專利名稱：用于生產(chǎn)開孔泡沫材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于純化和過濾空氣，尤其過濾毒性化合物，例如來自香煙的焦油和多環(huán)芳族烴(PAHs)的泡沫材料和一種制備該泡沫材料的方法。
本發(fā)明的背景廣泛用于純化和過濾香煙的最重要的過濾嘴材料是可以與或可以不與活性炭結(jié)合使用的乙酸纖維素。
常規(guī)的過濾嘴材料，如乙酸纖維素和活性炭的缺陷在于不去除存在于中香煙的顯著部分的毒性化合物，如焦油和PAHs。
另外英國專利說明書GB755.057描述了一種香煙過濾嘴，該過濾嘴由具有細(xì)泡沫材料結(jié)構(gòu)的脲甲醛泡沫材料形成，該結(jié)構(gòu)包含相互連接的腔，這樣香煙可流過它們，產(chǎn)生對(duì)存在于煙中的焦油和煙堿的過濾作用。
GB 755.057泡沫材料的制備首先將可發(fā)泡液體通過向其中注入空氣或進(jìn)行攪拌而發(fā)泡。隨后該發(fā)泡液體通過將脲甲醛和合適的催化劑與該液體混合而轉(zhuǎn)變成持久的泡沫材料。在此之后，所制泡沫材料用過量脲水溶液處理，這樣去除福爾馬林的氣味。
隨后將脲溶液處理的泡沫材料進(jìn)行壓縮工藝以該泡沫材料的增加機(jī)械穩(wěn)定性，同時(shí)確保至少一些中空空間保持相互連通。這樣，根據(jù)GB 755.057，生產(chǎn)出具有骨架狀細(xì)結(jié)構(gòu)和復(fù)雜形狀的泡沫材料，包括多個(gè)流動(dòng)管，相對(duì)低的流動(dòng)阻力和基本上改進(jìn)的機(jī)械穩(wěn)定性。所述細(xì)結(jié)構(gòu)過濾由煙一起攜帶的氣溶膠顆粒。
根據(jù)GB 755.057的制備方法的一個(gè)缺陷在于，在第一步驟，即可發(fā)泡液體的發(fā)泡時(shí)，混合在可控不良的條件下進(jìn)行。結(jié)果不可能形成在良好受控的條件下的具有良好確定的結(jié)構(gòu)的泡沫材料。
泡沫材料的結(jié)構(gòu)確實(shí)對(duì)過濾香煙中的焦油和煙堿的作用是重要的。申請(qǐng)人似乎看出，由GB 755.057的方法制成的泡沫材料的結(jié)構(gòu)不能充分有效地過濾香煙中的焦油和煙堿。例如前述結(jié)構(gòu)確實(shí)包含腔，但包括不為由煙一起攜帶的氣溶膠顆粒所能進(jìn)入的閉腔。
根據(jù)GB 755.057的制備方法的另一缺陷在于，在制備脲甲醛基泡沫材料之后，所述泡沫材料尚未進(jìn)行壓縮工藝以通過破壞腔的壁而得到用于香煙過濾嘴的良好過濾的泡沫材料。
另外，在意大利專利說明書它IT 574.416中，描述了一種制備用于去除香煙中的煙堿和焦油和其它產(chǎn)物的脲樹脂過濾嘴物質(zhì)的方法。在所述方法中，脲甲醛溶液，發(fā)泡劑，酸和細(xì)粉末SiO2凝膠的混合物攪拌至形成厚泡沫，隨后進(jìn)行凝固并干燥SiO2凝膠是一種強(qiáng)煙堿-粘結(jié)劑。
根據(jù)它IT 574.416的方法的一個(gè)缺陷在于，必須使用SiO2凝膠以得到用于最終泡沫材料產(chǎn)物的足夠的過濾作用。另一缺陷在于，混合在不良可控的條件下進(jìn)行，因此就如同根據(jù)GB 755.057的制備方法，不能形成具有良好確定的結(jié)構(gòu)的泡沫材料。
本發(fā)明的綜述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于純化和過濾空氣，尤其過濾毒性化合物，例如來自香煙的焦油和PAHs的泡沫材料，所述泡沫材料的結(jié)構(gòu)使得污染物從空氣中被過濾至明顯程度。
驚人地，上述目的使用一種包括腔和位于腔的外部的間隙空間的泡沫材料而實(shí)現(xiàn)，所述腔由壁界定，腔的壁由交聯(lián)聚合物和可能添加劑組成，腔的平均最大尺寸是30-350μm，顯著部分的腔在其壁中包含兩個(gè)或多個(gè)穿孔，所述穿孔具有平均直徑5-300μm，相鄰腔的顯著部分的穿孔相互定位使得形成連續(xù)，非線性通道，所述泡沫材料具有孔隙率至少45vol.％，所述孔隙率定義為穿過泡沫材料的物質(zhì)所能進(jìn)入的那部分泡沫材料基于該泡沫材料的總體積的體積百分?jǐn)?shù)，且泡沫材料具有比表面0.1-15m2/g。
根據(jù)本發(fā)明的泡沫材料的優(yōu)點(diǎn)在于，其結(jié)構(gòu)使得來自香煙的毒性化合物可被高度過濾。以下進(jìn)一步說明該泡沫材料作為香煙過濾嘴材料的有利用途。
附圖的簡要說明本發(fā)明現(xiàn)根據(jù)附圖進(jìn)行描述，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的泡沫材料的掃描電子顯微鏡(SEM)記錄(放大率90x)，圖2是乙酸纖維素過濾嘴材料的SEM記錄(放大率200x)，圖3是根據(jù)GB 755.057的脲甲醛基泡沫材料的SEM記錄(放大率240x)，圖4是根據(jù)本發(fā)明的泡沫材料的某些實(shí)施方案的SEM記錄(放大率240x)，圖5是根據(jù)本發(fā)明的泡沫材料的另一實(shí)施方案的SEM記錄(放大率160x)，圖6是可以是用于制備根據(jù)本發(fā)明的泡沫材料的注射設(shè)備的示意圖，圖7給出了用于制備根據(jù)本發(fā)明的泡沫材料的注射設(shè)備的兩個(gè)不同的橫截面，其中圖7B給出橫截面垂直于圖7A中的線A-A’，圖8給出了用于連續(xù)吸煙試驗(yàn)的試驗(yàn)排列以試驗(yàn)包含按照本發(fā)明的泡沫材料或乙酸纖維素的過濾嘴，圖9給出了用于不連續(xù)吸煙試驗(yàn)的試驗(yàn)排列以試驗(yàn)包含按照本發(fā)明的泡沫材料或乙酸纖維素的過濾嘴，和圖10給出了有關(guān)通過乙酸纖維素過濾嘴和通過包含按照本發(fā)明的泡沫材料的過濾嘴去除焦油的結(jié)果。
對(duì)應(yīng)于圖1-5的三維顏色記錄，和3D-眼鏡在本申請(qǐng)已遞交的專利局接受檢查。
本發(fā)明的詳細(xì)描述參照?qǐng)D1，描述了按照本發(fā)明的泡沫材料的結(jié)構(gòu)。圖1涉及SEM記錄，這樣結(jié)構(gòu)以三維方式給出。
按照本發(fā)明的泡沫材料的結(jié)構(gòu)一方面包含由壁包圍的腔，且另一方面包含位于腔的外部的空間，所謂的間隙空間。
在發(fā)泡領(lǐng)域中，前述腔也稱作氣泡，‘單元’，‘球’和類似物。按照本發(fā)明的泡沫材料的腔通常不具有球的理想形狀。它們可例如還具有橢圓狀，球狀或另一熱動(dòng)力學(xué)有利的形狀。
腔的壁由交聯(lián)聚合物和可能添加劑組成。在本領(lǐng)域中，交聯(lián)聚合物也稱作‘網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物’。優(yōu)選交聯(lián)聚合物是合成有機(jī)共聚物，例如脲甲醛基共聚物。但交聯(lián)聚合物也可例如是聚氨酯。
