專利名稱：復(fù)合添加劑材料的制作方法
復(fù)合添加劑材料技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于用以包含在吸煙物品的過(guò)濾嘴中的聚集(aggregated)或成團(tuán)(agglomerated)添加劑。更具體而言，其是關(guān)于包含至少兩種過(guò)濾嘴添加劑與聚合物的聚集物(aggregate )或團(tuán)粒(aggIomerate )。本發(fā)明也關(guān)于利用聚合物作為粘結(jié)劑的顆粒添加劑材料與粉末的聚集物，以及此類聚集物的用途。背景技木
已知為了各種目的會(huì)將添加劑結(jié)合在吸煙物品的過(guò)濾嘴中。許多這些添加劑為粒狀。例如，已知將多孔性碳材料結(jié)合在吸煙物品與煙霧過(guò)濾嘴中以減少煙中特定材料的含量。多孔性碳材料可以許多不同的方式制造，包含活化處理。多孔性碳材料的物理特性包括顆粒的形狀與尺寸、樣品中的顆粒尺寸分布、顆粒的損耗率、孔隙尺寸、孔隙尺寸的分布及表面積，根據(jù)多孔性碳材料的制造方式及所用的起始材料的性質(zhì)會(huì)大幅地改變。這 些改變顯著地影響材料在不同環(huán)境中作為吸附劑的性能或適當(dāng)性。一般而言，多孔性材料的表面積愈大則其能愈有效地吸附。多孔性材料的表面積是藉由下列方式所估算在固定溫度下利用氮?dú)夥謮簻y(cè)量材料所能吸附的氮體積的變化。利用Brunauer, Emmett與Teller所創(chuàng)造出的數(shù)學(xué)模型分析結(jié)果會(huì)產(chǎn)生已知為BET表面積的值。在多孔性碳材料中的孔隙尺寸分布也會(huì)影響其吸附特性。根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員所用的術(shù)語(yǔ)，在吸附材料中的孔隙若孔隙尺寸小于2 nm(く 2 x 10_9 m)會(huì)被稱為“微孔(micropore) 若孔隙尺寸介于2至50 nm的范圍內(nèi)者會(huì)被稱為“中孔(mesopore) ”。若孔隙尺寸大于50 nm的孔隙會(huì)被稱為”大孔(macropore)”。直徑大于500 nm的孔隙通常不會(huì)對(duì)多孔性材料的吸附性有顯著的貢獻(xiàn)。因此對(duì)于實(shí)際的目的而言，直徑介于50 nm至500nm間的孔隙，更通常介于50至300 nm或50至200 nm間的孔隙會(huì)被歸類為大孔。在多孔性材料中的微孔、中孔與大孔的相對(duì)體積可以利用熟知的氮吸附與水銀測(cè)孔技術(shù)所估。利用所謂的BJH數(shù)學(xué)模型，水銀測(cè)孔技術(shù)可用來(lái)估算大孔與中孔的體積；氮吸附可用來(lái)估算微孔與中孔的體積。然而，由于估算的理論基礎(chǔ)不同，因此兩方法所獲得的值無(wú)法直接互相比較。離子交換樹脂(或離子交換聚合物)也可用來(lái)作為過(guò)濾嘴中的添加剤。其包含不溶的支撐結(jié)構(gòu)，其通常具有直徑1-2 _的有機(jī)聚合物珠粒的形式。此材料具有提供可捕集離子的部位的高度多孔性的表面，但僅有其它離子的同步釋出。有許多不同類型的離子交換樹脂，其中某些尤其有利于煙過(guò)濾，且因此被結(jié)合至吸煙物品的過(guò)濾嘴中。螯合樹脂如Diaion CR20能夠自香煙中選擇地去除金屬離子。然而，其在過(guò)濾嘴中的用途受限于下列事實(shí)這些離子交換樹脂可能會(huì)有令人不愉悅的氣味。Amberlite CG-50為交聯(lián)的甲基丙烯酸型弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂粉末，其具有大孔結(jié)構(gòu)及作為樹脂離子交換部位的高濃度羧酸基團(tuán)。其它用在吸煙物品的過(guò)濾嘴中的粒狀添加劑材料包含下列無(wú)機(jī)氧化物如氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化鐵或氧化鈰。其它添加劑包含鋁硅酸鹽如沸石與海泡石。
