，用于展示該處理材料的施加；圖2是圖1香煙單元的局部剖視圖；圖3是圖2中部分A的放大視圖；圖4是圖3的部分B放大；圖5是測定香煙溫度所用設備的示意圖；圖6是香煙燃燒期間煙草的測定溫度對時間的曲線圖；以及圖7是中心線及周邊處疊加的煙草測定溫度對距離的曲線圖。
優(yōu)選實施方案詳述用于煙草煙霧處理的本發(fā)明側流煙霧處理材料提供非常明顯和出乎意料的優(yōu)點，尤其當用于香煙側流煙霧處理時。該處理材料可呈管狀，套在香煙上并與之基本接觸，或者該材料可包卷在香煙外面并與之基本接觸。按此種裝置可在使用常規(guī)香煙吸煙時，可令其以常規(guī)自由燃燒速率燃燒。術語“普通”或“常規(guī)”香煙，指由常規(guī)等級煙草、填料、煙斗煙草等組成的常規(guī)裝填密度的煙草柱之類的市售香煙。該煙草柱外面包圍著常規(guī)卷煙紙，紙的孔隙率一般介于約5～約Coresta單位，有時可高達70 Coresta單位。常規(guī)香煙濾材按通常方式固定在香煙上，或者，該濾材可與包圍煙草柱和常規(guī)卷煙紙的管狀處理材料連接在一起。常規(guī)香煙具有常規(guī)自由燃燒速率，在常規(guī)煙草密度，即約0.20～約0.26g/cc的條件下，介于約3～約5mm/min。常規(guī)香煙，至少在北美，有約20～30cm，一般約23～27mm的周長，以及至少約40mm，優(yōu)選約55mm，約64mm，甚至約74mm的煙草柱長度，此時可具有可接受的抽吸阻力。香煙濾材通常有約15～約35mm長度。
應明確，非常規(guī)香煙可以是除常規(guī)香煙以外的任何香煙。此種非常規(guī)香煙可以具有改性的煙草或改性的卷煙紙，它們例如可影響自由燃燒速率，正如上面提到的專利中所描述的那些。
該香煙可專門制成可吸香煙或者可以是非可吸型煙草柱。按照本發(fā)明一個方面，非可吸型可轉變?yōu)榭晌模恍柙谄渫饷婕由暇頍熂垙亩鴺嫵煽晌銦?，或者將卷煙紙放在管狀形式處理材料內側并在其中插入煙草柱?br> 鑒于該處理材料靠近燃燒炭，故它能以非常緊密的結構提供側流煙霧控制。以往提供常規(guī)自由燃燒速率的香煙單元，由于在管狀內圍成一個大空腔，管子與香煙之間存在間隙，故顯笨大，從任何意義上都不像個普通或常規(guī)尺寸的香煙。要采用較為緊密的常規(guī)尺寸的單元來控制側流煙霧的嘗試，通常是不得不采用較細的香煙，以便在管子與香煙之間留有間隙。這可能使吸煙者因此種設計而不得不改換牌子，還可能改變香煙的味道和風味。
本發(fā)明的處理材料，特別是用于香煙領域，具有的優(yōu)點是，它允許吸煙者使用他們原來選擇的管狀結構香煙，或購買用本發(fā)明材料包卷的有他們所青睞風味的香煙。雖然該處理材料也可與其他香煙產品形式配合使用，例如煙斗，并與它們用于從空氣中大致過濾煙草煙霧的過濾裝置配合使用，但是，最重要的用途卻是在香煙及雪茄以及其他柱狀抽吸產品上。該處理材料可利用標準卷煙機包卷到香煙上，或者該處理材料可制成管狀，將香煙插入其中，其間讓管子內表面接觸香煙。管狀元件允許按平常習慣方式吸用常規(guī)香煙，同時提供常規(guī)味道和風味并且異味極小(即便有的話)。尤其是，這些特征是在允許香煙以常規(guī)自由燃燒速率燃燒的條件下實現(xiàn)的。該處理材料不可燃、容易處置并符合環(huán)保要求，因為它可由惰性材料制成，例如陶瓷、粘土及其他適當粘結劑以及片材強化材料。該處理材料以常規(guī)自由燃燒速率方式發(fā)揮作用，因此不要求將管內的孔隙率控制在特別低的水平，也不需要在該處理材料的外面再加上外包卷層來控制香煙單元的孔隙率。該處理材料可設計成具有比較低的外表面溫度，從而提供高度安全的特性。組裝后的香煙單元，重量輕并且隨時可在敞口端點燃。盡管并不見得最可取，但該管子也可做成重復使用的樣式，以便允許在管子中插入香煙以替代已經抽完的香煙。
該處理材料由于非?？拷蛘咧苯咏佑|香煙，故而其處理效率得到提高。該處理材料，憑借其構造，最優(yōu)選位于靠近香煙燃燒炭的部位，以便依靠吸附或吸附或者二者，截留或捕獲并處理離開燃燒炭的側流煙霧中各種成分，并且使該側流煙霧不再接觸卷煙紙。要知道，只有那些對該材料具有足夠親合性的成分，才可被吸附。其他物質，例如高度揮發(fā)性的氣體，則可通過該材料而不被吸附。然而，此類氣體卻可在該材料的氧化區(qū)中被氧化，而在促進此種氧化的催化劑存在下，反應將得到加速。該處理材料可加在香煙表面上或者將香煙放入其中，均可使香煙以常規(guī)方式燃燒，而該處理材料則不燃燒。然而要知道，該處理材料也可使其結構強度在抽煙過程中變弱，以便在吸煙者抽完之前能夠將它們捻碎。
同樣，經過修改，該管狀元件也可與“抽煙者自卷”式樣的香煙配合使用，這種香煙通常以不可吸形式出售，但當插入到該管子內時將變得可吸。例如，片材形式的處理材料其內表面可置有卷煙紙，從而形成管狀，其內部插入例如加拿大專利1,235,039中所描述的不可吸煙草柱，于是組成一個可吸的香煙單元?；蛘?，香煙單元的包卷多孔濾材外面可包裹上非孔材料，從而變成可吸的。該處理材料也可用于非常規(guī)香煙上，例如該香煙可有降低香煙自由燃燒速率的改性卷煙紙。雖然有降低自由燃燒速率特性的香煙是不優(yōu)選的，但在某些情況下也可能需要此種香煙單元，盡管味道和風味可能不同。
按照本發(fā)明的一種實施方案，處理材料中的第1活性成分可能是基本疏水的吸附劑材料，它能選擇性地吸附香煙燃燒炭放出的側流煙霧的非水成分。第2活性材料是儲氧成分，它能在燃燒炭附近的自由燃燒速率溫度下釋放氧氣。此種釋放出的氧氣至少起到下列功能ⅰ)因該處理材料降低氧氣擴散到燃燒炭中的速率而進行補償，從而保證常規(guī)自由燃燒速率；以及ⅱ)對側流煙霧諸成分的氧化處理起作用。
該吸附材料可由各種各樣不可燃成分構成，正如下面將詳細討論的，其中該不可燃成分具有相當的孔隙率、大微孔尺寸、非常高的BET表面面積、介于約0.30～約0.80 g/cc的密度，而且當制成用于本發(fā)明目的的片材時，厚度比較薄，介于約0.04mm～約1mm。該活性吸附成分每一種的BET表面面積可介于約10～約1800m2/g；孔隙尺寸分布介于約5?！s200埃之間。該材料的孔隙體積通常介于約0.05～約1.0cm3/g。該材料的填隙空間介于約200?！s2μm。
