сигаретный фильтр, курительное изделие, способ производства сигаретного фильтра и способ удаления газообразного компонента из табачного дыма

Формула изобретения

1. Сигаретный фильтр, содержащий реагент, состоящий, по существу, из по меньшей мере одной химически активной функциональной группы, ковалентно связанной с нелетучим неорганическим субстратом, в котором указанный реагент химически реагирует с газообразным компонентом потока дыма для удаления этого газообразного компонента из потока дыма, причем указанной функциональной группой является аминопропилсилиловая группа.

2. Сигаретный фильтр по п.1, отличающийся тем, что реагент включен в одну или более частей сигаретного фильтра, выбранную из группы, состоящей из фильтрующей бумаги, мундштучной бумаги, формованной бумажной вставки, заглушки, промежутка или проточной гильзы.

3. Сигаретный фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что функциональная группа является 3-аминопропилсилиловой группой.

4. Сигаретный фильтр по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что субстрат содержит частицы или формованную деталь из силикагеля.

5. Сигаретный фильтр по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что газообразный компонент, подлежащий удалению из указанного потока дыма, является полярным, таким, как альдегид.

6. Сигаретный фильтр по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что указанный реагент включен в сигаретную фильтрующую бумагу, расположенную в проточном фильтре, причем фильтрующая бумага возможно имеет трехмерную конфигурацию и/или фильтрующая бумага является прокладкой на внутренней части полого трубчатого элемента.

7. Сигаретный фильтр по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что указанный реагент включен в ацетатцеллюлозные волокна и/или волокна полипропилена, образующие заглушку или проточный элемент фильтра.

8. Сигаретный фильтр по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что указанный реагент включен в полость или указанный реагент включен в по меньшей мере одно из: мундштучной фильтрующей заглушки и смежного ей трубчатого фильтрующего элемента, или указанный реагент включен в по меньшей мере одно из: мундштучной фильтрующей заглушки, смежного ей первого трубчатого элемента фильтра и второго трубчатого элемента фильтра, смежного первому трубчатому элементу фильтра, или указанный реагент включен в по меньшей мере одну часть фильтра из трех частей, включающего мундштучную фильтрующую заглушку, первую фильтрующую заглушку, смежную указанной мундштучной фильтрующей заглушке, и вторую фильтрующую заглушку, смежную первой фильтрующей заглушке.

9. Сигаретный фильтр по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что указанный реагент содержит 3-аминопропилсилиловые группы, ковалентно связанные с силикагелем.

10. Сигаретный фильтр по п.9, отличающийся тем, что указанный силикагель имеет средний диаметр частиц 10-50 мкм, или указанный силикагель находится в форме частиц размером 25-60 меш.

11. Сигаретный фильтр по п.9 или 10, отличающийся тем, что общее содержание азота в указанном силикагеле находится в диапазоне приблизительно 1-3 вес.%, предпочтительно 1,5-2 вес.%.

12. Курительное изделие, содержащее сигаретный фильтр по любому предшествующему пункту, прикрепленный к табачному стержню мундштучной бумагой.

13. Способ производства сигаретного фильтра, используемого для удаления газообразного компонента из табачного дыма, предусматривающий стадии приготовления реагента, состоящего, по существу, из по меньшей мере одной химически активной функциональной группы, ковалентно связанной с нелетучим неорганическим субстратом, и включения реагента в сигаретный фильтр, в котором реагент химически реагирует с газообразным компонентом табачного дыма для удаления указанного газообразного компонента из газовой смеси, причем указанной функциональной группой является аминопропилсилиловая группа.

14. Способ по п.13, дополнительно предусматривающий прикрепление сигаретного фильтра к табачному стержню посредством мундштучной бумаги.

15. Способ по п.13 или 14, в котором указанный реагент включен в одну или более частей сигаретного фильтра, выбранную из группы, состоящей из фильтрующей бумаги, мундштучной бумаги, формованной бумажной вставки, заглушки, промежутка или проточной гильзы.