某些材料被結(jié)合在吸煙物品的過(guò)濾嘴中時(shí)可能有所幫助但其在實(shí)體上并不適合此類用途。這些材料包括結(jié)構(gòu)弱因此傾向斷裂與形成粉末的那些，其在過(guò)濾嘴中是不理想的。當(dāng)過(guò)濾嘴中欲結(jié)合一種以上的粒狀添加劑時(shí)，這會(huì)增加制造方法及所需的機(jī)械的復(fù)雜度，導(dǎo)致制造成本増加。尤其，當(dāng)欲添加的添加劑顆粒具有不同的顆粒尺寸及/或不同密度時(shí)，其需要分開(kāi)添加。這是因?yàn)榘蝗菁{于添加至過(guò)濾嘴材料用的料斗中的此類不同材料的混合物，在過(guò)濾嘴形成期間不會(huì)保持均勻或均質(zhì)混合物的狀態(tài)，而是隨著時(shí)間其會(huì)發(fā)生沉淀等，導(dǎo)致料斗中的兩或多種材料分布不均勻，因此材料以不一致且未加控制的方式被添加至過(guò)濾嘴材料中。由于這會(huì)使得過(guò)濾嘴元件具有不一致且無(wú)法預(yù)測(cè)的特性(包含過(guò)濾效果)，這明顯地是不可接受的。因此本發(fā)明的ー個(gè)目的在于提供ー種用以將至少兩種粒狀添加劑包含至吸煙物品用的過(guò)濾嘴中的改良手段。
聚集作用是具有較小尺寸的顆粒粘結(jié)在一起并形成較大顆粒的過(guò)程。當(dāng)兩種不同起始材料的顆粒聚集在一起時(shí)，所得的復(fù)合材料便包含這兩種起始材料。當(dāng)復(fù)合材料具有顆粒形式時(shí)，復(fù)合材料中藉由聚集作用所形成的每ー顆粒都應(yīng)該包含兩種起始材料的顆粒。這種技術(shù)的其中ー個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)在于其能夠?qū)?fù)數(shù)種添加劑粘結(jié)成單ー復(fù)合材料，因此使包含至過(guò)濾嘴中的過(guò)程較容易并減少了特殊混合設(shè)備的費(fèi)用需求。此外，聚集添加劑材料具有一致的顆粒尺寸分布及改良的均質(zhì)性而較容易精準(zhǔn)地調(diào)劑。再者，相較于單獨(dú)的顆粒而言，聚集材料可具有各種改良的物理特性如増加的強(qiáng)度及較均勻的顆粒尺寸與
山I又o然而，雖然聚集作用具有許多優(yōu)點(diǎn)，但被結(jié)合至吸煙物品的過(guò)濾嘴元件中的許多添加劑具有活性，其是取決于經(jīng)由過(guò)濾嘴元件被抽吸的煙與添加劑顆粒表面間的接觸。例如，揮發(fā)物會(huì)被吸附在許多添加劑如活性碳的表面。添加劑顆粒的聚集作用將會(huì)顯著地降低能夠與煙接觸的顆粒表面積。因此以聚集物的形式將此類添加劑結(jié)合至過(guò)濾嘴中會(huì)預(yù)期伴隨著至少一部分其過(guò)濾性能和/或其它添加劑活性的損失。WO 2008/031816揭露了具有高粘合強(qiáng)度的復(fù)合材料，其是借著聚集選自礦物氧化物、鋁硅酸鹽及活性碳的至少ー化合物與聚合物所制備。聚集作用是受到控制以提供具有期望顆粒尺寸(至少100 u m的平均顆粒尺寸)、孔隙體積與高粘合強(qiáng)度的聚集物。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面是提供一種復(fù)合材料，其中該復(fù)合材料包含至少兩種不同添加劑材料的顆粒及將該添加劑顆粒粘結(jié)至該復(fù)合材料中的聚合物。較佳地，該聚集物表現(xiàn)出均勻的密度及狹窄的顆粒尺寸分布。根據(jù)本發(fā)明的第二方面是提供一種制備第一方面的復(fù)合物的方法，其中將該添加劑材料的顆粒與該粘結(jié)聚合物混合以形成復(fù)合材料。根據(jù)本發(fā)明的第三方面是提供一種將至少兩種不同添加劑材料結(jié)合在過(guò)濾嘴材料中的方法，此方法包括使用本發(fā)明第一方面的復(fù)合材料。根據(jù)本發(fā)明的第四方面是提供一種本發(fā)明第一方面的復(fù)合材料的用途，用以將至少兩種不同的添加劑材料結(jié)合至過(guò)濾嘴材料中。