該材料具有的儲氧成分由材料就地生成，和/或是施加到該材料表面上的，也就是施于香煙時的最內層。儲氧成分優(yōu)選是具有多種氧化態(tài)的金屬氧化物，優(yōu)選選自過渡金屬氧化物、稀土金屬氧化物、鑭系金屬氧化物以及二種或多種金屬氧化物的固溶體。過渡金屬氧化物可選自元素周期表ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ及ⅠB。優(yōu)選的儲氧成分是鑭系金屬氧化物，最優(yōu)選是鈰的氧化物。儲氧材料可在高溫，通常高于300℃的溫度釋放氧氣。貢給的氧氣發(fā)揮作用最適宜部位是在圍繞燃燒炭的一定程度缺氧的環(huán)境中。盡管多孔的該處理材料，可使得空氣以促進常規(guī)香煙等以常規(guī)自由燃燒速率燃燒的速率擴散到燃燒炭中，但是該處理材料仍將在一定程度上限制空氣或氧氣擴散透過該材料。因此，該自由燃燒速率將只是接近但仍可能未完全達到常規(guī)自由燃燒速率。于是，儲氧材料所提供的氧氣將提供足夠的附加氧氣以保證常規(guī)的自由燃燒速率。與此同時，被吸附的諸側流煙霧成分進行氧化反應時存在著競爭反應。多孔的該處理材料向氧化反應提供空氣，以氧化吸附在所述材料中的側流煙霧成分。因此，該反應也將爭奪儲氧材料所貢獻的氧氣。但是，該高孔隙率結構材料與貢獻氧氣的儲氧成分組合起來便可提供充足的氧氣，以保證香煙以其常規(guī)自由燃燒速率燃燒，同時被吸附的側流煙霧成分的氧化又以適宜速率進行，從而保證從該材料中不釋放出可見成分。任何在離開該材料釋放到大氣后可見的成分，都將進一步轉化為不可見成分或者通過吸附被截留在該材料中。
催化材料可方便地與儲氧材料組合起來摻入到該處理材料中。然而不難看出，也可將催化材料結合到適當有孔載體中，而不需要吸附材料或儲氧成分的存在。催化劑可由該材料就地生成，和/或可涂布到該處理材料的內表面上。催化材料優(yōu)選是氧化催化劑，并可以是任何可與儲氧成分配合使用的類型。當由該材料就地生成時，該催化劑存在于內部孔隙表面上，從而將側流煙霧成分，特別是異味氣體，轉化為氣味可接受的氣體，隨后該氣體再從該材料中釋放出去，后一過程可能取決于也可能不依賴于相對親合性。催化劑及儲氧成分可組合或摻混在一起，并可在管里就地生成，和/或涂布到使用時與香煙相鄰的材料表面上。
正如本申請人的共同未決國際申請?zhí)朠CT/CA97/00762(1997-10-15提交，其內容收入本文作為參考)所討論的，有各種各樣催化劑可用來在至少某些蒸汽透過該材料的過程中促進香煙側流煙霧中的各種各樣反應，從而例如減少異味、加強一氧化碳燃燒，以及諸如醛、酮、有機酸之類小分子的燃燒。優(yōu)選的催化劑選自氧化催化劑。它們通常包括選自金屬鉑族、過渡金屬及其氧化物，稀土金屬氧化物及鑭系金屬的催化劑。具有多種氧化態(tài)的過渡金屬氧化物優(yōu)選選自元素周期表ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ及ⅠB。鉑族金屬優(yōu)選包括鉑或鈀。其他催化劑包括硅酸鋁、氧化鋁及碳酸鈣。要知道，該催化劑可包括各種各樣催化劑的混合物，或者可包括二種或多種金屬氧化物的固溶體。
一類可用于本發(fā)明的有用的硅酸鋁催化劑是沸石，在上面提到的歐洲專利申請EP 740 907中有介紹，其內容收入本文作為參考。鋁硅酸鹽沸石及高二氧化硅沸石除了具有吸附能力之外還可起到催化作用。優(yōu)選的沸石包括Silicalite沸石、X、Y及Z沸石、β沸石、Mordenite沸石及ZSM沸石。要知道，疏水沸石具有非常高的“二氧化硅氧化鋁”比例，等于或大于約50。選擇的催化劑或多種催化劑的配制物可在片材的制造過程中加入片材中。此外，催化劑或其混合物可以淤漿或溶液形式施涂到所形成的多孔結構中，然后干燥，從而在孔隙內表面提供催化劑。
本發(fā)明的另一個方面是儲氧成分可兼具氧化催化劑的雙重功能。某些具有多種氧化態(tài)的過渡金屬氧化物，可起到儲氧載體以及促進氧化作用的催化劑這二種功能。有此種能力的優(yōu)選過渡金屬氧化物類別是鑭系金屬氧化物，最優(yōu)選鈰的氧化物。儲氧成分和/或催化劑在該處理材料中的含量可能在相當程度上依賴于各個單獨成分或該雙重功能成分的相應活性。再有，該用量還將取決于催化劑究竟是由該材料就地生成的、還是作為涂層施涂到材料內表面的抑或按二種方式獲得的。作為指導原則，催化劑材料的存在量占該材料的最高約30wt％。自然，用量的下限取決于為供氧目的作為提供氧氣的儲氧成分的有效用量，以及為發(fā)揮有效催化氧化功能的需要量。視選擇材料的活性而定，催化材料的用量下限可相當小，僅占幾個ppm，不過通常將大于約5wt％?？赡苄枰M行某些試驗來改變下限，特別是要使催化劑保證氧化反應不致被加速到使燃燒炭超過常規(guī)自由燃燒速率，從而影響到主流煙的味道和風味的程度。一般而言，儲氧成分和/或催化劑的上限不超過30wt％，優(yōu)選小于20wt％。然而要知道，當選擇的材料具有儲氧以及催化氧化反應雙重功能時，該材料的用量有可能超過30wt％。
優(yōu)選的催化材料是以鈰為基礎的，特別是二氧化鈰。該催化劑不僅對促進被俘獲有機材料的氧化有非常好的作用，而且有要求的附加儲氧功能并在缺氧環(huán)境中釋放出氧氣。二氧化鈰(CeO2)形式的催化材料，當處于冷態(tài)時，能夠保存氧氣，而當溫度升高時能夠通過熱轉化為三氧化二鈰(Ce2O3)而釋放氧氣。隨著燃燒炭沿著處理材料管子前進，其溫度通常升高到約400℃～550℃，于是該催化材料便釋放出氧氣以維持香煙的常規(guī)自由燃燒速率。另外，釋放出的氧氣還支持被俘獲的側流煙霧成分的催化氧化。要知道，鈰催化劑可以與其他催化劑的混合物或者以與一種或多種金屬氧化物的固溶體形式作為催化劑使用。
該處理材料優(yōu)選制成片材，該片材的厚度一般介于0.04mm～最高2mm，但優(yōu)選不超過1mm厚。該片材可采用不帶熱處理的標準連續(xù)造紙方法或者通過包括熱處理的方法來制造，例如美國專利4,915,117中所述，有關該方法的內容收作參考。配制一種淤漿組合物，包括無機不可燃活性物質、不可燃填料以及其他可燃有機物。該淤漿組合物被成形為片材前體，然后在高溫下陳化以蒸發(fā)出有機物從而形成片材的多孔結構。多孔結構通常由大孔與微孔的組合構成，其中大孔沿著整個片材彼此聯(lián)通，其尺寸可提供促進香煙常規(guī)自由燃燒速率的孔隙率。就此而論，該材料的孔隙率應大于約200 Coresta單位，并可高達10,000 Coresta單位，甚至可能更高。希望該Coresta單位數值盡可能高，然而要知道就材料的物理性能而論，可能要求將孔隙率限制在例如約300～約4000 Coresta單位之間。當要求在片材中具有催化材料時，可在淤漿組合物中加入催化顆粒，其用量為最高約30wt％的催化有效數量。該催化材料可本身具有承受熱處理過程的能力，并有在微孔附近及大孔表面就地生成之優(yōu)點，從而促進被吸附或吸收的側流煙霧成分的催化轉化。