16. Способ по любому из пп.13-15, дополнительно предусматривающий стадию прикрепления фильтрующей бумаги в проточном фильтре сигареты, например, посредством формирования из указанной фильтрующей бумаги трехмерной конфигурации или прикрепления указанной фильтрующей бумаги в качестве прокладки на внутреннюю часть полого трубчатого элемента, или комбинирования указанного реагента с волокнами и формирования фильтрующего элемента из указанного реагента и волокон, или комбинирования указанного реагента с волокнами целлюлозы и/или полипропилена и образования заглушки или проточного элемента фильтра, или включения указанного реагента в полость указанного фильтра.

17. Способ по любому из пп.13-16, дополнительно предусматривающий стадию включения указанного реагента в по меньшей мере одно из мундштучной фильтрующей заглушки, смежного ей первого трубчатого элемента фильтра и второго трубчатого элемента фильтра, смежного первому трубчатому элементу, или указанный реагент включен в по меньшей мере одну часть фильтра из трех частей, включающего мундштучную фильтрующую заглушку, первую фильтрующую заглушку, смежную указанной мундштучной фильтрующей заглушке, и вторую фильтрующую заглушку, смежную первой фильтрующей заглушке.

18. Способ по любому из пп.13-17, отличающийся тем, что реагент приготовлен так, что функциональная группа включает 3-аминопропилсилиловую группу, или N-[2-аминоэтил]-3-аминопропилсилиловую группу, или N-[3-аминоэтил]-3-аминопропилсилиловую группу, или N-[N-(2аминоэтил)-2-аминоэтил]-3-аминопропилсилиловую группу.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что реагент приготавливают посредством реакции силикагеля с водным или безводным раствором, содержащим 3-аминопропилтриэтоксисилан, или 3-аминопропилтриметоксисилан, или N-[3-(триметоксисилил)-пропил]-этилендиамин, или N¹-[3-(триметоксисилил)-пропил]-диэтилентриамин.

20. Способ по любому из пп.13-19, отличающийся тем, что реагент содержит 3-аминопропилсилиловую группу, ковалентно связанную с силикагелем, причем указанный силикагель, возможно, имеет средний диаметр частиц по меньшей мере 10 мкм или указанный силикагель находится в форме частиц, имеющих размер по меньшей мере 60 меш.

21. Способ по п.20, дополнительно предусматривающий стадию загрузки указанными 3-аминопропилсилиловыми группами, ковалентно связанными с силикагелем, материала подложки, образующего фильтрующий элемент сигаретного фильтра, или покрытия фильтрующей бумаги указанными 3-аминопропилсилиловыми группами, ковалентно связанными с силикагелем, или загрузки силикагелем волокна, образующего фильтрующий элемент сигаретного фильтра.

22. Способ по п.20 или 21, отличающийся тем, что силикагель находится в форме частиц, при этом способ дополнительно предусматривает стадию загрузки частицами силикагеля фильтрующих волокон или других подложек, причем указанный силикагель имеет размер по меньшей мере 60 меш и средний размер пор около 40-250 , или силикагель содержит бусинки или частицы, причем способ дополнительно предусматривает стадию включения бусинок или частиц силикагеля в материал подложки, причем бусинки или частицы силикагеля имеют средний диаметр частиц по меньшей мере 10 мкм.

23. Способ удаления газообразного компонента из табачного дыма, предусматривающий прохождение табачного дыма в контакте с сигаретным фильтром, включающим реагент, содержащий по меньшей мере одну химически активную функциональную группу, ковалентно связанную с нелетучим неорганическим субстратом, так что реагент вступает в химическую реакцию с газообразным компонентом табачного дыма и удаляет указанный газообразный компонент из табачного дыма, причем указанной функциональной группой является аминопропилсилиловая группа, являющаяся эффективной для удаления альдегида из табачного дыма.

24. Способ по п.23, дополнительно предусматривающий стадии сжигания табака и направления газового потока, содержащего табачный дым, через сигаретный фильтр, так что компонент табачного дыма, подлежащий удалению, вступает в химическую реакцию с реагентом, предотвращающую его возвращение в газовый поток.

25. Способ по п.23 или 24, отличающийся тем, что реагент включают в одну или более частей сигаретного фильтра, выбранных из группы, состоящей из фильтрующей бумаги, мундштучной бумаги, формованной бумажной вставки, промежутка и проточной гильзы, причем табачный дым проходит через одну или более указанных частей фильтра.