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面是提供一種吸煙物品的過(guò)濾嘴，其包含根據(jù)本發(fā)明第一方面的復(fù)合材料。根據(jù)本發(fā)明的第六方面是提供一種吸煙物品，其包含根據(jù)本發(fā)明第一方面的復(fù)合材料。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明使用包含兩或更多種不同添加劑材料的復(fù)合材料克服了上述分開(kāi)添加兩種粒狀添加劑材料的問(wèn)題。欲結(jié)合至根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料中的添加劑通常是被結(jié)合在吸煙物品的過(guò)濾嘴中的那些。其通常提供有利特性予過(guò)濾嘴，增進(jìn)過(guò)濾嘴的過(guò)濾特性、改善過(guò)濾過(guò)的煙的特性、或?qū)ξ鼰熚锲氛w提供某些有利特性。添加劑常常是具有吸附特性的材料。在過(guò)濾嘴中使用ー種以上的添加劑是吸引人的，因?yàn)檫@樣的作法可以使得過(guò)濾嘴 的特性或特征受到調(diào)整或特制化，以提供特定的功效組合。例如，不同的吸附材料對(duì)于不同的煙成份可具有較高的選擇性。此外，由于ー種添加劑可能被用來(lái)克服與另ー種添加劑有關(guān)的缺點(diǎn)或問(wèn)題，因此結(jié)合不同的添加劑材料可使得添加劑相互作用而仔細(xì)地選擇添加劑的組合便可產(chǎn)生有利的效果。例如，某些添加劑如某些離子交換樹脂具有令人不愉悅的氣味而使得其在吸煙物品的過(guò)濾嘴中的用途受限。此類難聞的添加劑與吸附劑如活性碳或ニ氧化硅的組合會(huì)因?yàn)槲絼?huì)減少氣味而克服此問(wèn)題。包含不同添加劑的復(fù)合材料的形成也使人能夠控制添加劑材料的物理特性。如上所述，可制備復(fù)合材料以確保相對(duì)均勻的密度與狹窄的顆粒尺寸分布。在一實(shí)施方案中，本發(fā)明的復(fù)合材料可具有任何適合的形式如顆粒、纖維或單獨(dú)的整塊實(shí)體。然而優(yōu)選地，復(fù)合材料為顆粒。適合的顆粒尺寸為100至1500 或150至1400 Pm。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案中，所提供的復(fù)合材料具有平均顆粒尺寸至少為250U m的顆粒的形式，以避免在吸煙物品的過(guò)濾嘴中結(jié)合較小顆粒時(shí)會(huì)遇到的壓降問(wèn)題。復(fù)合材料的優(yōu)選最小孔隙體積及/或孔徑是取決于結(jié)合至吸煙物品的過(guò)濾嘴中的材料的建議目的。對(duì)于物理吸附而言，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料優(yōu)選地具有至少約0.4cm3/g的微孔體積。若欲針對(duì)化學(xué)吸附，則孔徑便不是那么重要。碳主要藉由物理吸附作用來(lái)減少煙分析物。樹脂如CR20則是傾向于藉由化學(xué)吸附來(lái)減少煙分析物。此外，當(dāng)欲結(jié)合的添加劑具有不良的強(qiáng)度時(shí)，聚集處理尤其有用。這些相對(duì)脆弱的顆?？杀痪奂纬删哂谐浞謴?qiáng)度的復(fù)合顆粒，使其能夠忍受運(yùn)輸、儲(chǔ)存及處理如結(jié)合至吸煙物品的過(guò)濾嘴中。此特別適用于當(dāng)脆弱的添加劑與較強(qiáng)的添加劑材料如離子交換樹脂聚集而形成復(fù)合材料的情形。在本發(fā)明的一實(shí)施方案中，被結(jié)合至復(fù)合材料中的至少ー種添加劑為多孔性碳?；钚蕴际俏鼰熚锲返倪^(guò)濾嘴中常用的材料。其可由許多不同有機(jī)材料(エ廠最常使用的植物基材料是椰殼)的碳化形式所制成?；蛘撸墒褂闷渌嗫仔蕴疾牧先绾几稍锬z。此類干燥膠為多孔性的固態(tài)材料，其是由下列方式所獲得凝膠或溶膠-凝膠中的液體成分被去除并被置換成氣體，接著受到熱解/碳化。根據(jù)干燥的方式可對(duì)其加以分類，其包含碳的干凝膠、氣凝膠及冷卻凝膠。