按照本發(fā)明的泡沫材料的腔的顯著部分的，優(yōu)選超過90％的壁包含兩個(gè)或多個(gè)穿孔。在本領(lǐng)域中，這些穿孔腔也稱作‘開孔’，‘開球’，‘孔’和類似物。另外不包含任何穿孔的腔稱作‘閉孔’，‘閉球’和類似物。閉腔在按照本發(fā)明的泡沫材料中的百分?jǐn)?shù)較低，優(yōu)選低于10％。最優(yōu)選，該泡沫材料僅包含開腔。另外，泡沫材料還包含低百分?jǐn)?shù)的僅包含一個(gè)穿孔的腔，這些腔限制香煙流過包含該泡沫材料的過濾嘴。
在按照本發(fā)明的泡沫材料中，腔的平均最大尺寸是30-350μm，優(yōu)選50-250μm?！畲蟪叽纭诖耸侵冈谇粌?nèi)的最長的壁壁距離。
在按照本發(fā)明的泡沫材料的腔的壁中，穿孔的平均直徑是5-300μm，優(yōu)選5200μm，更優(yōu)選10-200μm和最優(yōu)選10-100μm。相鄰腔的顯著部分的，優(yōu)選超過40％和尤其超過80％的穿孔相互定位或相互連接使得形成連續(xù)，非線性通道?！B續(xù)通道’是指，香煙可流過包含按照本發(fā)明的泡沫材料的過濾嘴，由過濾嘴的開始處至末端?！蔷€性通道’是指，前述流動(dòng)通道不是直的導(dǎo)管而是彎曲的通道。
不愿局限于理論，存在于香煙中的氣溶膠顆粒，例如經(jīng)過以上定義的連續(xù)，非線性通道的含焦油的氣溶膠顆?？稍诮?jīng)過第一腔之后通過碰撞下一腔的壁而減慢。在支氣管的方向上離開香煙的嘴部的香煙可包含109-1010個(gè)含焦油的氣溶膠顆粒/ml，直徑變化為0.1-1.0μm(Baker，1999)。結(jié)果氣溶膠顆粒能夠粘附到下一腔中的壁上。因此，氣溶膠顆粒被引入該腔。但不能推斷氣溶膠顆粒也可被引入間隙空間。
作為定量檢測泡沫材料，如按照本發(fā)明的泡沫材料對(duì)存在于香煙中的氣溶膠顆粒的過濾作用的指標(biāo)，可以使用泡沫材料的滲透性。所述滲透性由過濾系數(shù)K決定。
根據(jù)Kozeny-Carman關(guān)系的過濾系數(shù)K取決于以下三個(gè)參數(shù)k＝f(1/k，ε3/(1-ε)2，1/Asp)2)其中k表示對(duì)流動(dòng)通道的卷繞的一種度量(或曲徑因子)，ε表示孔隙率和Asp表示比表面。
從以上給出的Kozeny-Carman關(guān)系顯然看出，過濾作用主要由孔隙率和比表面決定。
泡沫材料的孔隙率在此定義為經(jīng)過泡沫材料的物質(zhì)所能進(jìn)入的那部分泡沫材料基于泡沫材料的總體積的體積百分?jǐn)?shù)。在僅由閉球組成的體系中，孔隙率僅與位于球的外部的間隙空間有關(guān)。另一方面，在僅由開球組成的體系中，孔隙率同時(shí)與位于球的外部的間隙空間和球自身內(nèi)的空間有關(guān)。
定義如上的孔隙率可通過將泡沫材料用例如有機(jī)溶劑如己醇浸潤而測定。隨后確定被引入泡沫材料的溶劑的重量和體積有多大。所述確定的體積相對(duì)泡沫材料的總體積的百分比率表示定義如上的孔隙率。
按照本發(fā)明的泡沫材料的定義如上且按照上述方式確定的孔隙率是至少45vol.％?？紫堵?5-99vol.％是優(yōu)選的。更優(yōu)選孔隙率是至少60vol.％或80-99vol.％。
按照本發(fā)明的泡沫材料的比表面是0.1-15m2/g。優(yōu)選比表面是3-15m2/g。比表面利用氮?dú)馕皆?196℃下根據(jù)由Brunauer，Emmett和Teller開發(fā)的熟知的BET-方法而確定。
上述定量參數(shù)不是可純確定地預(yù)測按照本發(fā)明的泡沫材料對(duì)存在于中香煙的氣溶膠顆粒的過濾作用的參數(shù)。泡沫材料的所有的性能，可僅定性意義上表示的那些和僅由定量參數(shù)表示的那些都對(duì)所述過濾作用有貢獻(xiàn)。按照本發(fā)明的泡沫材料的實(shí)際過濾作用通過進(jìn)行吸煙實(shí)驗(yàn)(參見試驗(yàn)實(shí)施例)而確定。
以下討論按照本發(fā)明的泡沫材料的其它性能。
按照本發(fā)明的泡沫材料的結(jié)構(gòu)特征在于它在內(nèi)部缺乏取向。這意味著，腔尺寸在整個(gè)結(jié)構(gòu)上的分布是相同的。所述分布是無規(guī)分布。這意味著腔尺寸的分布沒有規(guī)律。例如腔不是都具有一個(gè)和相同的定義如上的最大尺寸值。相反，所述最大尺寸變化為30-350μm。因此在此是指‘平均’最大尺寸。
以上對(duì)腔的最大尺寸的分布的討論也很好地適用于存在于腔的壁中的穿孔的直徑在整個(gè)結(jié)構(gòu)上的分布。因此在此是指‘平均’直徑。
前述穿孔的形狀一般來說可表征為長度/寬度比率。在按照本發(fā)明的泡沫材料的腔中，穿孔的形狀可從圓形(等徑)變化至角形。另外所述穿孔的長度/寬度比率可使得可以懷疑‘爆發(fā)狀’形狀的穿孔。
按照本發(fā)明的泡沫材料在干條件下的比質(zhì)量可以是5-100kg/m3。比質(zhì)量5-60或10-30kg/m3是優(yōu)選的。更優(yōu)選比質(zhì)量是10-50kg/m3。
按照本發(fā)明的泡沫材料的結(jié)構(gòu)還由其制備方法，尤其在發(fā)泡劑發(fā)泡時(shí)的混合方法決定。在所述其中空氣與發(fā)泡劑混合的混合方法中，使用多個(gè)具有某些尺寸的惰性混合體。玻璃，球形混合體，例如玻璃珠?？捎米鞫栊曰旌象w。
如果使用相對(duì)小珠粒，根據(jù)本發(fā)明，所形成的泡沫材料的SEM記錄在圖4中給出(珠粒直徑＝4mm)。由圖4顯然看出，穿孔在腔壁的表面上的比例較小。
如果使用相對(duì)大珠粒，根據(jù)本發(fā)明，所形成的泡沫材料的SEM記錄在圖5中給出(珠粒直徑＝10mm)。由圖5顯然看出，穿孔在腔壁的表面上的比例較大。
申請(qǐng)人看出，如果使用具有相對(duì)非常大的直徑，例如大于15mm的珠粒，腔被高度穿孔至形成非常薄的泡沫材料。薄泡沫材料的腔的壁不是自攜帶的。這種薄泡沫材料的機(jī)械穩(wěn)定性較低。另外比表面下降。孔隙率保持幾乎相同。如果使用具有相對(duì)非常小的直徑，例如小于2mm的珠粒，出現(xiàn)相反的作用，前提是孔隙率也保持幾乎相同。
以下描述一種可用于制備按照本發(fā)明的泡沫材料的方法。
在前述方法中，使用一種在圖6中圖示的注射設(shè)備。在本領(lǐng)域中，這種注射設(shè)備也稱作噴射管。
在一定壓力下通過入口2和細(xì)腰管4向前述注射設(shè)備的混合部分7供給空氣并通過入口3和細(xì)腰管6供給發(fā)泡劑溶液。該混合部分7填充有具有尺寸2-15mm的多個(gè)惰性混合體(沒有在圖6中給出)。如上所述，玻璃，球形混合體，例如玻璃珠?？捎米鞫栊曰旌象w。優(yōu)選使用具有直徑4-10mm的玻璃珠粒。
在混合部分7中，發(fā)泡劑溶液發(fā)泡使得形成一種非固化泡沫材料。該泡沫材料被導(dǎo)向反應(yīng)部分8。同時(shí)預(yù)聚物溶液在一定壓力通過入口1和細(xì)腰管5下供給至反應(yīng)部分8。交聯(lián)或聚合反應(yīng)催化劑，例如酸催化劑可優(yōu)選與發(fā)泡劑溶液一起供給至混合部分7。