26. Способ по любому из пп.23-25, отличающийся тем, что сигаретный фильтр удаляет полярный газообразный компонент, такой, как альдегид.

27. Способ по любому из пп.23-26, отличающийся тем, что указанный субстрат содержит частицы или формованную деталь, причем табачный дым проходит через скопление частиц или через формованную деталь.

28. Способ по любому из пп.23-27, отличающийся тем, что субстрат содержит фильтрующие волокна, а реагент ковалентно связан с фильтрующими волокнами в количестве 10-50 вес.%.

29. Способ по любому из пп.23-28, отличающийся тем, что функциональная группа является 3-аминопропилсилиловой группой, эффективной для удаления формальдегида из табачного дыма.

30. Способ по любому из пп.23-29, отличающийся тем, что реагент приготавливают посредством ковалентного связывания аминопропилсилиловых групп с гранулами силикагеля и эти гранулы силикагеля комбинируют с воздухопроницаемым корпусом сигаретного фильтра.

31. Способ по п.30, дополнительно предусматривающий загрузку силикагелем волокнистого материала с образованием воздухопроницаемого корпуса сигаретного фильтра.

32. Способ по любому из пп.23-31, отличающийся тем, что реагент содержит 3-аминопропилсилиловые группы, ковалентно связанные с силикагелем, а реагент располагают в одном или более фильтрующих элементах, причем табачный дым проходит через один или более фильтрующих элементов.

33. Способ по п.32, отличающийся тем, что силикагель имеет средний диаметр частиц по меньшей мере 10 мкм или указанный силикагель находится в форме частиц, имеющих размер по меньшей мере 60 меш, и указанный табачный дым проходит через массу частиц указанного силикагеля.

34. Способ по п.32 или 33, отличающийся тем, что указанный силикагель вводят в волокна ацетатцеллюлозы и/или полипропилена, а табачный дым представляет собой поток дыма от горения сигареты.

35. Способ по любому из пп.32-34, отличающийся тем, что сигаретный фильтр включает промежуток, содержащий неспрессованные гранулы силикагеля, а табачный дым проходит через указанные гранулы, или указанным силикагелем загружают материал подложки, а указанный табачный дым протекает, контактируя с силикагелем, которым загружен указанный материал подложки.

36. Способ по любому из пп.32-35, отличающийся тем, что сигаретный фильтр является частью мундштучной фильтрующей заглушки, трубчатого элемента фильтра, сплошной заглушки или открытого пространства, причем указанный табачный дым проходит через указанный фильтр.

37. Способ по любому из пп.32-36, отличающийся тем, что указанный табачный дым проходит через бумагу, содержащую указанный силикагель или покрытую силикагелем, либо табачный дым проходит через сигаретный фильтр, содержащий волокно, загруженное силикагелем.

38. Способ по любому из пп.32-37, отличающийся тем, что силикагель находится в форме частиц на фильтрующих волокнах или другой подложке, причем указанные частицы имеют размер, по меньшей мере, 60 меш и средний размер пор около 40-250 , причем табачный дым проходит через сигаретный фильтр, содержащий частицы силикагеля и волокна или другие подложки.

39. Способ по любому из пп.32-37, отличающийся тем, что силикагель содержит бусинки или частицы, включаемые в материал подложки, причем бусинки или частицы силикагеля имеют средний размер частицы, по меньшей мере, 10 мкм, а табачный дым проходит через сигаретный фильтр, содержащий бусинки или частицы силикагеля.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение касается сигаретного фильтра, способного селективно удалять из табачного дыма такой газообразный компонент, как альдегиды, а также способа производства этого фильтра и способа удаления такого компонента.

В данной области было предложено широкое разнообразие материалов в качестве фильтров для табачного дыма. Такие фильтрующие материалы включают хлопок, бумагу, целлюлозу и некоторые синтетические волокна. Эти фильтрующие материалы, однако, только удаляют частицы и конденсируемые компоненты из табачного дыма. Они обладают малой эффективностью или совсем неэффективны при удалении некоторых газообразных компонентов, например, альдегидов, из табачного дыма.