此類凝膠可由芳香醇(如間苯ニ酚)與醛(如甲醛)在催化劑(如碳酸鈉)存在下進(jìn)行水性聚縮合反應(yīng)所獲得。在活性碳的情況中，起始材料會(huì)影響活化產(chǎn)物的強(qiáng)度。由于椰殼能制造出具有相對(duì)強(qiáng)的及結(jié)實(shí)的活性碳產(chǎn)物且此產(chǎn)物在運(yùn)送、儲(chǔ)存及結(jié)合至過(guò)濾嘴元件時(shí)不易破裂，因此椰殼是極受歡迎的起始材料。然而，并未考慮使用其它充裕和便宜的材料用來(lái)作為制造活性碳的起始材料。例如，煙 草莖(通常是制造吸煙物品時(shí)的廢棄物)會(huì)是一種經(jīng)濟(jì)的起始材料，但所得的活性碳非常松散易碎。然而，聚集煙草莖活性碳的顆粒會(huì)增加材料強(qiáng)度且使其能夠被結(jié)合至過(guò)濾嘴元件中。其它可能會(huì)導(dǎo)致脆弱活性碳(其將可受益于根據(jù)本發(fā)明的聚集作用)的起始材料包含了蔬菜源、木材(例如橡木片)及竹子。增加許多吸附材料的孔隙度將有利于改善材料的過(guò)濾特性但通常具有下列缺點(diǎn)大幅地?fù)p害材料的結(jié)構(gòu)完整度，使得材料不再適合結(jié)合至吸煙物品的過(guò)濾嘴元件中。然而，聚集作用可改善高度多孔性材料的結(jié)構(gòu)完整度但同時(shí)維持其過(guò)濾特性。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案中，用來(lái)形成復(fù)合材料的至少一種添加劑不會(huì)呈現(xiàn)能以獨(dú)立顆粒形式被結(jié)合的充分強(qiáng)度，即無(wú)聚集作用，如根據(jù)本發(fā)明所述的聚集作用。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，至少一種添加劑為離子交換樹脂。該離子交換樹脂可以是螯合樹脂如Diaion CR20。或者，或此外，該離子交換樹脂可以是陽(yáng)離子交換樹脂如 Amberlite CG-50。來(lái)自 Mitsubishi Chemicals Corporation 的 Diaion CR20 尤其優(yōu)選，因其被認(rèn)為是用于吸煙物品的過(guò)濾嘴中最有效的樹脂。其具有胺表面官能基團(tuán)且對(duì)于煙醛如甲醛及對(duì)于HCN表現(xiàn)出選擇性。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，至少一種添加劑為無(wú)機(jī)氧化物如氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化鐵、氧化鈰、鋁硅酸鹽如沸石或海泡石。在本發(fā)明的一實(shí)施方案中，在復(fù)合材料及本發(fā)明的方法中所用的聚合物可選自于下列纖維素與其衍生物，包括醋酸纖維素、硫酸纖維素、乙基纖維素、羥乙基纖維素、甲基纖維素、羥甲基纖維素、羧甲基纖維素；淀粉與其衍生物，包括羧甲基淀粉、羧丙基淀粉；藻酸鹽與其衍生物，包括藻酸、藻酸鈉、藻酸鉀、藻酸鈣；聚乙烯；瓊脂；樹膠，包括阿拉伯膠、黃芪膠、瓜爾膠、刺槐豆膠；聚乙烯醇與其衍生物，包括醋酸聚乙烯酯(任選水解)、醋酸聚乙烯酯的共聚物與脂肪羧酸的乙烯酯、及乙烯的共聚物與飽和羧酸脂肪族的乙烯酯。在本發(fā)明的一特優(yōu)選實(shí)施方案中，該聚合物為纖維素或其衍生物(尤其是醋酸纖維素或硫酸纖維素)、聚乙烯、阿拉伯膠或聚乙烯醇中的一種。在本發(fā)明一特優(yōu)選實(shí)施方案中，該復(fù)合材料包含離子交換樹脂與活性碳的組合。該離子交換樹脂可以例如是Diaion CR20或Amberlite CG-50。優(yōu)選地,粘結(jié)這些添加劑的聚合物為醋酸纖維素。當(dāng)結(jié)合材料如CR20與活性碳時(shí)，樹脂所造成的氣味會(huì)被完全消除。實(shí)驗(yàn)
I)碳與離子交換樹脂的復(fù)合材料