作為‘預(yù)聚物’，可以使用例如脲甲醛預(yù)縮合物或例如聚氨酯形成試劑。如果使用脲甲醛預(yù)縮合物的溶液，優(yōu)選將附加量的脲引入該溶液(另外參見以上討論的GB 755.057)。通過改變附加的脲的量，可以調(diào)節(jié)泡沫材料的密度和脆度。
優(yōu)選將發(fā)泡劑溶液和預(yù)聚物溶液在等于生產(chǎn)量速度(debit)下供給至注射設(shè)備，導(dǎo)致兩種溶液之間1∶1的體積比率。前述溶液可視需要包含添加劑，如用于提高發(fā)泡劑溶液的發(fā)泡性能的和/或提高泡沫材料對(duì)分子方式存在于氣相中的物質(zhì)的吸附性能的添加劑，例如表面活性劑。例如用于提高吸附性能的其它可能添加劑是填料和顏料，例如硅膠，氧化鈦，活性炭和類似物。
在反應(yīng)部分8中，發(fā)生共聚反應(yīng)，這樣正形成一種交聯(lián)聚合物或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物。非固化泡沫材料通過該反應(yīng)轉(zhuǎn)化成可固化的泡沫材料。在混合部分7和反應(yīng)部分8中形成的泡沫材料的特定結(jié)構(gòu)隨后被固定。
在反應(yīng)部分8中形成的可固化的泡沫材料最終通過出口9離開注射設(shè)備，此時(shí)該可固化的泡沫材料可同時(shí)部分固化。隨后該泡沫材料風(fēng)干并可能在溫度約40℃下后加熱，這樣形成完全固化泡沫材料并去除可能仍存在的少許聚甲醛殘余物。
按照本發(fā)明的泡沫材料可被粉碎成粉末。優(yōu)選這種粉末具有顆粒尺寸0.1-2mm。
該粉末可作為過濾嘴材料加入用于過濾或純化空氣的過濾嘴，這樣去除來自空氣的污染如毒性化合物。替代這些粉末，原樣的未粉碎泡沫材料也可作為過濾嘴材料加入過濾嘴。
除了根據(jù)本發(fā)明的泡沫材料或粉末，定義如上的過濾嘴也可包含有機(jī)聚合物纖維，例如乙酸纖維素。
另外在包含嘴部和煙草柱且其中嘴部填充有過濾嘴材料的香煙中，根據(jù)本發(fā)明的泡沫材料或粉末可用作過濾嘴材料，可以與有機(jī)聚合物纖維，例如乙酸纖維素結(jié)合。這種香煙過濾嘴來自香煙的用于過濾焦油和煙堿和其它毒性化合物如PAHs。
實(shí)施例實(shí)施例1為了得到按照本發(fā)明的泡沫材料，首先分別制備出液體A和B。
液體A通過混合25 kg水溶性脲甲醛預(yù)縮合物(Basopor293Pulver，得自BASF Nederland B.V.)，10kg脲和100升水，同時(shí)在35℃下攪拌2小時(shí)而制成。
液體B通過混合5.5升發(fā)泡劑(Basomolo514 flüssig，得自BASFNederland B.V.，它是一種包含25％重量磷酸和低于10％重量的間苯二酚和具有pH1-2的水溶液)，和100升水，同時(shí)在35℃下攪拌約30分鐘而制成。
為了制備按照本發(fā)明的泡沫材料，隨后使用如圖7所示的注射設(shè)備，其一般操作以上已根據(jù)圖6進(jìn)行討論。在圖7中提及的參考數(shù)具有與圖6相同的含義。圖7的混合部分7填充有具有直徑約7mm的玻璃珠粒。
在溫度約35℃下向混合部分7通過入口3供給壓力11.5巴和生產(chǎn)量速度10升/分鐘的液體B和通過入口2供給壓力5.5巴的空氣。因?yàn)榛旌希纬煞枪袒菽牧?，隨后導(dǎo)向反應(yīng)部分8，同時(shí)通過入口1向其中供給壓力11.5巴和生產(chǎn)量速度10升/分鐘的液體A。在反應(yīng)部分8中，快速共聚反應(yīng)在溫度約35℃下發(fā)生，該反應(yīng)通過存在于液體B中的酸催化劑催化，這樣形成可固化的泡沫材料。
將可能已部分固化的泡沫材料通過出口9在大氣壓下出料，風(fēng)干并隨后在溫度約40℃下后加熱，這樣形成完全固化的，淺色的泡沫材料。隨后將固化泡沫材料破碎成粉末。
對(duì)粉末和干燥和后加熱的泡沫材料進(jìn)行SEM記錄。粉末和泡沫材料的SEM記錄表現(xiàn)出類似結(jié)構(gòu)。泡沫材料的SEM記錄示于圖1。
隨后測定用于泡沫材料的許多定量參數(shù)，其中參數(shù)按照上述的方式定義和測定。
泡沫材料具有約275μm的平均最大尺寸的腔。腔壁中的穿孔基本上是圓形的并具有平均直徑約250μm。另外泡沫材料具有孔隙率約65vol.％，比表面約0.8m2/g和比質(zhì)量約20kg/m3。以上已討論了泡沫材料在定性意義上的其它結(jié)構(gòu)性能。
實(shí)施例2在該實(shí)施例中，使用描述于實(shí)施例1的方法，只是在制備液體A時(shí)使用2kg脲且在制備液體B時(shí)使用115升水。
如此得到的泡沫材料具有約275μm的平均最大尺寸的腔。腔壁中的穿孔基本上是圓形的并具有平均直徑約100μm。另外泡沫材料具有孔隙率約97vol.％，比表面約12m2/g和比質(zhì)量約20kg/m3。以上已討論了泡沫材料在定性意義上的其它結(jié)構(gòu)性能。
實(shí)施例3在該實(shí)施例中，聚氨酯泡沫材料使用例如描述于實(shí)施例1的方法制成按照本發(fā)明的泡沫材料。
液體A是包含25 kg聚乙二醇(分子量約1000g/mol)，9kg六亞甲基二異氰酸酯和0.1kg三乙基胺作為催化劑的水溶液。液體B是包含2kg 1，4-丁烷二醇，0.4kg 1，2，5-己烷三醇和0.1kg三乙基胺作為催化劑的水溶液。液體A和B具有相等的體積100升。
隨后測定用于泡沫材料的許多定量參數(shù)，其中參數(shù)按照上述的方式定義和測定。
泡沫材料具有約300μm的平均最大尺寸的腔，其中除了多個(gè)具有直徑200和275μm的間隙空間，還存在具有直徑約1000μm的大間隙空間。腔壁中的穿孔基本上具有伸長的或’爆發(fā)狀’形狀，具有平均長度約80μm和平均寬度約20μm。所述穿孔因此具有平均直徑80-20μm。另外泡沫材料具有孔隙率約52vol.％，比表面約4m2/g和比質(zhì)量約48kg/m3。相對(duì)低值的孔隙率表示該泡沫材料包含相當(dāng)數(shù)目的閉腔。
對(duì)比例1在該對(duì)比例中，脲甲醛泡沫材料使用描述于GB 755.057的方法制成。
圖3給出了如此得到的泡沫材料的SEM記錄。
隨后測定用于泡沫材料的許多定量參數(shù)，其中參數(shù)按照上述的方式定義和測定。
泡沫材料具有約35μm的平均最大尺寸的腔，其中除了主要是具有最大尺寸30-50μm的空間，還存在具有最大尺寸600-700μm的非常大的空間。另外泡沫材料具有平均穿孔直徑約30μm，前提是在腔的壁中有非常少的穿孔，這樣沒有空間連續(xù)區(qū)的問題。這意味著，在該對(duì)比例所制成的泡沫材料中，相鄰腔沒有或非常少的穿孔相互定位或相互連接使得形成連續(xù)，非線性通道，但按照本發(fā)明的泡沫材料確實(shí)如此。最后泡沫材料具有孔隙率約50vol.％，比表面約7m2/g和比質(zhì)量約80kg/m3。
因此在該對(duì)比例中制成的泡沫材料的結(jié)構(gòu)明顯不同于按照本發(fā)明的泡沫材料的結(jié)構(gòu)，例如以上已討論的腔被穿孔的程度。
對(duì)比例2為了比較按照本發(fā)明的泡沫材料的結(jié)構(gòu)與用作市售香煙過濾嘴中的過濾嘴材料的乙酸纖維素的結(jié)構(gòu)，圖2給出了所述乙酸纖維素的SEM記錄。