В свете этого предлагались некоторые добавки для изменения свойств фильтрующих материалов. Примерные добавки упомянуты, например, в патентах США 2815761; 2881772; 2968306; 3003504 и 3354886. Некоторые из этих известных добавок эффективны при удалении некоторых количеств газообразных компонентов из табачного дыма. Однако такие добавки также имеют различные недостатки.

Например, патент США 2968306 раскрывает использование некоторых аминокислот, таких как глицин, для удаления альдегидов из табачного дыма. Было обнаружено, что хотя глицин может снижать уровень формальдегида в табачном дыме, он нестабилен в процессе производства сигаретных фильтров. Кроме того, при хранении он выделяет аммиачный запах.

Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в обеспечении сигаретных фильтров, а именно сигаретных фильтров, которые могут селективно удалять из табачного дыма газообразные компоненты, такие как альдегиды, без недостатков, связанных с известными добавками.

Поставленная задача решается посредством сигаретного фильтра, содержащего по существу из по меньшей мере одной химически активной функциональной группы, ковалентно связанной с нелетучим неорганическим субстратом, в котором указанный реагент химически реагирует с газообразным компонентом потока дыма для удаления этого газообразного компонента из потока дыма, причем указанной функциональной группой является аминопропилсилиловая группа.

Указанный реагент предпочтительно включен в одну или более частей сигаретного фильтра, выбранную из группы, состоящей из фильтрующей бумаги, мундштучной бумаги, формованной бумажной вставки, заглушки, промежутка или проточной гильзы.

Упомянутая функциональная группа предпочтительно является 3-аминопропилсилиловой группой. Субстрат может содержать частицы или формованную деталь из силикагеля.

Газообразный компонент, удаляемый из указанного потока дыма, обычно является полярным, например, альдегидом.

Реагент предпочтительно включен в сигаретную фильтрующую бумагу, расположенную в проточном фильтре, причем фильтрующая бумага, возможно, имеет трехмерную конфигурацию и/или фильтрующая бумага является прокладкой на внутренней части полого трубчатого элемента.

Реагент может быть включен в ацетат целлюлозные волокна и/или волокна полипропилена, образующие заглушку или проточный элемент фильтра.

В вариантах выполнения реагент может быть включен в полость, или в по меньшей мере одно из мундштучной фильтрующей заглушки и смежного ей трубчатого фильтрующего элемента, или в по меньшей мере одно из мундштучной фильтрующей заглушки, смежного ей первого трубчатого элемента фильтра и второго трубчатого элемента фильтра, смежного первому трубчатому элементу фильтра, или указанный реагент включен в по меньшей мере одну часть фильтра из трех частей, включающего мундштучную фильтрующую заглушку, первую фильтрующую заглушку, смежную указанной мундштучной фильтрующей заглушке, и вторую фильтрующую заглушку, смежную первой фильтрующей заглушке.

Указанный реагент предпочтительно содержит 3-аминопропилсилиловые группы, ковалентно связанные с силикагелем.

Силикагель обычно имеет средний диаметр частиц от 10 до 50 мкм или находится в форме частиц размером от 25 до 60 меш.

Общее содержание азота в указанном силикагеле предпочтительно находится в диапазоне приблизительно от 1 до 3 вес.%, предпочтительно от 1,5 до 2 вес.%.

Другой объект изобретения касается курительного изделия, содержащего сигаретный фильтр с вышеописанными признаками, прикрепленный к табачному стержню мундштучной бумагой.

Еще один объект изобретения касается способа производства вышеописанного сигаретного фильтра. Предлагаемый способ предусматривает стадии: приготовления реагента, состоящего по существу из по меньшей мере одной химически активной функциональной группы, ковалентно связанной с нелетучим неорганическим субстратом, и включения реагента в сигаретный фильтр, в котором реагент химически реагирует с газообразным компонентом табачного дыма для удаления указанного газообразного компонента из газовой смеси, причем указанной функциональной группой является аминопропилсилиловая группа.

Предпочтительно данный способ дополнительно предусматривает прикрепление сигаретного фильтра к табачному стержню посредством мундштучной бумаги.