參見圖1，一種處理材料的優(yōu)選應用實施方案被表示為香煙單元10。該香煙單元受到處理材料的改性，從而可放出非常少的側流煙霧，并優(yōu)選不放出可見側流煙霧。該單元包括常規(guī)香煙12，其中包括煙草柱14，其外面包卷著常規(guī)卷煙紙16。該單元包括過濾嘴部分18，后者與煙草柱12共同作用以提供對主流煙的一般過濾。按照本發(fā)明一個方面，所用處理材料呈管狀20，它包圍或包卷著香煙12。管子20，按照本發(fā)明，與卷煙紙16的外表面基本接觸，如交界線22所示。煙草柱部分14優(yōu)選在管子的末端24處結束，此處管壁厚度大致如26所示。管子的徑向厚度優(yōu)選介于約0.04 mm～約1mm。管子20的總外徑將取決于香煙的直徑，但可設計成不使香煙單元總尺寸顯著增加。香煙單元的優(yōu)選周長介于約25mm～約35mm。這非常接近市售常規(guī)香煙尺寸，后者的周長介于約20mm～約30mm。濾嘴部分18也優(yōu)選具有與管子20外徑相近的直徑，以便提供外觀精美的香煙單元。
該材料的包卷層或管子20可這樣表征ⅰ)孔隙率至少為約200 Coresta單位；
ⅱ)孔隙尺寸介于約50?！s2μm；ⅲ)組合物的BET表面積大于約20m2/g；ⅳ)密度介于約0.3～約0.8 g/cc；以及ⅴ)片材厚度介于約0.04mm～約1mm。
該管子孔隙率足以提供支持常規(guī)自由燃燒速率的空氣流，其中管子與香煙燃燒區(qū)接觸以活化，或者說提高管材料處理從燃燒炭放出的側流煙霧的活性。該多孔結構是這樣工作的，當溫度升高時，該材料側流煙霧吸附及吸附特性發(fā)揮作用，從而吸收各種各樣側流煙霧成分，以便對它們進行處理然后釋放。另外，如果存在催化劑，催化劑活性可因溫度的提高而大大增強，尤其是對處理那些不被吸附趨于透過該材料或者透過吸附劑表面的氣體而言。同樣，多孔結構還具有在高溫時足夠的吸附能力，從而防止側流煙霧的突破，特別是防止任何可見氣溶膠顆粒的突破。要知道，多孔結構可通過在設計中改變厚度、改變孔隙尺寸之類參數，而允許某些側流煙霧透過管子。這樣的作用，在吸煙者要求在管子表面有一定痕量側流煙氣味時是所希望的。該多孔結構優(yōu)選設計成僅使用一次便丟棄的形式。由此優(yōu)化設計則從管壁厚度入手，因為一次使用時為防止側流煙霧的穿透，只要求極小的厚度即可。
該材料的構架密度當然隨摻入材料的種類而有所不同。例如，氧化鋁的密度為約2.5g/cc；氧化鋯約5.7g/cc；二氧化鈰約7.3g/cc。結構的孔隙體積可通過氮氣吸附及汞孔隙測定技術來測定。這樣的結構能將可見的側流煙霧成分吸附在多孔結構中，并在適當催化劑存在的條件下，將任何可能透過該材料的異味氣體在其透過管子并釋放到大氣的過程中轉化為可接受氣味的氣體。
考慮到該材料應可用于一般或常規(guī)香煙上，香煙中應使煙草與該管子隔離開來。其卷煙紙優(yōu)選起到壁壘作用，以防止處理材料中的成分或被吸附的側流煙霧成分遷移到煙草中，從而保證主流煙不受影響。該紙尤其可用于阻擋催化劑成分擴散到煙草中，從而避免主流煙出現(xiàn)任何異味。借助香煙紙對處理材料與煙草柱之間的隔離，提供了本發(fā)明所特有的功能。在香煙上提供管狀材料的先有技術措施，通常是在管子外面施加附加紙材料之類來提供對氧氣擴散的必要控制，從而降低自由燃燒速率，以此減少側流煙霧釋放。與此相反，本申請人的發(fā)明所提供的處理材料允許香煙以常規(guī)自由燃燒速率燃燒，并以正常方式釋放側流煙霧，包括香煙紙產生的。然后，處理材料對卷煙紙外面的側流煙霧成分再實施處理，該處理是在卷煙紙外面以一種與產生主流煙的燃燒炭活性不相關的方式進行的。此種處理活性與主流煙產生彼此脫節(jié)，保證了側流煙霧成分不會滲透回到主流煙中從而顯著影響主流煙風味及味道，也不會向主流煙中引入顯著量不加此種處理手段的香煙抽吸時通常不存在的成分。側流煙霧成分可被處理材料吸附、處理，然后才允許其向外透入到大氣中。處理材料的物理結構中不存在任何引導處理后成分及反應產物返回到香煙煙草中的要素，從而避免了主流煙味道及風味的顯著改變。
鑒于該處理材料被制成片材形式，管壁厚度可以是該材料的單層厚度、二層或多層片材的復合材料厚度，或者可包含若干層片材本身互疊起來達到所要求的管壁厚度。鑒于該片材本身很薄，它可利用標準卷煙紙包卷機施加到香煙煙草柱外表面。此外，管子可以預制，又鑒于它們的整體結構強度，可以是獨立的器件，然后向器件中插入常規(guī)香煙或者不可吸香煙或者其他尺寸的香煙，以提供所需的側流煙霧控制。制作管子的材料為不可燃的，并具有一定熱容量，從而通過在燃燒炭附近維持常規(guī)香煙溫度而使香煙有常規(guī)自由燃燒速率。該管子不需要起控制燃燒炭溫度熱阱作用的金屬成分存在，相反，該管子本質上對燃燒炭來看是透明的，因此可維持常規(guī)自由燃燒速率。再有，通過適當催化劑的選擇，也可在同一材料中提供氧氣貯存，以便當燃燒炭加熱管子時，有氧氣釋放到靠近燃燒炭的缺氧環(huán)境中，從而更有助于支持香煙的常規(guī)自由燃燒速率。
圖2是圖1香煙的局部剖視圖。香煙12包括卷煙紙16，它與管子20的內表面28相接觸。此種接觸可通過香煙在管子20內部的滑動配合造成，或者通過以片材包卷在香煙外面形成管子20而造成。隨著香煙被抽吸，香煙在管子20內部逐漸縮短。由于該處理材料獨特的性能，它基本上能夠沿管子不斷推動而包容此種高溫反應區(qū)。管子的結構強度可隨著燃燒炭的推進而變弱，或者，倘若考慮重復使用的話，管子可維持其結構強度。
圖3是圖2部分A的局部放大。管子20與包卷煙草14的卷煙紙16基本接觸。如上所述，煙草密度可以是常規(guī)堆積密度；卷煙紙16可以是常規(guī)紙，因此在香煙制造過程中，為容許采用該管子不需要任何特殊適配修改。然而要知道，在某些情況下，該香煙本身可具有特殊堆積密度及卷煙紙組成，以進一步減少側流煙霧的放出，雖然從該處理材料的總體效力來看，這通常是不需要的。管子20的內表面28與卷煙紙16的外表面38的大部分相接觸，然而顯而易見，在紙與包卷材料之間，沿著整個香煙長度可能存在小間隙。這些間隙形成的原因在于，將管子20內表面與煙草14隔離開來的卷煙紙不可能圍成一個精確的圓柱體，同樣，包卷層的內表面也不會是精確的圓柱體。因此，處理材料可視為基本上與卷煙紙相接觸。