由圖2可以看出，來自前述香煙過濾嘴的乙酸纖維素具有不規(guī)則的纖維結(jié)構(gòu)，明顯不同于包含穿孔腔的按照本發(fā)明的泡沫材料的結(jié)構(gòu)。
試驗(yàn)實(shí)施例試驗(yàn)方法香煙使用一般在零售店中得到的按照包裝說明產(chǎn)生12mg焦油和0.9mg煙堿的過濾嘴香煙進(jìn)行香煙實(shí)驗(yàn)。由制造商設(shè)置的嘴部由紙包裝中的120mg乙酸纖維素(低于稱作‘CA’)的過濾嘴組成。CA過濾嘴使用一對(duì)鑷子從紙包裝上去除并用按照本發(fā)明的泡沫材料的粉末，如在實(shí)施例1中制備的泡沫材料的粉末(低于稱作‘網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物過濾嘴材料’或‘NP材料’)或在實(shí)施例3中制備的泡沫材料的粉末(低于稱作‘PU材料’)部分替代。
為此，NP或PU材料用銼刀(銼刀的鉆孔1.6-1.8mm)手工減小，隨后在40℃下干燥16-20小時(shí)并放入煙草柱和在嘴部的減半(60mg)CA過濾嘴之間的原始紙包裝中。過濾嘴香煙分別在嘴部中被提供15或30mg的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物或15mg PU材料。所述過濾嘴現(xiàn)在開始稱作NP-15或NP-30，相應(yīng)，或PU-15。所述過濾嘴香煙與其嘴部的過濾嘴部分(120mg CA)完全未動(dòng)的試樣比較。所述過濾嘴現(xiàn)在開始稱作‘CA’。
吸煙實(shí)驗(yàn)過濾嘴香煙在連續(xù)和不連續(xù)條件下使用以下描述的試驗(yàn)安排進(jìn)行實(shí)驗(yàn)吸煙。
連續(xù)吸煙在研究連續(xù)吸煙的作用時(shí)，過濾嘴香煙被放入圖8所示的試驗(yàn)設(shè)置中，它由以下部分組成水噴射泵，流量計(jì)，壓力計(jì)和純過濾嘴。
在吸氣側(cè)，水噴射泵連接到適用于過濾嘴香煙的具有內(nèi)直徑8mm的丁基橡膠軟管形式的人造嘴部上。
使用流量計(jì)(Sho Rate模型1355，Brooks InstrumentsBV，Veenendaal)，將空氣debit在平均焚燒時(shí)間4.0-4.5分鐘和剩余在過濾嘴之上3-5mm的煙草柱的情況下調(diào)節(jié)為250-330ml/分鐘。(一些實(shí)驗(yàn)在500ml/分鐘下進(jìn)行。)純過濾嘴和壓力計(jì)位于嘴部和流量計(jì)之間。純過濾嘴由其中含有200mg NP的可拆卸的玻璃容器組成，它預(yù)期可完全充分地去除香煙的所有的顆粒。使用該該純過濾嘴可以確定經(jīng)過香煙過濾嘴的焦油的量，這樣可對(duì)吸煙者的焦油暴露定量化。
不連續(xù)吸煙用于確定不連續(xù)機(jī)械抽吸的香煙中的焦油含量的標(biāo)準(zhǔn)步驟原來是在十九世紀(jì)三十年代發(fā)展的(Bradford，1936)。在1969年，所述方法被US Federal Trade Commission(FTC)采用為60/2/35指令并從此用作法律標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(Pillsbury，1969)。在本研究中，使用所述FTC方法。每分鐘一次吸入35ml空氣2秒。
用于不連續(xù)吸煙的試驗(yàn)設(shè)置示于圖9。在這些實(shí)驗(yàn)中，使用6分鐘焚燒時(shí)間，導(dǎo)致在過濾嘴之上平均3-5mm的剩余的煙草柱。在實(shí)驗(yàn)中使用50ml注射注射器，每根香煙7次吸入35ml利用側(cè)開口排出的空氣。用于香煙丁基橡膠的嘴部，純過濾嘴和壓力計(jì)與描述于的‘連續(xù)吸煙’試驗(yàn)設(shè)置相同。
由文獻(xiàn)(Djordjevic，1997)得知，針對(duì)輕香煙使用FTC方法不再表示吸煙行為。抽吸這些煙堿含量低于0.9mg(如包裝所提及)的香煙實(shí)際上可導(dǎo)致吸煙者更頻繁的吸入行為。結(jié)果是，吸煙者支氣管對(duì)焦油的暴露程度變得高于包裝上的提示。為此，重要的是在每分鐘更多吸入次數(shù)的情況下理解NP過濾嘴的活性。
在目前的研究中，為此將根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)(60/2/35)FTC指令的吸煙時(shí)的焦油下降分別與其雙倍(稱作30/2/35 FTC指令)和四倍(稱作15/2/35FTC指令)吸入頻率時(shí)的下降進(jìn)行比較。
確定過濾嘴的壓降過濾嘴香煙的平均壓降在連續(xù)和不連續(xù)吸煙試驗(yàn)過程中通過電子壓力計(jì)(R.S.Components Ltd，Corby，Northans，UK)測定。在此使用與沒有純過濾嘴的吸煙設(shè)置串聯(lián)連接的120ml緩沖劑桶所述桶具有丁基橡膠塞子和鋁收縮蓋，這樣壓力計(jì)可通過注射針連接。
確定在經(jīng)過香煙過濾嘴之后的煙中的顆粒的焚燒灰分過濾掉經(jīng)過的香煙過濾嘴的煙中的顆粒。測定所述顆粒的焚燒灰分。這使用根據(jù)60/2/35 FTC指令在6分鐘內(nèi)不連續(xù)抽吸的過濾嘴香煙來進(jìn)行。對(duì)三個(gè)過濾嘴體系進(jìn)行測定120mg乙酸纖維素的標(biāo)準(zhǔn)過濾嘴(CA對(duì)照)，15和30mg網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物加上60mg CA。
在確定焚燒灰分時(shí)，使用在其上收集固相的平整過濾嘴(WhatmanQM-A橫截面37mm)。平整過濾嘴的質(zhì)量增加通過在16-20小時(shí)40℃干燥之后稱重而確定焦油確定來自香煙的焦油用有機(jī)溶劑連續(xù)地從香煙嘴部，丁基橡膠軟管和純過濾嘴提取。
香煙嘴部和純過濾嘴的連續(xù)提取使用20ml乙醇96％，20ml己烷和40ml體積丙酮的混合物進(jìn)行。提取在配有teflon涂覆硅氧烷插入蓋的螺旋蓋瓶(136ml)中進(jìn)行。其中在實(shí)驗(yàn)過程中放置香煙的丁基橡膠嘴部用三倍的1ml丙酮在與純過濾嘴相同的螺旋蓋瓶中進(jìn)行。
在螺旋蓋瓶已放在振蕩盤(180個(gè)沖程/分鐘，幅度5cm)上30分鐘之后，將提取物濾過一個(gè)紙折疊的過濾器(Schleicher & Schüllroodband)。過濾收集在瓷盤(Φ10cm)中，過濾器隨后用20ml相同的提取液漂洗三次。
在40℃下16-20小時(shí)蒸發(fā)提取液并稱重之后，可以確定每根香煙的焦油含量，其中考慮到對(duì)煙堿(0.9mg/香煙)和空白過濾嘴的校正。根據(jù)假設(shè)，煙堿在純過濾嘴中被完全或幾乎完全去除。
PAHs確定測定已經(jīng)過香煙過濾嘴的香煙中的多環(huán)芳族烴。過濾嘴香煙在連續(xù)吸煙條件下在空氣debit 500ml/min下抽吸4.0-4.5分鐘。