評(píng)估香煙過(guò)濾嘴中復(fù)合添加劑的三個(gè)樣品。三個(gè)樣品的組成如下i)活性碳與醋酸纖維素(70:30) ；ii)活性碳、CR20(離子交換樹脂)與醋酸纖維素(35:35:30) ;&iii)CR20與醋酸纖維素(70:30)。將各85 mg的三種添加劑加入連接至一煙草桿的腔室過(guò)濾嘴(12 mm醋酸纖維素嘴端/5 mm的過(guò)濾嘴添加劑/10 mm醋酸纖維素桿端)中，該煙草桿包含密度229 mg/cm3、長(zhǎng)56 mm且總香煙圓周長(zhǎng)為24. 6 mm的維吉尼亞式煙草。由于過(guò)濾嘴尖端的通風(fēng)(ventilation)會(huì)導(dǎo)入其它變量，因此并無(wú)使用。使用85 mg的添加劑是為了要在腔室中得到60 mg凈重的碳或CR20或碳加上CR20。作為對(duì)比，在過(guò)濾嘴中使用了(I) 60 mg的CR20;(2) 60 mg研磨與顆?；暗幕钚蕴?；及(3) 5 _空的腔室長(zhǎng)度。抽煙前，香煙在22°C與60%相對(duì)濕度的條件下被調(diào)整3周。在ISO條件(即每分鐘一次歷時(shí)2秒的35 ml體積噴煙)下進(jìn)行吸煙?；镜奈鼰熁瘜W(xué)結(jié)果是顯示于下表I中
表I
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料，包含離子交換樹脂的顆粒作為第一添加劑材料、至少ー種第二添加劑材料的顆粒及將所述第一與至少ー種第二添加劑顆粒粘結(jié)至該復(fù)合材料中的聚合物。
2.如權(quán)利要求I所述的材料，其中該第一與第二添加劑材料具有不同密度和/或不同顆粒尺寸。
3.如上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的材料，其中該至少ー種第二添加劑材料選自多孔性碳材料；無(wú)機(jī)氧化物；和/或鋁硅酸鹽類。
4.如上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的材料，其中該聚合物為纖維素或其衍生物；淀粉或其衍生物；藻酸鹽或其衍生物 ，聚乙烯;瓊脂；樹膠；和/或聚こ烯醇或其衍生物。
5.如上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的材料，其中該聚合物為醋酸纖維素。
6.如上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的材料，其中該復(fù)合材料具有至少250的平均顆粒尺寸。
7.一種制備如上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的材料的方法，其中該添加劑材料的顆粒與該粘結(jié)聚合物混合以形成該復(fù)合材料。
8.一種將至少兩種不同添加劑材料包含至過(guò)濾嘴材料中的方法，該方法包括使用如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料。
9.一種如權(quán)利要求I 一 6任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料的用途，用以將至少兩種不同添加劑材料結(jié)合至過(guò)濾嘴材料中。
10.一種吸煙物品的過(guò)濾嘴，包含如權(quán)利要求I 一 6中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料。
11.一種吸煙物品，包含如權(quán)利要求I 一 6中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，其包含至少兩種不同添加劑材料的顆粒以及在該復(fù)合材料中將所述添加劑顆粒粘結(jié)在一起的聚合物。本發(fā)明還涉及利用該復(fù)合材料將至少兩種不同添加劑材料結(jié)合進(jìn)過(guò)濾材料中的方法。
文檔編號(hào)B01J20/28GK102811631SQ201180017355
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日
發(fā)明者P.布蘭頓, M.莫拉 申請(qǐng)人:英美煙草(投資)有限公司