Сигаретные фильтры из формованных волокон с микрополостями, пропитанных ароматизаторами

1 Настоящее изобретение имеет приоритет предварительной заявки США 60/198627, поданной 20 апреля 2000 г., которая включена в данное описание путем ссылки во всей полноте для всех пригодных целей. Настоящее изобретение относится к сигаретным фильтрам из формованных волокон с микрополостями, пропитанных ароматизаторами, которые изменяют аромат основного потока дыма в процессе курения. Многие типы веществ для модификации аромата табачного дыма, такие как ментоловые ароматизаторы, добавляют в табачные изделия для улучшения их вкуса или компенсации колебаний качества табака или сорта. В настоящее время ароматизаторы добавляют в табачную часть или оберточную часть сигарет, что приводит к тому, что лишь небольшая часть ароматизатора поступает пользователю. Кроме того,характеристики ароматизаторов могут изменяться под воздействием высоких температур горения до того, как они достигнут пользователя. Существует серьезная необходимость в практичной и совместимой технологии для эффективной доставки пользователю веществ, модифицирующих аромат дыма. В элементах для фильтрации табачного дыма используют разнообразные волокнистые материалы. Для этого ацетат целлюлозы (СА) долгое время считался предпочтительным материалом. Однако выбор материалов был ограничен необходимостью сбалансировать различные коммерческие требования. Для включения адсорбирующих материалов в сигаретные фильтры в настоящее время используют физический захват адсорбирующих частиц СА волокнами. Диаметр частиц материалов, используемых согласно уровню техники,обычно находится в пределах от 500 до около 1500 мкм. Для обеспечения приемлемых целостности продукта и перепада давлений в такой конструкции нельзя использовать частицы меньшего размера. Кроме того, установлено, что адсорбенты теряют свою активность при контакте с триацетином - пластификатором, используемым в качестве связующего для СА волокон. Для поддержания перепада давления на фильтре в допустимых пределах обычно используют крупнозернистые материалы с размером частиц от около 10 до около 60 меш. При этом достигается увеличение срока хранения адсорбента, однако, эффективность фильтров ухудшается из-за использования относительно крупных частиц. Более мелкие частицы адсорбента с более короткими внутренними путями диффузии и большей площадью эффективной поверхности не могут непосредственно использоваться в этой конфигурации из-за слишком высокого перепада давлений. Адсорбирующие/абсорбирующие материалы с меньшим размером частиц обычно имеют 2 повышенную кинетику реакции с компонентами газовой фазы благодаря более коротким путям диффузии к внутренней поверхности таких пористых материалов и внутреннему веществу таких абсорбентов. СА волокна, используемые в настоящее время, имеют круглые или открытые Х-образное или Y-образное поперечные сечения, в пространства которых помещен уголь, но такие поперечные сечения не могут механически удерживать более мелкие частицы адсорбента/абсорбента. Известно, что использование меньших частиц абсорбента с более короткими путями диффузии может улучшить кинетику фильтров и их способность фильтрования газовой фазы. Было обнаружено, что для удерживания адсорбирующего/абсорбирующего материала и ароматизатора требуется волокно с открытыми или полуоткрытыми микрополостями. Используемый здесь термин "полуоткрытые полости" означает полости, которые имеют отверстия размером меньше, чем внутренний объем волокна, в котором они образованы, и которые способны захватывать мелкие твердые частицы в их внутреннем объеме. Термин "открытые полости" означает отверстия, которые имеют размер, равный или больше внутреннего объема волокна, в котором они образованы. Патент США 5,509,430, который включен в данное описание путем ссылки во всей полноте для всех пригодных целей, включая все его чертежи, касается полимерного двухкомпонентного волокна и изготовления фильтров для табачного дыма из двухкомпонентных волокон,содержащих сердцевину из дешевого, высокопрочного термопластичного полимера и способную соединяться оболочку. Существует необходимость в разработке усовершенствованного фильтра, имеющего повышенную эффективность в отношении избирательного удаления или уменьшения количества нежелательных компонентов в основном потоке сигаретного дыма. Патент США 5,191,905 (Berger), который включен в данное описание путем ссылки во всей полноте для пригодных целей, включая все его чертежи, описывает сигаретный фильтр. Сигаретный фильтр имеет фильтрующий элемент, присоединенный к сигаретной секции. Фильтрующий элемент сформирован посредством