檢查三種過濾嘴體系120mg乙酸纖維素(CA對(duì)照)的標(biāo)準(zhǔn)過濾嘴，每次加上60mg CA的15和30mg網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物(NP)。在經(jīng)過所述三種過濾嘴體系之后將香煙中的吸入物連續(xù)導(dǎo)向一個(gè)平整過濾嘴(Whatman QM-A 37mm)和XAD-2吸附模型。
這樣可在香煙中分離固體(顆粒結(jié)合的)相中的PAHs和的氣態(tài)相中的PAHs(Chuang等人，1990)。
平整過濾嘴和XAD-2模型分別用甲醇和二氯甲烷提取。在氮下提取之后，將提取物溶解在1ml乙腈中。對(duì)該混合物的PAHs的分析利用HPLC進(jìn)行。在此根據(jù)環(huán)境保護(hù)署(EPA)的指令使用具有16PAHs的標(biāo)準(zhǔn)混合物用于校正。
煙堿確定在經(jīng)過香煙過濾嘴之后，對(duì)根據(jù)60/2/35 FTC指令不連續(xù)抽吸6分鐘的過濾嘴香煙的香煙中的煙堿進(jìn)行測定。
檢查三種過濾嘴體系120mg乙酸纖維素(CA對(duì)照)的標(biāo)準(zhǔn)過濾嘴，每次加上60mg CA的15和30mg網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物(NP)。
將鍵接到顆粒上或分子方式存在于氣相中的煙堿分別在平整過濾嘴(Whatman QM-A 37mm)和XAD-4吸附模型上濃縮。這樣可在香煙中分離鍵接到顆粒上的煙堿和分子方式存在于氣相中的煙堿(Chuang等人，1990)。為了用氣體色譜分析煙堿，平整過濾嘴和XAD-4吸附模型都用乙酸乙酯進(jìn)行超聲(35kHz，15分鐘)提取。
香煙煙的pH通過使用配有氣體洗滌瓶，但沒有流量計(jì)，壓力計(jì)和純過濾嘴的上述連續(xù)吸煙設(shè)置來測定。在將三根香煙的香煙煙吸收填充有100ml去礦物水的250ml氣體洗滌瓶之后，pH直接在液體中測定。所述pH定義為香煙煙的pH。
香煙煙的毒性的確定過濾嘴香煙在經(jīng)過嘴部之后的煙的一般毒性通過將它們根據(jù)60/2/35 FTC指令不連續(xù)抽吸6分鐘并收集煙而確定。所述一般毒性針對(duì)三種過濾嘴體系測定乙酸纖維素(CA對(duì)照)的標(biāo)準(zhǔn)過濾嘴120mg，每次加上60mg CA的15和30mg網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物(NP)。
在確定一般毒性時(shí)，使用具有200mg NP的玻璃容器，其中煙組分在經(jīng)過香煙過濾嘴之后收集。該過濾嘴的內(nèi)容物(200mg NP)用HPLC質(zhì)量的丙酮按照‘焦油確定’中的所述進(jìn)行提取。所述提取物在玻璃羊毛過濾器上過濾，在氮下蒸發(fā)至2ml并隨后在4℃下儲(chǔ)存在螺旋蓋瓶中。
作為對(duì)一般毒性的度量，確定對(duì)細(xì)胞中的能量新陳代謝的抑制作用。這通過對(duì)Vibrio fischeri的復(fù)活標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)而進(jìn)行；這是在作用良好的檸檬酸周期中發(fā)光的細(xì)菌。該方法根據(jù)更新方法(Hamers等人，2000)在96-井板中進(jìn)行。
過濾嘴材料的焚燒氣體的毒性的測定測試的過濾嘴體系自身(不暴露于香煙)的毒性在一個(gè)定向?qū)嶒?yàn)中使用完全焚燒的過濾嘴材料(包括紙包裝)來檢查。
將120mg乙酸纖維素(CA對(duì)照)的標(biāo)準(zhǔn)過濾嘴與30mg網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物(在這種情況下不與60mg CA結(jié)合)比較。在此使用在‘連續(xù)吸煙’中所述的丁基橡膠嘴部和調(diào)節(jié)為20升空氣/分鐘的水噴射泵。
在用打火機(jī)手工焚燒之后，將兩種過濾嘴材料的焚燒氣體吸收在填充有HPLC質(zhì)量丙酮或去礦物水的250ml氣體洗滌瓶(在兩種情況下，50ml)中。將這兩種吸收液體濾過玻璃羊毛并在4℃下儲(chǔ)存在螺旋蓋瓶中。在V.fischeri分析中用作空白的是由打火機(jī)加熱的周圍空氣，該空氣在經(jīng)過5分鐘之后(總共100升空氣)被吸收在這兩種液體中。
DR-CALUX分析用于活化二噁英受體(DR)的物質(zhì)的化學(xué)-活化螢光素酶表達(dá)(CALUX)分析是一種新型的體外生物分析，這樣可快速和靈敏地測量化化合物混合物的PAH和二噁英特定毒性(Murk，1998)。在此使用來自鼠的肝腫瘤細(xì)胞系，其中編碼用于源自螢火蟲的螢光素酶的基因已作為報(bào)告者被連接以活化二噁英受體。
DR-CALUX分析使用源自過濾嘴香煙的煙，該香煙根據(jù)60/2/35FTC指令不連續(xù)焚燒6分鐘。
檢查三種過濾嘴體系120mg乙酸纖維素(CA對(duì)照)的標(biāo)準(zhǔn)過濾嘴，每次加上60mg CA的15和30mg網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物(NP)。在經(jīng)過香煙過濾嘴之后，將香煙的固體相集中在包含200mg NP的玻璃容器中。該過濾嘴的(200mg NP)用HPLC質(zhì)量的丙酮按照‘焦油確定’所述進(jìn)行提取。
所述提取物濾過一個(gè)玻璃羊毛過濾器并隨后在氮下蒸發(fā)至2ml，然后在4℃下儲(chǔ)存在螺旋蓋瓶中。
主要根據(jù)孵化期，對(duì)可分解的PAH狀化合物或僅穩(wěn)定的二噁英狀化合物進(jìn)行量化。DR-CALUX分析在發(fā)光計(jì)中使用2，3，7，8-四氯二苯并-p-二噁英(TCDD)作為標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行。將CALUX響應(yīng)轉(zhuǎn)化成納摩爾TEQs(TCDD當(dāng)量)/ml精制提取物。
結(jié)果PU過濾嘴在按照以上在‘試驗(yàn)方s’中所述的不連續(xù)吸煙實(shí)驗(yàn)中，PU-15過濾嘴在焦油去除方面的作用僅比CA過濾嘴好12％。以下詳細(xì)討論NP和CA過濾嘴的結(jié)果。
焦油去除對(duì)于系列使用最終純過濾嘴的不連續(xù)和連續(xù)吸煙實(shí)驗(yàn)，表1給出了在三種過濾嘴體系上的焦油平衡。每種過濾嘴體系的所示值是5個(gè)系列的6根抽吸的香煙的平均值(標(biāo)準(zhǔn)偏差＜10％)。表1給出在連續(xù)和不連續(xù)(FTC指令)吸煙之后在三種過濾嘴體系CA*，NP-15*和NP-30*中測定的焦油含量(毫克/香煙)。
表1
*CA具有120mg乙酸纖維素的過濾嘴，NP-15具有15mg網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物加上60mg乙酸纖維素的過濾嘴，NP-30具有30mg網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物加上60mg乙酸纖維素的過濾嘴。