按照本發(fā)明，該管子應充分貼近香煙的燃燒區(qū)，優(yōu)選如圖3所示，靠近或接觸卷煙紙16的燃燒區(qū)，從而使管子的多孔結構得以活化。雖然管子材料可具有低溫吸附能力，然而，所挑選的材料可在高得多的燃燒區(qū)溫度才變得具有催化活性。管子材料的孔隙率遠遠超過卷煙紙的孔隙率，后者通常為約50 Coresta單位或更低。而管子的孔隙率比這遠遠要高。管子孔隙率一般大于300 Coresta單位，通常最高或超過4000 Coresta單位。這樣的孔隙率可保證或促進香煙的常規(guī)自由燃燒速率。然而，管子結構的孔隙尺寸應能夠保證提供所要求的側流煙霧吸附能力，卻又能提供支持自由燃燒速率所需要的空氣，在此，該空氣流還可由儲氧成分受熱釋放出的氧氣予以補充。
如圖4所示，格外放大的管子20的部分B顯示其結構材料40，其中大孔42的孔隙尺寸優(yōu)選介于約200?！?μm。這一斷面材料的典型孔隙尺寸將不超過約3～6μm。大孔42的分枝將構成微孔，其孔隙尺寸優(yōu)選介于約5～200埃。大孔42彼此之間的聯(lián)通將為氣體提供穿過管子厚度的通路。要知道，由于管子是三維結構，因此大孔采取各種各樣的取向，其中它們或重疊或交叉，從而提供了上述聯(lián)通度。此聯(lián)通在要求的管壁厚度內可提供介于約300～約4000 Coresta單位，可能最高達10,000 Coresta單位的所需孔隙率，其中BET表面積優(yōu)選介于約20～約1000m2/g。視所選擇的吸附材料而定，BET表面積可低于500m2/g，某些情況下可低于300m2/g。大孔尺寸足以讓空氣穿過管子20向內透入，以便為管子內的燃燒炭提供氧氣。片材可由各種各樣吸附材料構成，或者它們可借助熱處理就地形成。譬如，吸附材料可以是活性炭、沸石或多孔金屬氧化物?；钚蕴康腂ET表面積一般介于約300～約1800m2/g；孔隙尺寸分布介于約5埃～約200埃。沸石當用于本發(fā)明時，其BET表面積介于約300～1000m2/g；孔隙尺寸分布介于約5埃～約20埃。如上所述，借助熱處理形成的多孔金屬氧化物，具有約10～約400m2/g的BET表面面積，以及約5埃～約20埃的孔隙尺寸分布。片材的孔隙體積一般介于約0.05～1.0cm3/g；填隙空間內的通孔尺寸介于約200埃～約2μm。
燃燒炭放出的側流煙霧可透過大孔，此時，管子材料的溫度從內表面的400℃～550℃迅速降低到外表面的約250℃～350℃之間。蒸汽和氣溶膠在多孔結構表面冷凝，并且由于香煙煙霧內有機成分的親合性，這些成分迅速透過微孔并貯存在吸附材料表面。在更高的處理材料溫度下，被吸附的成分將被氧化為其他化合物并釋放出去。多孔結構優(yōu)選具有一定的熱容量，使得管內區(qū)域的熱量積累極小，從而保證香煙以常規(guī)溫度燃燒，避免主流煙中產生任何異味。如上所述，香煙周邊溫度介于約400℃～550℃之間；燃燒炭中心線的溫度介于約700℃～950℃之間。
該處理材料通過截獲緊靠香煙外表面的側流煙霧而令人驚奇地完成非常高效的側流煙霧過濾。未冷凝和/或未被吸附在處理材料中、可能(也可能)不包括異味氣體的氣態(tài)產物，可以穿過大孔，不過如上所述，可將催化材料結合到管狀元件中通過催化將透過材料的氣體轉化，于是這些氣體在離開該材料或放出時便轉化為不可見成分了。同樣如上所述，具有儲氧能力的催化材料在受到鄰近燃燒炭加熱的過程中釋放出氧氣。釋放出的氧氣，直接流向燃燒著的余燼，從而進一步支持香煙以常規(guī)自由燃燒速率燃燒。由于處理材料具有比較高的導熱率，除了實現(xiàn)各種各樣側流煙霧成分的催化轉化之外，燃燒炭區(qū)域的瞬時溫度還可高到足以實現(xiàn)各種有機物質的熱解的程度。此種熱解能夠將至少某些被俘獲有機物轉化為灰分及無色氣體。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，該片材可由含陶瓷片增強材料的淤漿制成約0.5～20μm厚的片，其懸浮在粘結劑中，例如惰性粘土、硅酸鋁、硅酸鎂、纖維素材料、塑料等。此種前體片材再經過干燥以及300℃～800℃溫度的熱處理。這樣的高溫可燒掉各種有機材料，包括纖維素材料及塑料，從而形成多孔結構。此種熱處理還可將粘結劑材料轉化為形成微孔的結構。優(yōu)選所選擇的材料能夠提供疏水結構，以便使其中大孔允許水蒸氣透過。在片材前體的制造中，除了催化顆粒之外，還可加入其他催化或吸附材料，包括例如沸石、活性炭等。還可加入結構強度增強劑，或者相反，加入一種在高溫下變弱的成分，以便香煙吸過以后能夠將管子捻碎。當對片材前體進行轉化時，可加入揮發(fā)性有機粘結劑。還應當指出，片材不一定要求進行熱處理，尤其是當以活性炭作為吸附材料時。此時片材可進行干燥，然后以其前體狀態(tài)供使用，然后，依靠高溫香煙燃燒區(qū)將前體材料轉化為具有本發(fā)明性能的處理材料。
實施例本發(fā)明各種各樣實施方案處理側流煙霧的效力將在下面的實施例中得到展示。然而，給出下列實施例的意圖從任何意義上都不以此限制所附權利要求的范圍。
實例1處理材料的代表性組成可有某種程度不同，但是其各種成分總地在下列范圍內。
表1
實例2有關材料對側流煙霧的處理效率，有幾點應當考慮。側流煙霧中可見成分必須減少到足以使吸煙者體會到抽吸本發(fā)明的香煙單元是有益的。處理側流煙霧的系統(tǒng)不應顯著影響主流煙的風味和味道。再有，處理材料不應向主流煙中加入任何會明顯影響風味和味道的東西。該處理材料還必須避免帶有任何異味氣體。
為了評估可見側流煙霧的減少，將樣品香煙與對照例(常規(guī)香煙)對照著進行試驗，以評估可見側流煙霧的減少。該試驗能夠探測可見側流煙霧，并根據相對于對照例放出煙的百分率，給出本發(fā)明處理裝置放出煙霧的相對數值。下表2提供比較情況，并證明采用本發(fā)明處理材料可到達100％消除可見側流煙霧的效果。
表2利用與常規(guī)/對照例樣品對比的肉眼評估，試驗可見側流煙霧的減少。確立標準側流煙霧的評定等級，并表示出樣品相對于對照例的各種數值。等級代號數值評級縮寫標準 8 N7中等 6 M5低 4 L3非常低 2 VL非常非常低 1 VVL清爽 0 CL試驗結果觀察時間(min)樣品#1樣品#2樣品#31 VL VVL VVL2 CL CLCL4 CL CLCL6 CL CLCL10CL CLCL通過采用標準吸煙機并將主流煙和側流煙霧分別截獲在不同的過濾器中，然后采用氣相色譜術按照標準方式分析各個過濾器中的含量，本發(fā)明人得以展示，在催化劑存在下，與常規(guī)香煙比較，主流煙組成中變化極小。這一結果清楚地證明，卷煙紙能夠將側流煙霧的催化處理與主流煙的產生彼此無關。下面給出的表3以實例說明上述結果。樣品與對照例的比值指出，從對照例到樣品放出的TMP的變化非常小。比值等于1.0表示沒有變化，而試驗得出的TMP比值為1.09；焦油比值為1.2，因此，在主流煙組成中這些成分的增加均非常小。吸煙試驗表明，樣品的味道和風味與對照例基本相同。重要的是，側流煙霧中TMP、Nic(尼古丁)、H2O及焦油的降低均非常明顯。這清楚地說明，在主流煙實際上不受影響的同時，處理材料在降低側流煙霧中上述成分方面具有非常高的活性。有關這方面，還將在實例5中做更詳細的討論。