собирания в пучок по меньшей мере одного абсорбционного синтетического волокна, выбранного из группы, состоящей из (1) волокон привитого полимера, полученного из облученного полипропилена, прореагировавшего с парофазным стиролом, и содержащего адсорбирующие функциональные группы, (2) волокон активированного угля, (3) заряженных электретных волокон и (4) магнитных пластиковых волокон; и посредством нарезания собранных в пучок волокон на заданные отрезки. Однако 3 микрополости и что (2) в микрополости загружен уголь. Для повышения эффективности доставки ароматизаторов предпринимались попытки размещения ароматизаторов непосредственно в сигаретном фильтре. Однако ограничения сделали их коммерческую реализацию непрактичной. В патенте США 5,356,704 в наружном слое сигаретных фильтров используются полиэтиленовые (PET) волокна, имеющие аксиально направленные открытые канавки, легко увлажняющиеся водой или гексаном, для улучшения доставки жидкого ароматизатора. Однако открытая структура канавок ограничивает способность волокон удерживать ароматизирующие компоненты, которые могут находиться в твердой, полутвердой или жидкой фазе. Например,волокна, изготовленные из такого полимера, как полипропилен, имеют открытые структуры, которые непроницаемы, и не могут смачиваться ментоловыми ароматизаторами, и, таким образом, не обеспечивают желательного конечного результата по доставке ароматизатора. Патенты США 5,356,704 и 5,275,859(Eastman Chemical Company) описывают фильтры табачного дыма. Эти патенты включены в данное описание путем ссылки во всей полноте для всех пригодных целей. Используемые здесь термины "адсорбент" или "абсорбент" означают способность материала впитывать или поглощать газообразные компоненты на их поверхности или ассимилировать такие компоненты в своем веществе. Соответственно задача настоящего изобретения состоит в создании сигаретного фильтра,содержащего формованные волокна с микрополостями, пропитанные ароматизатором, который эффективно и надежно модифицирует аромат основного потока дыма в процессе курения. Другой задачей настоящего изобретения является создание сигаретного фильтра, содержащего микропористые волокна, имеющие полуоткрытые полости, заполненные ароматизаторами. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание волокнистого фильтра с ароматизаторами, имеющего низкое сопротивление потоку и одновременно обеспечивающего высокую эффективность доставки ароматизатора. Согласно настоящему изобретению сигаретный фильтр содержит профилированные многолепестковые волокна с полуоткрытыми полостями, загруженными адсорбирующими частицами, которые включают ароматизаторы,выпускающие ароматы в поток дыма в процессе курения. Краткое описание чертежей Новые признаки и преимущества настоящего изобретения в дополнение к указанным выше будут понятны специалистам в данной области при ознакомлении с нижеследующим подробным описанием со ссылкой на сопрово 003984 4 ждающие чертежи, на которых одинаковыми позициями обозначены аналогичные детали: фиг. 1 - вид сбоку в сечении прикрепленного к сигарете фильтра типа "жгутпространство-жгут" (PSP) по изобретению; фиг. 2 - вид сбоку в сечении фильтра по изобретению типа "жгут-пространство" (PS),прикрепленного к сигарете; фиг. 3 - увеличенный вид трехлепесткового волокна по изобретению с полуоткрытыми полостями между лепестками; фиг. 4 - увеличенный вид четырехлепесткового волокна по изобретению с полуоткрытыми полостями между лепестками, и фиг. 5 - увеличенный вид по фиг. 1 фильтра по изобретению. Согласно изобретению новый класс сигаретных фильтров содержит волокна с полуоткрытыми микрополостями, используемыми для механического захватывания или капиллярного удерживания жидких модифицирующих дым агентов, таких как ароматизаторы. Например, патент США 5,057,368 (Honeywell), который включен сюда путем ссылки во всей полноте, включая все чертежи, для пригодных целей, описывает профилированные волокна с микрополостями, которые являются многолепестковыми, такими как трехлепестковые или четырехлепестковые. Другими принадлежащими Honeywell патентами США, которые описывают волокна и которые включены сюда путем ссылки во всей полноте, включая чертежи, являются 5,902,384, 5,744,236, 5,704,966,5,713,971 и 5,057,368. Кроме того, патенты США 5,244,614 и 4,858,629 также описывают многолепестковые волокна и включены сюда путем ссылки во всей полноте для всех пригодных целей. В этих патентах не описывается и не предлагается применение этих волокон в сигаретных фильтрах. Полуоткрытая структура этих многолепестковых волокон образует хорошо ограниченный внутренний пустой объем, который эффективно и надежно