**左手側(cè)的數(shù)涉及15或30mg NP中的焦油，右手側(cè)的數(shù)涉及60mgNP中的焦油。
表1表明，在NP過濾嘴中的焦油收集好于CA過濾嘴。連續(xù)吸煙以因子2.5-3增加根據(jù)Federal Trade Commission方法的總焦油含量。這在兩種吸煙條件下都非常成立，具有增加的NP含量的NP過濾嘴的作用明顯優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)CA過濾嘴。
結(jié)果吸煙者對(duì)焦油的暴露較低。圖10所示的具有由FTC方法得到的蒸發(fā)CA，NP-15和NP-30過濾的盤很好地定性說明這點(diǎn)。圖10顯示吸煙者暴露于得自純過濾嘴(在經(jīng)過嘴部之后)的蒸發(fā)提取物形式的焦油的定性圖片。它涉及根據(jù)FTC方法抽吸的6根過濾嘴香煙的一系列三個(gè)收集樣品。從左至右CA對(duì)照，NP-15和NP-30。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)FTC指令在吸煙過程中經(jīng)過過濾嘴的焦油的量也可與根據(jù)所述指令分別在雙倍和四倍吸入頻率下經(jīng)過的焦油的量比較(參見表2)。平均焚燒時(shí)間在此由6分別減至5.5和4.5分鐘。在所有情況下，可以保持在過濾嘴之上剩余的煙草柱長度3-5mm。
每種過濾嘴體系的所示值是三個(gè)系列的6根抽吸的香煙的平均值(標(biāo)準(zhǔn)偏差＜8％)。在表2中，焦油含量表示為兩種過濾嘴體系CA*和NP-15*在根據(jù)一次吸入/分鐘FTC指令不連續(xù)吸煙時(shí)的毫克數(shù)/香煙，與所述指令的雙倍和四倍頻率相比。
表2
*CA具有120mg乙酸纖維素的過濾嘴，NP-15具有15mg網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物加上60mg乙酸纖維素的過濾嘴。
**左手側(cè)的數(shù)涉及15mg NP中的焦油，右手側(cè)的數(shù)涉及60mg CA中的焦油。
在增加的吸入頻率(FTCx4)下，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物過濾嘴的效率以因子5下降。另外，經(jīng)過CA過濾嘴的21毫克焦油/香煙比包裝上所規(guī)定的12毫克高3/4。
由于在吸入頻率增加至每分鐘2和4次吸入時(shí)出現(xiàn)壓力變化，在CA過濾嘴之后的煙中的焦油含量增加(參見表2)。
NP過濾嘴似乎比CA過濾嘴更好地耐受通常出現(xiàn)的壓力改變。在NP過濾嘴之后的煙中的焦油的量與吸入頻率無關(guān)。
過濾嘴上的壓降對(duì)使用者重要的是知道具有改進(jìn)的焦油去除的過濾嘴是否不涉及太高的壓降。在不連續(xù)吸煙時(shí)對(duì)三種過濾嘴CA，NP-15和NP-30測定的在過濾嘴上的壓降分別為70mbar，70mbar和90mbar。這些值是2個(gè)系列的6根抽吸的香煙的平均值(標(biāo)準(zhǔn)偏差＜12％)。
在連續(xù)吸煙條件下，平均壓降明顯較低。對(duì)于CA和NP-15過濾嘴，發(fā)現(xiàn)平均值為6mbar；NP-30過濾嘴上的壓降是9mbar。
在經(jīng)過香煙過濾嘴之后的煙中的顆粒的焚燒灰分在經(jīng)過香煙過濾嘴之后存在于中香煙的中的有機(jī)和無機(jī)顆粒的焚燒灰分在不連續(xù)吸煙時(shí)測定。對(duì)于三種過濾嘴體系CA，NP-15和NP-30，在經(jīng)過過濾嘴之后的焚燒灰分分別是15，4和1mg/香煙。
每種過濾嘴體系的所示值是2個(gè)系列的6根抽吸的香煙的平均值(標(biāo)準(zhǔn)偏差＜12％)。
與表1中的值的比較表明，經(jīng)過CA對(duì)照物的嘴部的焚燒灰分是焦油含量(7mg/香煙)的2倍大。
除了已經(jīng)確立的焦油下降，收集NP過濾嘴的焚燒灰分(顆粒)的效率明顯優(yōu)于CA對(duì)照。
PAHs的去除在連續(xù)吸煙條件下檢查利用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物過濾嘴對(duì)來自香煙的<p>*NL代表中性脂；PL代表磷脂；MO代表含水量由表1和表2可以看出，在對(duì)照2中沒有進(jìn)行水煮，由于兩天的冷藏卵巢和睪丸中磷脂的含量都減少很多。這是由于磷脂酶(磷脂的分解代解酶)被活化，在冷凍期間將將磷脂分解了。在對(duì)照2中，還可以看到中性脂含量增加而磷脂含量減少。
另一方面，在根據(jù)本發(fā)明的熱水處理組中，即使保存兩天后也沒有發(fā)現(xiàn)磷脂含量的減少。這是因?yàn)橹蠓刑幚硎沽字甘セ钚浴＿€有，與對(duì)照2相比，所有經(jīng)過10～90分鐘熱水處理的組中，不僅磷脂含量的下降由于磷脂的分解代解酶的失活而得到了抑制，而且磷脂含量本身也有所增加。
進(jìn)一步地，可以明顯看出，與收集后立即進(jìn)行分析的對(duì)照1相比，熱水處理過的組中的磷脂要比生鮮階段的高。
此外，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過熱水處理的段中不論是卵巢還是睪丸中的含水量都有所下降，并且重量的下降要大于水分重量的下降。
還有，感官評(píng)定表明熱水處理過的段與對(duì)照1(收集后立即提取)和對(duì)照2(冷凍兩天后提取)相比魚腥味明顯減少了許多。
表3至表6表明了熱水溫度為70℃和85℃時(shí)的情況，并帶有上述相同方法進(jìn)行的處理和分析。
表3鰹魚睪丸熱水處理試驗(yàn)(鰹魚睪丸70℃水煮試驗(yàn))
*NL代表中性脂；PL代表磷脂；MO代表含水量。
表4鰹魚睪丸熱水處理試驗(yàn)(鰹魚睪丸85℃水煮試驗(yàn))
所述三種多環(huán)芳族烴在質(zhì)量濃度和相互比例方面被認(rèn)為是香煙特有的(Baker，1999)。
苯并(a)芘和二苯并(ah)蒽在數(shù)量上與香煙中的致癌PAHs一樣最為重要(Hoffmann，1997)。兩種化合物都主要存在于所檢查的香煙的顆粒相中，總量分別為0.4和1.6微克/香煙。如果使用NP-30過濾嘴，總-PAH s的含量出現(xiàn)巨大下降(93％)。
對(duì)于NP-15過濾嘴，總-PAHs的降低是65％。
所述結(jié)果很好地對(duì)應(yīng)于在連續(xù)吸煙條件下發(fā)現(xiàn)的焦油去除的值(參見表1)。
NP-30和NP-15過濾嘴的焦油下降分別是95和86％。
基于重量，PAHs的量處于微克范圍，因此它是每根香煙所形成的焦油質(zhì)量(毫克)的約0.1％。
對(duì)表3中的值的相互比較可以清楚地發(fā)現(xiàn)，對(duì)于測試的過濾嘴體系，揮發(fā)性總-PAHs在氣態(tài)相(在經(jīng)過過濾嘴之后)的濃度保持相同。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物對(duì)來自香煙的氣相的揮發(fā)性PAHs的吸收沒有出現(xiàn)或幾乎不出現(xiàn)。