表3ISO標準化煙霧測定主流(MS)及側流(SS)煙霧成分變化。測定 TPM*NIC*H2O焦油樣品 MS17.221.332.313.5SS7.7 0.54.936.23對照例MS15.831.342.43 12.07SS31.404.641.25 25.6樣品/對照例比值 MS1.09 0.990.98 1.12SS0.24 0.120.74 0.24*TMP--總顆粒物質*NIC--尼古丁實例3側流煙霧處理材料具有非常高的孔隙率，遠高于200 Coresta單位，優(yōu)選1000 Coresta單位以上。該材料應允許或促進香煙的常規(guī)燃燒，從而保證主流煙具有與相應香煙相同的味道和風味，并且側流煙霧不具有任何可察覺異味。展示該香煙單元具有正常功能的一個方面，是將有或沒有該處理材料時，抽吸階段之前、期間及以后香煙周邊及香煙中心線處的溫度加以比較。下表4給出這些試驗的結果，它們是采用實例4中所描述的香煙溫度監(jiān)測裝置進行的。表4給出的結果清楚地展示，就中心線溫度而言，常規(guī)香煙與放于處理材料內燃燒的香煙之間差異極小。常規(guī)香煙的周邊溫度，當按常規(guī)方式，不帶處理材料燃燒時，介于約450℃～480℃；中心線溫度，介于約750℃～785℃。相應的香煙，放在本發(fā)明處理材料內燃燒，全部具有不相上下的周邊及中心線燃燒溫度。其周邊溫度幾乎一樣，介于約445℃～約475℃。相應地，中心線溫度介于約730℃～793℃。表中給出的溫度系當燃燒炭通過監(jiān)測區(qū)時香煙所經歷的中心線及周邊處的上限溫度水平?？紤]到樣品溫度與對照例溫度基本相同，可清楚地看出，該材料在使用時具有高導熱率，不具有絕熱體作用。假如處理材料起到絕熱體作用的話，樣品溫度勢必較高，尤其是在周邊處。應當指出，先有技術，即帶有陶瓷紙的美國專利4,915,117，以及將香煙放在管狀空腔內的WO 95/34226，這二種相似樣品的溫度水平表明其不同于常規(guī)香煙。這一結果已通過實際抽煙得到證實。相似樣品1和2都具有不可接受的異味和風味。
表4試驗樣品與市售香煙之間中心線燃燒溫度的比較樣品平均溫度(℃)中心線 周邊對照例#1785 450#2760 480#3750 450樣品，W/O催化劑 791 445樣品，內表面涂布 793 475樣品，含有催化劑并內表面涂布 730 450相似樣品1-美國專利4,915,117 500 275模擬樣品2-WO 95/34226 680 580實例4憑借機器試驗，要準確再現(xiàn)說明香煙味道和風味可接受這樣的結果是有困難的。已研發(fā)出一種可靠的溫度監(jiān)測裝置，按照大約每2秒鐘一周期的方式測定溫度。在討論該試驗結果之前，先對圖5所示的裝置做簡要說明。
溫度測定設備44包括機架46，沿機架橫向有幾根繃直的細(熱電偶)金屬絲48。這些金屬絲彼此平行并相距3mm。機架46被軌道50精確地限制在沿金屬絲方向52做大約10mm行程的可重復往復運動?？刂破?3用于對電腦控制電機54實施控制，該電機通過變速箱56將旋轉運動轉化為直線運動并驅動變速箱。樣品香煙58靜止不動，固定在機架46中部，使得金屬絲位于其軸線的平面內并與軸線垂直。利用細針將金屬絲48引導穿過樣品58，要盡可能小地造成對卷煙紙60的擾動。
熱電偶62由二種不相同金屬的絲組成。為覆蓋實驗溫度范圍，采用型號R(鉑-鉑/銠)，每根金屬絲的直徑為0.003英寸。每種金屬絲橫跨機架的一半，并與另一種金屬絲在結點64處焊接在一起。如此形成的結點為感溫-電壓變送器。通過對機架運動的控制，使該結點在軸線66至剛好超過其紙邊緣的范圍內，沿徑向向后并向前穿過樣品58。
在一種控制方案中，熱電偶結點64(以下稱“TC”)移動約5個不連續(xù)的步長。每步之間暫停大約300ms。這給TC在記錄讀數之前提供一定的穩(wěn)定時間。
微小TC電壓在裝置65中經過調節(jié)、放大并轉換為溫度。
香煙以其過濾嘴連接到正弦波吸煙機上。在我們的試驗中，采用36mL/2秒的空氣體積流量，每60秒出現(xiàn)一次。吸煙機72與記錄/控制電腦74和76之間的電氣連接68和70使得該裝置能夠將抽吸期間采集的溫度數據與“閑置”期間的數據區(qū)別開來。按此方式，每個TC每2秒記錄一次徑向掃描。隨著樣品燃燒炭燃燒通過TC，也可記錄到沿軸線方向的特征時間曲線。
試驗結果表明，碳在燃燒期間以基本穩(wěn)定的軸向速度移動。已知這一速率，我們就能夠將時間數據轉換為實際軸向位置。原則上，可產生溫度作為徑向和軸向位置函數的三維繪圖。
難點在于抽吸期間的數據讀取。因為抽吸出現(xiàn)在短時間內并且不頻繁，故而數據稀疏。實際上，在任何一個TC上，僅能在閑置數據上隨機位置觀察到很小的波動。這一問題迫使不得不采用如圖5所示的多熱電偶技術。因為，如上面解釋的，時間數據可轉換為軸向位置，并且TC之間的距離又是已知的，故而可將各個TC數據疊加起來。鑒于就每個TC而言，這些抽吸發(fā)生在不同位置，故而可做出某種包絡線，用以描述抽吸期間的真正溫度。通過來自幾個樣品數據的疊加，該包絡線開始顯現(xiàn)出抽吸期間溫度曲線的良好圖形。
倘若僅考慮來自樣品中心線的讀數，則溫度對時間的圖形類似于圖6所示的樣子。每個熱電偶在炭通過時做出響應?？煽闯鲈摮槲陂g的周期波動。注意，這些波動按規(guī)則間隔出現(xiàn)，并且對于每個熱電偶來說均處于同一時刻?？蓽y定出以mm/s為單位的燃燒速率。據此，可將X軸從時間轉換為距離。鑒于熱電偶之間的距離是已知的，因此可將它們的數據疊加。這就產生如圖7所示的圖形。注意，小的抽吸波動這時分散開了。隨著來自其他樣品的更多數據的疊加，便可確定某種抽吸“包絡線”。