удерживает как твердые, так и жидкие ароматизаторы. Способы помещения твердых и жидких веществ в полуоткрытые микрополости описаны Хuе (Ксю) и др. в публикации Highly Efficient Acid-Gas RemovingJ. Blitz; стр.154, 1999 г., которая включена сюда путем ссылки. Модификаторы дыма, такие как ментол в твердой порошкообразной форме или жидкой форме, эффективно удерживаются в полуоткрытых микрополостях таких волокон и эффективно доставляются пользователю. Модификаторами дыма также могут быть пропитаны твердые мелкие частицы абсорбента, такого как угольный порошок. Ароматизатор удерживается в отдельном внутреннем объеме волокон и не 5 увеличивает перепад давлений на фильтре. В приведенном здесь примере 2 40,26 мг многолепесткового волокна могут эффективно захватывать 19,48 мг твердого порошкообразного ментола. Кроме того, 11,16 мг насыщенного ментолом волокна (содержащего 3,6 мг ментола) могут быть помещены в пространство фильтра типа PSP. В примере 3 ментолом сначала пропитали мелкоизмельченный угольный порошок жидкостным способом обработки, и затем пропитанный уголь был загружен в многолепестковые волокна и включен в сигаретные фильтры типа PS (Триада/уголь/ментол). Доставка ментола для каждой сигареты составила от 0,14 до 1,28 мг в этих двух примерах в стандартных условиях тестирования. Очевидно, что доставка ментола может регулироваться суммарной загрузкой волокон в сигарету и ментола в волокна. На фиг. 1 и 2 показаны только два примера конфигураций сигареты с использованием ароматизатора, заполняющего профилированные волокна, но могут использоваться и другие конфигурации. На фиг. 1 показан вид сбоку в сечении фильтра типа PSP, прикрепленного к сигарете 10. Сигарета 10 имеет расположенный дальше по ходу (струи дыма) жгут 12, пространство 14 и ближний по ходу жгут 16, при этом дальний жгут 12, пространство 14 и ближний жгут 16 соединены между собой. Дальний жгут 12 может быть изготовлен из ацетата целлюлозы и ближний жгут 16 может быть изготовлен из такого же или другого материала. Табак 18 находится сразу перед ближним жгутом 16. Комбинация волокна 22 и адсорбента 23 помещена в пространстве 14. Волокна 22, которые могут использоваться, являются волокнами многолепестковой конфигурации с микрополостями,такими как волокна, описанные предпочтительно в патентах США 5,057,368 и 5,509,430,которые также включены сюда путем ссылки во всей полноте для всех пригодных целей. Этими волокнами 22 наиболее предпочтительно являются волокна, показанные на фиг. 3 и 4, производимые компанией Honeywell под названием Триада. Они изготовлены из полипропилена и имеют относительный объем внутренних полостей, составляющий 0,5-0,6, которые могут механически захватывать тонкие частицы внутри каналов микрополостей. Для использования в соответствии с изобретением вместо полипропилена в качестве волокон с микрополостями могут использоваться другие полимерные материалы, такие как (но не ограничиваясь ими) полиэфир, ацетат целлюлозы и полисульфон. Полуоткрытые микрополости, как определено здесь, могут не быть такими непрерывными, как у волокон Триада. Также могут использоваться другие профилиро 003984 6 ванные волокна, такие как волокна с менее непрерывными полуоткрытыми микрополостями. Пропитанные ароматизирующим веществом волокна, как здесь определено, могут быть включены в любую часть сигареты или курительного устройства любой возможной конструкции, обеспечивающего контакт волокна со струeй дыма для достижения указанного эффекта. Ароматизатором 23 может быть любая ароматизирующая композиция в чистой сыпучей или жидкой форме, или он может удерживаться частицами адсорбента/абсорбента, который может, таким образом, выделять аромат в струю дыма. Примеры таких веществ включают метанол в чистой твердой порошкообразной форме, частицы насыщенного ментолом угля или силикагеля, расплавленный или растворенный ментол. Адсорбент 23 механически смешан с волокном 22. Соотношение частиц адсорбента и волокна может находиться в пределах от 1 до около 90 вес.%, и предпочтительно приблизительно 30-50 вес.