煙堿的去除在不連續(xù)吸煙實(shí)驗(yàn)中檢查煙堿在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物上的吸附。表4示出了已對(duì)NP-15和NP-30過濾嘴進(jìn)行的煙堿測量值。每種過濾嘴體系的所示值是根據(jù)FTC方法的四根抽吸的香煙的平均值。在表4中，示出了在分別經(jīng)過三種不同的過濾嘴體系(CA*，NP-15*和NP-30*)之后連接到香煙中的顆粒上的和分子方式存在的煙堿(μg/香煙)。
表4
*℃A具有120mg乙酸纖維素的過濾嘴，NP-15具有15mg網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物加上60mg乙酸纖維素的過濾嘴，NP-30具有30mg網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物加上60mg乙酸纖維素的過濾嘴。
由于良好的顆粒分離，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物無意還有效地用作香煙中的煙堿的過濾嘴材料。表4所示的在香煙的顆粒相中的煙堿濃度在增加NP過濾嘴質(zhì)量的情況下明顯下降。分子方式存在的煙堿的量可以低但是恒定的。類似于PAHs，分子方式存在的煙堿在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物的表面上的吸附不起作用或幾乎不。
香煙煙在經(jīng)過過濾嘴之后的一般毒性香煙煙中的焦油是其對(duì)各個(gè)吸煙者健康的急性作用不容易確定的化合物的一種復(fù)雜基質(zhì)。為了通過一種快速的方法得到對(duì)來自吸煙實(shí)驗(yàn)的焦油的一般毒性的表示，使用V.fischeri分析。
為此，分別使用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物和乙酸纖維素對(duì)經(jīng)過過濾嘴的香煙的輕排出抑制作用表示為在暴露于空氣空白值時(shí)的輕排出(參見表5)。每種過濾嘴體系的所示值是2個(gè)系列的6根抽吸的香煙的平均值。表5示出了在不連續(xù)吸煙時(shí)使用V.fischeri分析和DR-CALUX分析對(duì)三種過濾嘴體系(CA*，NP-15*和NP-30*)測定的一般毒性。
表5
*CA具有120mg乙酸纖維素的過濾嘴，NP-15具有15mg網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物加上60mg乙酸纖維素的過濾嘴，NP-30具有30mg網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物加上60mg乙酸纖維素的過濾嘴。
**一般毒性表示為生物分析中的百分活性抑制。
表5中的一般毒性隨著NP過濾嘴中的NP質(zhì)量的增加而明顯下降。所述數(shù)據(jù)由于所選的實(shí)驗(yàn)設(shè)置而僅涉及在經(jīng)過過濾嘴之后收集的香煙中的固體顆粒。
在此不考慮化合物在氣態(tài)相中的分布，但它往往是可忽略的。在表5中，還示出了已經(jīng)過各種過濾嘴的焚燒氣體的CALUX-TEQ值。在DR-CALUX分析中，所采用的條件適應(yīng)對(duì)PAHs而不是二噁英狀化合物的作用的最初測量。在此可以看出，PAH-特定毒性的量在過濾嘴材料中的NP量增加時(shí)急劇下降。
網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物自身對(duì)一般和特定毒性的貢獻(xiàn)似乎在這些實(shí)驗(yàn)中可忽略。對(duì)未加載NP-30過濾嘴(沒有60mg CA)的提取導(dǎo)致值0.6nmol TEQ/ml提取物；低于表5中沒有吸煙時(shí)的整個(gè)步驟的空白值的多倍。
過濾嘴材料自身的焚燒氣體的一般毒性吸煙中的進(jìn)行焚燒的區(qū)域在某個(gè)時(shí)候能夠讓溫度升至過濾嘴分解的臨界值。為了對(duì)此進(jìn)行定性表示，就在焚燒過濾嘴時(shí)形成的氣體吸收在去礦物水或在丙酮中。
空白是在經(jīng)過環(huán)境空氣的吸收液體。表6對(duì)每種過濾嘴體系所示的值是2個(gè)系列的6根已焚燒的過濾嘴的平均值。在該試驗(yàn)中，將標(biāo)準(zhǔn)過濾嘴的乙酸纖維素的一般毒性120mg與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物的30mg比較，在這種情況下沒有60mg CA。
這兩種材料的焚燒過程沒有閃點(diǎn)，不同于NP過濾嘴，CA過濾嘴沒有自發(fā)熄滅。在表6中，示出了沒有暴露于香煙的手工焚燒的香煙過濾嘴(CA對(duì)照和NP-30)的毒性。
表6
*一般毒性表示為生物分析空白中的百分抑制作用(V.Fischeri，在2％NaCl中)。
**CA對(duì)照物的CALUX-TEQ百分?jǐn)?shù)設(shè)定為100％。
使用吸收介質(zhì)丙酮和去礦物水對(duì)于由過濾嘴材料形成的焚燒氣體沒有區(qū)別。由表6的數(shù)據(jù)顯然看出，30mg網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物不比用于CA對(duì)照的120mg乙酸纖維素更加有害。在DR-CALUX分析中，焚燒的CA對(duì)照過濾嘴在兩個(gè)系列中表現(xiàn)出比焚燒的NP過濾嘴多10倍的信號(hào)。這意味著，NP過濾嘴在焚燒過程中導(dǎo)致較少的PAH特定毒性。這同樣適用于除了15和30mg NP還分別包含60mg CA的NP-15和NP-30過濾嘴。
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權(quán)利要求
1.一種包含腔和位于腔的外部的間隙空間的泡沫材料，所述腔由壁界定，腔的壁由交聯(lián)聚合物和可能添加劑組成，腔的平均最大尺寸是30-350μm，大部分的腔在其壁中包含兩個(gè)或多個(gè)穿孔，所述穿孔具有平均直徑5-300μm，相鄰腔的顯著部分的穿孔相互定位使得形成連續(xù)，非線性通道，所述泡沫材料具有孔隙率至少45vol.％，所述孔隙率定義為穿過泡沫材料的物質(zhì)所能進(jìn)入的那部分泡沫材料基于該泡沫材料的總體積的體積百分?jǐn)?shù)，且泡沫材料具有比表面0.1-15m2/g。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的泡沫材料，其中腔的平均最大尺寸是50-250μm。
3.根據(jù)任何一個(gè)前述權(quán)利要求的泡沫材料，其中超過90％的腔在其壁中包含兩個(gè)或多個(gè)穿孔。
4.根據(jù)任何一個(gè)前述權(quán)利要求的泡沫材料，其中穿孔具有平均直徑5-200μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的泡沫材料，其中穿孔具有平均直徑10-100μm。