以上的溫度測定裝置可用來以圖形形式產生全部特征，展示出燃燒炭通過煙草該部分移動所述煙草的變化歷程。從味道和風味角度考慮需要分析的該圖形關鍵部分是曲線前沿部分，該部分定義燃燒炭接近處的煙草溫度。這一區(qū)域的煙草，隨著它被加熱到超過50℃，便釋放出對主流煙風味和味道有影響的揮發(fā)成分。曲線前沿部分下方的積分面積是預測香煙味道和風味的指標。該曲線越接近對照例，其味道及風味也越近似常規(guī)香煙。而該曲線越是平坦，則該香煙越不大可能具有常規(guī)香煙的味道和風味。下表5利用指數值對曲線下方的積分面積進行定量描述，從中可以看出，在包卷材料中浸漬了和/或在包卷材料內表面涂布了鈰催化劑的優(yōu)選香煙單元實施方案最近似于常規(guī)香煙。
表5熱經歷，樣品對對照例香煙熱經歷指數樣品# 市售香煙試驗樣品13.624.3W/O催化劑 4.9含催化劑樣品 4.7內表面涂布的樣品 3.3樣品，含催化劑#1并將其涂布 3.3樣品，含催化劑#2并將其涂布 4.1相似的樣品#2(WO 95/34226) 8.1實際吸煙的結果也證實，這一數據正確地反映出該香煙單元具有與常規(guī)香煙相比可接受的風味和味道。應當指出的是，還對相似樣品#2評估了熱經歷指數。其指數比對照例高得多，這證實了從相似樣品抽吸試驗所獲得的異常味道及風味。該指數越高，表明處于燃燒炭前方的煙草處于較高溫度較長時間，導致煙草在管子空腔內實際上經受了“煮煉”以后，燃燒炭才到達煙草該部分。
實例5可在包卷材料中提供催化劑，以促進可能被吸附在該材料中的側流煙霧成分的氧化，這些成分經過處理，然后視處理后材料對包卷材料的親合性而可能釋放出去。樣品及對照例放在標準吸煙機上抽吸。香煙冒煙期間放出的側流煙霧被捕集在適當過濾器中。然后用氣相色譜術按標準方式分析過濾器以確定各種有機化合物的存在，以及這些化合物在樣品捕獲側流煙霧中的含量與對照例相比的增加或減少。載于下表6中的結果顯示，本發(fā)明香煙單元的側流煙霧組成與常規(guī)香煙相比，催化劑對降解各種側流煙霧成分的活性?？汕宄乜闯?，常規(guī)側流煙霧中的幾種成分已被催化劑轉化為低分子量結構，它們倘若透入到大氣中，則本質上是不可見的。另外，還應當指出，某些成分，例如雙環(huán)戊烷、2,3-二氫呋喃、2-普魯本辛、乙苯、1-癸烯及苯，已被完全清除，正如比值等于0所顯示的。
表6某些化合物的側流煙霧成分值除以對照例樣品值的比值
這些實例展示本發(fā)明在處理并優(yōu)選消除側流煙霧，同時又不顯著影響主流煙味道和風味的某些方面的各種特征。該處理材料在消除可見側流煙霧方面最為有效，與此同時還對側流煙霧成分的氧化起作用。該香煙單元燃燒時不帶異味，從而展示該處理材料的效力。
雖然本文已就本發(fā)明優(yōu)選實施方案做了詳細描述，但是本領域技術人員懂的，在不偏離本發(fā)明精神及所附權利要求范圍的條件下，尚可對其做出各種變換。
權利要求
1．一種釋放低側流煙霧的香煙單元，包含ⅰ)以常規(guī)卷煙紙包卷煙草柱的香煙；ⅱ)處理側流煙霧的不可燃材料，它包卷所述香煙煙草柱部分的所述常規(guī)卷煙紙并大體上與之接觸；所述材料具有促進該材料內香煙常規(guī)自由燃燒速率的孔隙率；ⅲ)所述材料包含儲氧成分，它能在所述香煙燃燒炭附近自由燃燒速率的溫度下釋放氧氣，借此，該釋放的氧氣便可a)因該材料降低氧氣擴散到燃燒炭中的速率而進行補償，從而保證所述常規(guī)自由燃燒速率，以及b)對側流煙霧成分的氧化處理起作用。
2．權利要求1的香煙單元，其中所述儲氧成分是具有多種氧化態(tài)的金屬氧化物。
3．權利要求2的香煙單元，其中所述金屬氧化物選自過渡金屬氧化物、稀土金屬氧化物及鑭系金屬氧化物。
4．權利要求3的香煙單元，其中所述過渡金屬氧化物選自元素周期表ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ及ⅠB及其混合物以及二種或多種金屬氧化物的固溶體。
5．權利要求3的香煙單元，其中所述金屬氧化物選自鑭系金屬氧化物。
6．權利要求5的香煙單元，其中所述金屬氧化物是鈰的氧化物。
7．權利要求1的香煙單元，其中所述材料另外還包含用于促進滲入所述材料的非水成分氧化的催化劑，所述催化劑與所述儲氧成分摻混在一起。
8．權利要求7的香煙單元，其中所述催化劑選自鉑族金屬、過渡金屬氧化物、稀土金屬氧化物、鑭系金屬氧化物、硅酸鋁、氧化鋁及碳酸鈣及其二種或多種金屬氧化物的固溶體。
9．權利要求8的香煙單元，其中所述催化劑選自硅酸鋁、鉑、鈀、鐵、銅、銀及鈰。
10．權利要求9的香煙單元，其中所述催化劑是鈰的氧化物或鈰與權利要求8的其他金屬氧化物的固溶體。
11．權利要求1的香煙單元，其中所述儲氧成分兼具氧化催化劑的雙重功能。
12．權利要求11的香煙單元，其中所述雙重功能儲氧成分及催化劑選自具有多種氧化態(tài)的過渡金屬氧化物以及鑭系金屬氧化物。
13．權利要求12的香煙單元，其中所述儲氧成分和催化劑是鈰的氧化物。
14．權利要求1的香煙單元，其中所述儲氧成分在所述材料中的量是實現(xiàn)所述氧化反應的有效量，最高約30wt％。
15．權利要求7的香煙單元，其中所述儲氧成分及所述催化劑在所述材料中的合計量是實現(xiàn)所述氧化反應的有效量，最高約30wt％。
16．權利要求11的香煙單元，其中所述催化劑在所述材料中的量是實現(xiàn)所述氧化反應的有效量，最高約30wt％。
17．權利要求14、15或16的香煙單元，其中所述儲氧成分和/或催化劑的量介于約5～約20wt％。
18．權利要求14、15或16的香煙單元，其中儲氧材料另外還施加到與所述卷煙紙相鄰的所述材料的內表面上。
19．權利要求1的香煙單元，其中所述材料的孔隙率至少為約200Coresta單位。
20．權利要求19的香煙單元，其中所述材料的孔隙率小于約10,000 Coresta單位。
21．權利要求20的香煙單元，其中所述材料的孔隙率介于約300～約4000 Coresta單位。
22．權利要求1的香煙單元，其中所述材料包卷在所述卷煙紙上，從而圍成由該材料構成的所述單元的包卷層。
23．權利要求1的香煙單元，其中所述材料預成形為管狀，其內徑可容納香煙并與其處于摩擦銜接狀態(tài)。
24．權利要求1的香煙單元，其中所述處理材料由卷煙紙包卷設備包卷到香煙上。
25．以上權利要求中任何一項的香煙單元，其中所述處理材料另外還包含能吸附側流煙霧成分的吸附劑，所述儲氧成分對被吸附側流煙霧成分的氧化處理起作用。
26．權利要求25的香煙單元，其中所述吸附劑是疏水的，用于選擇性吸附側流煙霧的非水成分。
27．權利要求25或26的香煙單元，其中所述處理材料能夠氧化透過所述此類材料而未被吸附的側流煙霧非吸附氣態(tài)成分。
28．權利要求25的香煙單元，其中所述吸附劑材料選自活性炭、分子篩及多孔金屬氧化物。
29．權利要求28的香煙單元，其中所述吸附劑是活性炭。