%. Эти абсорбенты 23 механически удерживаются в микрополостях профилированных волокон 22. Волокна 22, смешанные с адсорбентом 23, затем помещают в пространство 14 и пакуют до плотности, необходимой для достижения желательного выделения ароматизатора в струю дыма в процессе курения. Обертка 20 охватывает табак 18, ближний жгут 16, пространство 14 и волокно 22, ароматизатор 23 и дальний жгут 12. На фиг. 2 показан другой вариант выполнения изобретения, подобный показанному на фиг. 1, за исключением того, что фильтр имеет конфигурацию типа PS. Сигарета 10 А имеет дальний жгут 12 и пространство 14. Волокно 22 и ароматизатор 23 размещены в пространстве 14. В дополнение к конфигурациям PSP и PS также могут использоваться и другие конфигурации. Волокно 22, пропитанное ароматизатором 23, может помещаться в место в сигарете,доступное для струи дыма, например такое, как положения жгутов 12, 16, или во вспомогательное приспособление для курения. На фиг. 3 показаны трехлепестковые волокна 30 с полуоткрытыми полостями по изобретению. На фиг. 4 показаны четырехлепестковые волокна 32 с полуоткрытыми полостями, соответствующие этому изобретению. Эти волокна также описаны в патентах США 5,057,368 и 5,509,430. На фиг. 5 дан увеличенный вид части фиг. 1, показывающий многолепестковые волокна 22, объединенные с частицами 23 для доставки ароматизатора в фильтре конфигурации PSP. Примеры Следующие примеры демонстрируют существо и объем изобретения. Данные из примеров Ментол доставленный,Пример Конфигурация Ментол Ментол ТPМ,Затяжки мг/затяжка сигареты фильтра включенный, мг доставленный, мг мг 1P2/Triad (car) 1,28 18,0 6,7 0,19 9,7 Количество может быть меньше из-за потерь в ходе экспериментальной процедуры. Примером 1 была незаправленная, ссылочная сигарета 2280 с фильтром конфигурации P1/S/P2. Пример 2 был приготовлен следующим образом. 40,3 мг полипропиленового волокна Triad 3-dpf (предварительно нарезанного на отрезки длиной около 1 дюйма) смешали и встряхивали с избыточным количеством, составляющим 200 мг,измельченного твердого порошкообразного кристаллического бразильского L-ментола в закрытых застежкой-молнией полипропиленовых пакетах. После удаления избыточных твердых частиц посредством просеивания через сито 70 волокно весило 60,11 мг. 11,16 мг пропитанного волокна затем поместили в пространство контрольной сигареты 2280 в конфигурации P1/Triad(ментол)/Р 2. Приготовленную сигарету запечатали в пластиковые пакеты и протестировали через 11 дней. Доставка ментола составила 0,14 мг. Пример 3 приготовили следующим образом. 238,14 мг указанного выше ментола,463,29 мг метанола и 393,17 мг угольного порошка из кокосового ореха Pica смешали и измельчили при перемешивании. После испарения большей части раствора метанола полученные твердые частицы (647,65 мг) дополнительно измельчили до получения мелкого порошка,поместили в пластиковый пакет и смешали при встряхивании с 29,73 мг указанного выше волокна Triad 3-dpf. После просеивания избыточных твердых частиц ситом 70 получено 56,12 мг пропитанного волокна и помещено в сигарету 2280 с фильтром конфигурации P2/Triad(уголь, ментол). Затем образец запечатали в пластиковый пакет и тестировали через 5 дней. Доставка ментола составила 1,28 мг. Профилированные волокна с открытыми или полуоткрытыми микрополостями могут использоваться для изготовления усовершенствованных фильтров, имеющих ароматизатор,захваченный в микрополостях. Их микрополости могут использоваться для удерживания мелких частиц абсорбента, такого как порошки угля, и APS-силикагеля или их смесей и ароматизатора без высокого сопротивления при затяжке (RTD). В зависимости от характеристик поверхности порошков из пропитанных твердых частиц, удаление компонентов в газообразной фазе может быть реализовано посредством либо физической адсорбции, либо химической реакции. Благодаря выбору механизма реакции некоторые компоненты дыма сигареты могут удаляться избирательно. Хотя здесь показаны и описаны некоторые конструкции, представляющие конкретные варианты выполнения изобретения, специалистам в данной области будет понятно, что возможны различные модификации и изменения без отхода от существа и объема изобретения, которое не ограничивается показанными здесь и описанными конкретными выполнениями. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Сигаретный фильтр, содержащий микропористое волокно с полуоткрытыми полостями, которые загружены материалом, доставляющим ароматизатор, в твердой или жидкой формах. 2. Сигаретный фильтр по п.1, в котором волокном является трехлепестковое волокно с непрерывными полуоткрытыми полостями. 3. Сигаретные фильтры по п.1, в которых волокном является четырехлепестковое волокно с непрерывными полуоткрытыми полостями. 4. Сигаретные фильтры по п.2, в которых волокно загружено материалом доставки чистого метанолового ароматизатора в форме порошка из твердых частиц или в жидких расплавленных или растворенных формах. 5. Сигаретные фильтры по п.2, в которых волокно загружено материалом доставки метанолового ароматизатора, удерживаемым адсорбирующей/абсорбирующей частицей. 6. Сигаретный фильтр по п.1, в котором количество материала доставки ароматизатора составляет от около 1 до около 90 вес.% от веса волокна.