6.根據(jù)任何一個(gè)前述權(quán)利要求的泡沫材料，其中相鄰腔的超過40％的穿孔相互定位使得形成連續(xù)，非線性通道。
7.根據(jù)任何一個(gè)前述權(quán)利要求的泡沫材料，其中泡沫材料具有孔隙率至少60vol.％。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的泡沫材料，其中泡沫材料具有孔隙率80-99vol.％。
9.根據(jù)任何一個(gè)前述權(quán)利要求的泡沫材料，其中泡沫材料具有比表面3-15m2/g。
10.根據(jù)任何一個(gè)前述權(quán)利要求的泡沫材料，其中交聯(lián)聚合物是合成有機(jī)共聚物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的泡沫材料，其中合成有機(jī)共聚物是脲甲醛基共聚物。
12.根據(jù)任何一個(gè)前述權(quán)利要求的泡沫材料，其中可能添加劑選自表面活性劑，填料和顏料。
13.根據(jù)任何一個(gè)前述權(quán)利要求的泡沫材料，其中泡沫材料在干條件下的比質(zhì)量是5-100kg/m3。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的泡沫材料，其中泡沫材料在干條件下的比質(zhì)量是10-50kg/m3。
15.一種可利用以下方法得到的泡沫材料將空氣和發(fā)泡劑溶液在壓力在注射設(shè)備的混合部分中混合，所述混合部分通常有多個(gè)具有尺寸2-15mm的惰性混合體，這樣形成非固化泡沫材料，在壓力下將來自混合部分的非固化泡沫材料和預(yù)聚物溶液供給至注射設(shè)備的反應(yīng)部分，這樣形成可固化的泡沫材料，將泡沫材料由注射設(shè)備出料并將其風(fēng)干，這樣形成固化泡沫材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的泡沫材料，其中多個(gè)惰性混合體是多個(gè)具有直徑4-10mm的玻璃珠粒。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的泡沫材料，其中玻璃珠粒的直徑是7mm。
18.根據(jù)任何一項(xiàng)權(quán)利要求15-17的泡沫材料，其中發(fā)泡劑溶液是包含磷酸和間苯二酚的水溶液且預(yù)聚物溶液是包含脲甲醛預(yù)縮合物和視需要其它量的脲的水溶液。
19.根據(jù)任何一項(xiàng)權(quán)利要求15-18的泡沫材料，其中發(fā)泡劑溶液和預(yù)聚物溶液在以每個(gè)時(shí)間單位的體積單位計(jì)的相等的生產(chǎn)量速度下供給至注射設(shè)備。
20.根據(jù)任何一項(xiàng)權(quán)利要求15-19的泡沫材料，其中發(fā)泡劑溶液和預(yù)聚物溶液在壓力11.5巴和在生產(chǎn)量速度10升/分鐘下供給至注射設(shè)備和空氣在壓力5.5巴下供給至注射設(shè)備。
21.根據(jù)任何一個(gè)前述權(quán)利要求的泡沫材料，其中泡沫材料具有圖1，圖4或圖5所示的三維結(jié)構(gòu)。
22.一種粉末，包含根據(jù)任何一個(gè)前述權(quán)利要求的泡沫材料的顆粒，其中顆粒具有尺寸0.1-2mm。
23.一種用于制備泡沫材料的方法，包括將空氣和發(fā)泡劑溶液在壓力在注射設(shè)備的混合部分中混合，所述混合部分通常有多個(gè)具有尺寸2-15mm的惰性混合體，這樣形成非固化泡沫材料，在壓力下將來自混合部分的非固化泡沫材料和預(yù)聚物溶液供給至注射設(shè)備的反應(yīng)部分，這樣形成可固化的泡沫材料，將泡沫材料由注射設(shè)備出料并將其風(fēng)干，這樣形成固化泡沫材料。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述多個(gè)惰性混合體是多個(gè)具有直徑4-10mm的玻璃珠粒。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中直徑玻璃珠粒是7mm。
26.根據(jù)任何一項(xiàng)權(quán)利要求23-25的方法，其中發(fā)泡劑溶液是包含磷酸和間苯二酚的水溶液且預(yù)聚物溶液是包含脲甲醛預(yù)縮合物和視需要其它的量的脲的水溶液。
27.根據(jù)任何一項(xiàng)權(quán)利要求23-26的方法，其中發(fā)泡劑溶液和預(yù)聚物溶液以每個(gè)時(shí)間單位的體積單位計(jì)的相等的生產(chǎn)量速度下供給至注射設(shè)備。
28.根據(jù)任何一項(xiàng)權(quán)利要求23-27的方法，其中發(fā)泡劑溶液和預(yù)聚物溶液在壓力11.5巴和在生產(chǎn)量速度10升/分鐘下供給至注射設(shè)備和空氣在壓力5.5巴下供給至注射設(shè)備。
29.一種用于純化空氣的過濾器，其中所述過濾器包括過濾器材料且所述過濾器材料包含在權(quán)利要求1-21之一中定義的泡沫材料或在權(quán)利要求22中定義的粉末。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的過濾器，其中過濾器材料還包含乙酸纖維素。
31.一種包含嘴部和煙草柱的香煙，其中嘴部填充有在權(quán)利要求29-30之一中定義的過濾器材料。
32.根據(jù)任何一項(xiàng)權(quán)利要求1-21的泡沫材料或根據(jù)權(quán)利要求22的粉末在制造用于純化空氣的過濾器中的用途。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的用途，其中過濾器是香煙過濾嘴。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于純化和過濾空氣，尤其過濾毒性化合物，例如來自香煙的焦油和多環(huán)芳族烴(PAHs)的泡沫材料和一種制備該泡沫材料的方法。按照本發(fā)明的泡沫材料是一種包含腔和位于腔的外部的間隙空間的泡沫材料而實(shí)現(xiàn)，所述腔由壁界定，腔的壁由交聯(lián)聚合物和可能添加劑組成，腔的平均最大尺寸是30－350μm，顯著部分的腔在其壁中包含兩個(gè)或多個(gè)穿孔，所述穿孔具有平均直徑5－300μm，相鄰腔的顯著部分的穿孔相互定位使得形成連續(xù)，非線性通道，所述泡沫材料具有孔隙率至少45vol.％，所述孔隙率定義為穿過泡沫材料的物質(zhì)所能進(jìn)入的那部分泡沫材料基于該泡沫材料的總體積的體積百分?jǐn)?shù)，且泡沫材料具有比表面0.1－15m
文檔編號(hào)C08J9/36GK1649946SQ01820782
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2001年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月21日
發(fā)明者J·E·C·維埃勒 申請(qǐng)人:翁特威克靈比希爾產(chǎn)品有限公司