Указанный реагент включают в одну или более частей сигаретного фильтра, выбранную из группы, состоящей из фильтрующей бумаги, мундштучной бумаги, формованной бумажной вставки, заглушки, промежутка или проточной гильзы.

В варианте выполнения способ по изобретению дополнительно предусматривает стадию прикрепления фильтрующей бумаги в проточном фильтре сигареты, например, посредством формирования из указанной фильтрующей бумаги трехмерной конфигурации или прикрепления этой бумаги в качестве прокладки на внутреннюю часть полого трубчатого элемента, или комбинирования указанного реагента с волокнами и формирования фильтрующего элемента из указанного реагента и волокон, или комбинирования указанного реагента с волокнами целлюлозы и/или полипропилена и образования заглушки или проточного элемента фильтра, или включения указанного реагента в полость указанного фильтра.

Предпочтительно реагент приготовлен так, что функциональная группа включает 3-аминопропилсилиловую группу, или N-[2-аминоэтил]-3-аминопропилсилиловую группу, или N-[3-аминоэтил]-3-аминопропилсилиловую группу, или N-[N-(2-аминоэтил)-2-аминоэтил]-3-аминопропилсилиловую группу.

Реагент приготавливают предпочтительно реакцией силикагеля с водным или безводным раствором, содержащим 3-аминопропилтриэтоксисилан, или 3-аминопропилтриметоксисилан, или N-[3-(триметоксисилил)-пропил]-этилендиамин, или N¹-[3-(триметоксисилил)-пропил]-диэтилентриамин, причем предпочтительно реагент содержит 3-аминопропилсилиловую группу, ковалентно связанную с силикагелем, причем указанный силикагель, возможно, имеет средний диаметр частиц по меньшей мере 10 мкм или указанный силикагель находится в форме частиц, имеющих размер по меньшей мере 60 меш.

В этом варианте способ может дополнительно предусматривать стадию загрузки указанными 3-аминопропилсилиловыми группами, ковалентно связанными с силикагелем, материала подложки, образующего фильтрующий элемент сигаретного фильтра, или покрытия фильтрующей бумаги указанными 3-аминопропилсилиловыми группами, ковалентно связанными с силикагелем, или загрузки силикагелем волокна, образующего фильтрующий элемент сигаретного фильтра.

В варианте, когда силикагель находится в форме частиц, способ по изобретению может дополнительно предусматривать стадию загрузки частицами силикагеля фильтрующих волокон или других подложек, причем указанный силикагель имеет размер по меньшей мере 60 меш и средний размер пор от около 40 до около 250 , а если силикагель содержит бусинки или частицы, то имеется стадия включения бусинок или частиц силикагеля в материал подложки, причем бусинки или частицы силикагеля имеют средний диаметр частиц по меньшей мере 10 мкм.

И еще один объект изобретения касается способа удаления газообразного компонента из табачного дыма, предусматривающий прохождение табачного дыма в контакте с сигаретным фильтром, включающим реагент, содержащий по меньшей мере одну химически активную функциональную группу, ковалентно связанную с нелетучим неорганическим субстратом, так что реагент вступает в химическую реакцию с газообразным компонентом табачного дыма и удаляет указанный газообразный компонент из табачного дыма, причем указанной функциональной группой является аминопропилсилиловая группа, являющаяся эффективной для удаления альдегида из табачного дыма.

Предпочтительно этот способ предусматривает стадии сжигания табака и направления газового потока, содержащего табачный дым, через сигаретный фильтр, так что компонент табачного дыма, подлежащий удалению, вступает в химическую реакцию с реагентом, предотвращающую его возвращение в газовый поток.

Реагент обычно включают в одну или более частей сигаретного фильтра, выбранных из группы, состоящей из фильтрующей бумаги, мундштучной бумаги, формованной бумажной вставки, промежутка и проточной гильзы, причем табачный дым проходит через одну или более указанных частей фильтра. Этот сигаретный фильтр предпочтительно удаляет полярный газообразный компонент, такой как альдегид.

Указанный субстрат может содержать частицы или формованную деталь, причем табачный дым проходит через скопление частиц или формованную деталь соответственно.