30．權利要求28的香煙單元，其中所述吸附劑是沸石，其孔隙直徑足以吸附側流煙霧非水成分。
31．權利要求30的香煙單元，其中所述沸石的大孔尺寸介于約9～40埃。
32．權利要求31的香煙單元，其中所述沸石是Y沸石。
33．權利要求30的香煙單元，其中所述沸石吸附劑兼具吸附劑和氧化催化劑的雙重功能。
34．權利要求28的香煙單元，其中所述多孔金屬氧化物系通過對片材的熱處理制成，所述片材包含金屬氧化物、片材增強劑以及熱處理期間將被驅出從而形成多孔片材的有機物。
35．權利要求25的香煙單元，其中所述材料是多層材料。
36．權利要求35的香煙單元，其中與卷煙紙相鄰的第1層主要是所述儲氧成分，第2層主要是所述催化劑材料或所述吸附劑材料，而第3層是其它的所述催化劑或吸附劑。
37．以上權利要求中任何一項的香煙單元，其中所述材料在施加到所述香煙上以后其厚度介于約0.04mm～約1mm。
38．以上權利要求中任何一項的香煙單元，其中所述材料在施加到所述香煙上以后，具有不受任何涂層或附加卷煙紙限制的外表面。
39．一種香煙單元，包含ⅰ)以卷煙紙包卷煙草柱的香煙；ⅱ)包卷并大體上接觸所述卷煙紙外周邊的不可燃材料，所述材料具有促進所述香煙特有的自由燃燒速率的孔隙率；ⅲ)包含基本疏水的吸附劑和儲氧成分的上述材料，所述吸附劑能吸附所述香煙燃燒炭放出的側流煙霧非水成分，所述儲氧成分在鄰近所述香煙燃燒炭的溫度下釋放氧氣，借此，該釋放的氧氣便可a)因該材料降低氧氣擴散到燃燒炭中的速率而進行補償，從而保證其自由燃燒速率，以及b)對側流煙霧成分的氧化處理起作用。
40．權利要求39的香煙單元，其中所述香煙借助包卷所述香煙煙草柱部分并處理側流煙霧的所述材料，能夠減少側流煙霧放出量。
41．權利要求39或40的香煙單元，其中所述卷煙紙有降低自由燃燒速率的非常規(guī)孔隙率。
42．權利要求39或40的香煙單元，其中所述所述香煙是具有常規(guī)卷煙紙和常規(guī)自由燃燒速率的常規(guī)香煙，所述材料的所述孔隙率能促進所述香煙的常規(guī)自由燃燒。
43．一種香煙單元，包含香煙及包卷并大體接觸所述香煙卷煙紙的處理材料，所述處理材料具有能促進所述香煙常規(guī)自由燃燒速率的孔隙率，并包含促進對所述香煙燃燒炭放出的側流煙霧氧化處理的氧化催化劑，所述卷煙紙使香煙抽吸期間所述側流煙霧的處理反應與主流煙的產生彼此隔絕。
44．權利要求43的香煙單元，其中所述催化劑選自鉑族金屬、過渡金屬氧化物、稀土金屬氧化物、鑭系金屬氧化物、硅酸鋁、氧化鋁及碳酸鈣。
45．權利要求44的香煙單元，其中所述催化劑選自硅酸鋁、鉑、鈀、鐵、銅、銀及鈰。
46．權利要求45的香煙單元，其中所述催化劑是鈰的氧化物或鈰與權利要求44的其他金屬氧化物的固溶體。
47．權利要求43的香煙單元，其中所述氧化催化劑兼有作為儲氧成分的雙重功能。
48．權利要求47的香煙單元，其中所述雙重功能儲氧成分及催化劑選自具有多種氧化態(tài)的過渡金屬氧化物以及鑭系金屬氧化物。
49．權利要求48的香煙單元，其中所述儲氧成分和催化劑是鈰的氧化物。
50．權利要求44的香煙單元，其中所述催化劑在所述材料中的量是實現(xiàn)所述氧化反應的有效量，最高約30wt％。
51．權利要求47的香煙單元，其中所述雙重功能催化劑在所述材料中的合計量介于約5～約20wt％。
52．權利要求47的香煙單元，其中雙重功能催化劑另外還施加到所述材料與所述卷煙紙相鄰的內表面上。
53．權利要求43的香煙單元，其中所述材料的孔隙率至少為約200 Coresta單位。
54．權利要求53的香煙單元，其中所述材料的孔隙率小于約10,000 Coresta單位。
55．權利要求54的香煙單元，其中所述材料的孔隙率介于約300～約4000 Coresta單位。
56．權利要求43的香煙單元，其中所述香煙是常規(guī)香煙，帶有常規(guī)卷煙紙。
57．一種處理香煙燃燒中放出的側流煙霧的方法，該香煙有包卷并大體上接觸香煙卷煙紙的側流煙霧處理材料，所述材料具有促進所述香煙常規(guī)自由燃燒速率的孔隙率，并包含吸附劑和儲氧成分，后者在鄰近所述香煙燃燒炭的自由燃燒速率溫度下釋放氧氣，所述方法包括ⅰ)使所述香煙燃燒時放出的側流煙霧中非水成分吸附在所述材料中，以及；ⅱ)處理所述被吸附成分并釋放透過所述材料、在大氣中不可見的處理后的揮發(fā)成分。
58．權利要求57的方法，其中所述材料包含促進所述被吸附非水成分的氧化的氧化催化劑，所述催化劑促進被吸附成分的氧化反應，從而減少透過所述材料的氣體中總顆粒物質。
59．權利要求57的方法，其中所述儲氧成分另外還起到氧化催化劑的作用，所述結合的儲氧成分與催化劑，對進入到所述材料中的成分進行處理，從而將側流煙霧中可見成分減少到基本為零。
60．權利要求59的方法，其中所述材料在所述卷煙紙上的施加，使抽吸期間側流煙霧成分的處理反應與產生的主流煙彼此隔絕，所述處理反應與主流煙產生的所述隔絕是通過下列措施實現(xiàn)的ⅰ)所述材料的孔隙率允許氧氣擴散透過所述材料，從而促進所述香煙的自由燃燒速率；ⅱ)將所述催化劑放在所述卷煙紙外面，從而使所述側流煙霧成分的處理在所述卷煙紙外面進行；ⅲ)將所述吸附劑放在所述卷煙紙外面，從而在提供所述自由燃燒速率的過程中允許側流煙霧成分自由地離開所述燃燒炭區(qū)域，其中所述吸附劑在所述卷煙紙外面吸附并解吸側流煙霧成分，從而將側流煙霧成分的處理與主流煙的產生彼此隔離；ⅳ)所述包卷層的熱容量所能提供的香煙周邊溫度以及香煙中心線溫度與所述香煙在沒有施加所述材料情況下香煙燃燒的相應部位溫度基本相同。
61．權利要求59的方法，其中所述材料為片材形式并包卷到所述卷煙紙上，從而提供厚度介于約0.04mm～約1mm的包卷層。
62．權利要求59的方法，其中所述材料所具有的熱容量能夠將熱量從燃燒炭傳導散開，從而提供如下的溫度在鄰近所述香煙燃燒炭的所述材料內表面，介于約400～550℃，在鄰近所述香煙燃燒炭的中心線處溫度，介于約700～約950℃。
63．一種施加到香煙上以減少側流煙霧的片材，所述片材包含基本疏水的吸附劑、片材增強劑以及在鄰近香煙燃燒炭的自由燃燒速率溫度下釋放氧氣的儲氧成分的組合物，所述片材具有如下特征ⅰ)孔隙率至少為約200 Coresta單位；ⅱ)孔隙尺寸介于約50?！?μm；ⅲ)組合物的BET表面積大于約20m2/g；ⅳ)密度介于約0.3～約0.8 g/cc；以及ⅴ)片材厚度介于約0.04mm～約1mm。
64．權利要求63的片材，其中所述BET表面積小于約1000m2/g。
65．權利要求63的片材，其中所述BET表面積小于約500m2/g。