В варианте выполнения этого способа субстрат содержит фильтрующие волокна, а реагент ковалентно связан с фильтрующими волокнами в количестве от 10 до 50 вес.%.

Как упомянуто выше, функциональная группа предпочтительно является 3-аминопропилсилиловой группой, эффективно удаляющей формальдегид из табачного дыма.

Реагент предпочтительно приготавливают посредством ковалентного связывания аминопропилсилиловых групп с гранулами силикагеля, и эти гранулы силикагеля комбинируют с воздухопроницаемым корпусом сигаретного фильтра. В этом случае способ по изобретению обычно предусматривает загрузку силикагелем волокнистого материала с образованием воздухопроницаемого корпуса сигаретного фильтра.

В варианте выполнения реагент, содержащий 3-аминопропилсилиловые группы, ковалентно связанные с силикагелем, располагают в одном или более фильтрующих элементах, причем табачный дым проходит через один или более фильтрующих элементов.

Как упомянуто выше, силикагель предпочтительно имеет средний диаметр частиц по меньшей мере 10 мкм или указанный силикагель находится в форме частиц, имеющих размер по меньшей мере 60 меш, и указанный табачный дым проходит через массу частиц указанного силикагеля, причем указанный силикагель предпочтительно вводят в волокна ацетатцеллюлозы и/полипропилена, а табачный дым представляет собой поток дыма от горения сигареты.

В варианте выполнения этого способа сигаретный фильтр может включать промежуток, содержащий неспрессованные гранулы силикагеля, а табачный дым проходит через указанные гранулы, или указанным силикагелем загружают материал подложки, а указанный табачный дым протекает, контактируя с силикагелем, которым загружен указанный материал подложки.

Сигаретный фильтр может также являться частью мундштучной фильтрующей заглушки, трубчатого элемента фильтра, сплошной заглушки или открытого пространства, причем указанный табачный дым проходит через указанный фильтр, предпочтительно так, что он проходит через бумагу, содержащую указанный силикагель или покрытую силикагелем, либо табачный дым проходит через сигаретный фильтр, содержащий волокно, загруженное силикагелем, причем силикагель либо находится в форме частиц на фильтрующих волокнах или другой подложке, имеющих размер по меньшей мере 60 меш и средний размер пор от около 40 до около 250 , либо силикагель содержит бусинки или частицы, включаемые в материал подложки и имеющие средний размер частицы по меньшей мере 10 мкм.

Фиг.1 - вид в перспективе с частичным вырывом сигареты, выполненной в соответствии с одним из вариантов изобретения, в котором сложенная бумага, содержащая реагент, который химически реагирует с компонентом сигаретного дыма, вводится в полый участок трубчатого фильтрующего элемента сигареты;

Фиг.2 - вид в перспективе с частичным вырывом другого варианта выполнения, в котором реагент включен в сложенную бумагу, введенную в полый участок трубчатого фильтрующего элемента;

Фиг.3 - вид в перспективе с частичным вырывом еще одного варианта выполнения, в котором реагент включен в фильтрующий элемент с конфигурацией заглушка - промежуток - заглушка;

Фиг.4 - вид в перспективе с частичным вырывом еще одного варианта выполнения, в котором реагент включен в трехсекционный фильтрующий элемент, имеющий три заглушки;

Фиг.5 - вид в перспективе с частичным вырывом еще одного варианта выполнения, в котором реагент включен в четырехсекционный фильтрующий элемент, имеющий конфигурацию заглушка - промежуток - заглушка и полую гильзу;

Фиг.6 - вид в перспективе с частичным вырывом еще одного варианта выполнения, в котором реагент включен в трехсекционный фильтрующий элемент, имеющий две заглушки и полый рукав;

Фиг.7 - вид в перспективе с частичным вырывом еще одного варианта выполнения, в котором реагент включен в двухсекционный фильтрующий элемент, имеющий две заглушки;

Фиг.8 - вид в перспективе с частичным вырывом еще одного варианта выполнения, в котором реагент включен в фильтрующий элемент сигареты, используемой с электрическим курительным приспособлением;