66．權利要求63的片材，其中所述BET表面積小于約300m2/g。
67．權利要求63的片材，其中所述吸附劑是活性炭，其BET表面積介于約300～約1800m2/g，而孔隙尺寸分布介于約9?！s40埃。
68．權利要求63的片材，其中所述吸附劑是沸石，其BET表面積介于約300～約1000m2/g，而孔隙尺寸分布介于約5?！s20埃。
69．權利要求63的片材，其中所述吸附劑是多孔金屬氧化物，其BET表面積介于約10～約400m2/g，而孔隙尺寸分布介于約5?！s20埃。
70．權利要求63的片材，其中所述材料的孔隙體積介于約0.05～約1.0m3/g。
71．權利要求63的片材，其中所述片材增強劑是線材、薄片或長絲狀材料。
72．權利要求63的片材，其中所述材料的填隙空間內的通孔尺寸介于約200?！s2μm。
73．權利要求63的片材，其中所述儲氧成分是具有多種氧化態(tài)的金屬氧化物。
74．權利要求73的片材，其中所述金屬氧化物選自過渡金屬氧化物、稀土金屬氧化物及鑭系金屬氧化物。
75．權利要求73的片材，其中所述過渡金屬氧化物選自元素周期表ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ及ⅠB及其混合物，以及二種或多種金屬氧化物的固溶體。
76．權利要求73的片材，其中所述金屬氧化物選自鑭系金屬氧化物。
77．權利要求76的片材，其中所述金屬氧化物是鈰的氧化物或鈰與其他金屬氧化物的固溶體。
78．權利要求63的片材，其中所述材料另外還包含催化劑，用于促進所述非水成分的氧化。
79．權利要求78的片材，其中所述催化劑選自鉑族金屬、過渡金屬氧化物、稀土金屬氧化物、鑭系金屬氧化物、硅酸鋁、氧化鋁、碳酸鈣及其混合物，以及至少二種所述金屬氧化物的固溶體。
80．權利要求79的片材，其中所述催化劑選自沸石、鉑、鈀及鈰。
81．權利要求76的片材，其中所述催化劑是鈰的氧化物。
82．權利要求73的片材，其中所述儲氧成分兼具氧化催化劑的雙重功能。
83．權利要求82的片材，其中所述儲氧成分兼有作為催化劑的雙重功能，選自具有多種氧化態(tài)的過渡金屬氧化物及鑭系金屬氧化物。
84．權利要求83的片材，其中所述雙重功能儲氧成分和催化劑是鈰的氧化物。
85．權利要求63的片材，其中所述儲氧成分在所述材料中的量是實現(xiàn)所述氧化反應的有效量，最高約30wt％。
86．權利要求78的片材，其中所述儲氧成分及所述催化劑在所述材料中的合計量是實現(xiàn)所述氧化反應的有效數量，最高約30wt％。
87．權利要求82的片材，其中所述雙重功能材料在所述材料中的量是實現(xiàn)所述氧化反應的有效量，最高約30wt％。
88．權利要求85、86或87的片材，其中所述儲氧成分和/或所述催化劑的量介于約5～約20wt％。
89．權利要求85、86或87的片材，其中儲氧材料另外還施加到所述材料與所述卷煙紙相鄰的內表面上。
90．權利要求63的片材，其中所述材料的孔隙率小于約10,000Coresta單位。
91．權利要求90的片材，其中所述材料的孔隙率至少為約300Coresta單位。
92．權利要求91的片材，其中所述材料的孔隙率小于4000Coresta單位。
93．權利要求63的片材，其中所述材料包卷在所述卷煙紙上，從而圍成由該材料構成的所述單元的包卷層。
94．權利要求63、74、79或82，其中所述材料是多層材料。
95．權利要求94的片材，其中與卷煙紙相鄰的第1層主要是所述儲氧材料，第2層主要是所述催化劑材料或所述吸附劑材料，第3層主要是其它的所述催化劑或吸附劑。
96．以上權利要求中任何一項的片材，其中所述吸附劑材料選自活性炭、分子篩及多孔金屬氧化物。
97．權利要求94的片材，其中所述吸附劑是活性炭。
98．權利要求94的片材，其中所述吸附劑是沸石，具有足以吸附側流煙霧非水成分的孔隙直徑。
99．權利要求96的片材，其中所述沸石的大孔尺寸介于約9～40埃。
100．權利要求97的片材，其中所述沸石是Y沸石。
101．權利要求97的片材，其中所述多孔金屬氧化物系通過對片材的熱處理制成，所述片材包含金屬氧化物、片材增強劑以及在約300～800℃的溫度熱處理期間將被驅出從而形成多孔片材的有機物。
102．權利要求63～101中任何一項的片材，其中所述材料所具有的熱容量能夠將熱量從燃燒炭傳導散開，從而提供如下的溫度在鄰近所述香煙燃燒炭的所述材料內表面，介于約400～550℃，在鄰近所述香煙燃燒炭的中心線處溫度，介于約700～約950℃。
103．權利要求63～101中任何一項的片材，其中所述片材在施加到所述香煙上以后的厚度介于約0.04mm～約1mm。
104．權利要求63～101中任何一項的片材，其中所述片材在施加到所述香煙上以后具有不受任何涂層或附加紙包卷層限制的外表面。
105．制造權利要求1的香煙單元的方法，包括將權利要求63的片材包卷到有卷煙紙的香煙周圍。
106．權利要求105的方法，其中所述包卷上去的片材在搭接縫處連接并膠粘定位，所述包卷層的外面不具有任何可燃包覆層。
107．制造權利要求1的香煙單元的方法，包括將權利要求63的片材與卷煙紙同時地包卷到煙草柱上，其中所述卷煙紙?zhí)幱谧顑葘硬⑴c所述煙草柱相鄰。
108．權利要求107的方法，其中所述卷煙紙有常規(guī)孔隙率，介于約5～約70 Coresta單位。
109．制造權利要求1的香煙單元的方法，包括將所述材料與卷煙紙一起成形為管狀，其中卷煙紙位于所述管子的內表面，所述管子的內徑尺寸可容納不可吸香煙煙草柱，后者在插入到所述管子中時就變?yōu)榭晌摹?br> 全文摘要
由不可燃活性成分的片材制成的香煙側流煙霧處理材料,可提供一種處理側流煙霧用的多孔結構。該處理材料當與常規(guī)卷煙紙的香煙組合在一起使用時,可提供釋放低側流煙霧的香煙單元。該材料的孔隙率可促進香煙的常規(guī)自由燃燒速率。該材料可包含能吸附側流煙霧成分的吸附劑以及儲氧成分,后者能在自由燃燒速率溫度下放出氧氣以保證常規(guī)自由燃燒速率得以維持,并強化對被吸附非水成分的氧化處理。優(yōu)選該材料中包括氧化催化劑,最好是該儲氧成分又同時兼具作為氧化催化劑的雙重功能。發(fā)揮雙重功能的尤其優(yōu)選成分是鈰的氧化物。
文檔編號A24D1/00GK1306401SQ99807461
公開日2001年8月1日 申請日期1999年4月16日 優(yōu)先權日1998年4月16日
發(fā)明者L·波文, S·M·斯奈德爾, E·R·貝克爾, W·A·布拉克曼 申請人:樂富門.本森及赫奇斯有限公司