Фиг.9 показывает химические структуры исходных материалов, промежуточных продуктов и готового APS-силикагелевого реагента для представленного здесь процесса изготовления реагента, используемого по изобретению;

Фиг.10 дает графическое представление силикагеля, в котором угол связи Si-O-Si составляет 145°, длина связи Si-O составляет около 1,62 , а обычное расстояние Si-Si составляет около 3,06 ;

Фиг.11 дает графическое представление APS-силикагеля, в котором угол связи Si-O-Si составляет 145, длина связи Si-O составляет около 1,62 , а обычное расстояние Si-Si составляет около 3,06 ;

Фиг.12 изображает AEAPS силикагель и его силановый предшественник;

Фиг.13 изображает AEAEAPS силикагель и его силановый предшественник и

Фиг.14 дает представление, в виде химической формулы, о том, как формальдегид может химически соединяться с APS-силикагелем, когда сигаретный дым контактирует с APS-силикагелем.

Изобретение обеспечивает фильтрующую конструкцию, которая эффективно удаляет компоненты сигаретного дыма посредством его химической реакции с реагентом. Реагент предпочтительно содержит по меньшей мере одну химически активную функциональную группу. Для предотвращения переноса реагента или продукта его реакции с целевым компонентом сигаретного дыма в поток сигаретного дыма функциональная группа ковалентно связана с неорганическим нелетучим субстратом. Такое соединение имеет преимущество по сравнению с фильтрующими конструкциями, в которых газообразные компоненты поглощаются, адсорбируются или иным нехимическим путем удаляются из потока дыма. Такие нехимически удаляемые компоненты могут удаляться только временно и могут снова поступать в поток дыма или, при реакции с летучим реагентом, обеспечивают продукты, которые сами являются летучими и, следовательно, могут снова поступать в поток дыма. Согласно настоящему изобретению, поскольку химически активная функциональная группа ковалентно связана с субстратом и газообразный компонент вступает в химическую реакцию с реагентом, можно предотвратить возвращение удаляемого компонента (и его продукта реакции) из потока дыма.

Последующее объяснение представлено в контексте наиболее предпочтительного варианта выполнения изобретения, в котором реагент является АРS-силикагелем. Не желая связывать себя теорией, мы полагаем, что АРS-силикагель содержит первичные аминогруппы, которые при обычных условиях курения вступают в химическую реакцию с альдегидами в табачном дыме и ковалентно связываются с ними. Альдегиды, таким образом, селективно удаляются из табачного дыма. Кроме того, поскольку химически активные функциональные группы и их продукты реакции с альдегидами ковалентно связаны с силикагелем, который является нелетучим, основной поток табачного дыма по существу свободен от АРS-силикагеля, а также от альдегидов, которые связаны с ним.

Альдегиды в табачном дыме, которые могут селективно удаляться реагентом по изобретению, включают формальдегид, ацетальдегид, акролеин, малональдегид, кротональдегид и т.д., но не ограничиваются ими.

В первом предпочтительном варианте выполнения реагент, такой как АРS-силикагель, включается в или на основу, такую как бумага (например, мундштучная бумага), то есть помещается вдоль фильтрующего участка сигареты. Как будет понятно специалистам в данной области, такую бумагу можно использовать, например, в качестве обертки или прокладки в фильтрующем участке сигареты. Реагентом, таким как APS-силикагель, также может быть загружена такая основа, как слабо или туго сложенная бумага, введенная в полый участок сигаретного фильтра. Эта основа предпочтительно находится в форме листового материала, такого как гофрированная бумага, фильтрующая бумага или мундштучная бумага. Однако также можно использовать другие подходящие материалы основы, такие как органические или неорганические материалы, совместимые с сигаретами.

Фиг.1 показывает сигарету 2, имеющую табачный стержень 4, фильтрующий участок 6 и мундштучный фильтр 8. Как показано на чертеже, АРS-силикагелевым реагентом может загружаться сложенная бумага 10, вводимая в незаполненную полость, такую как внутренняя часть проточной гильзы 12, образующей часть фильтрующего участка 6.

Фиг.2 показывает сигарету 2, имеющую табачный стержень 4 и фильтрующий участок 6, причем сложенная бумага 10 расположена в незаполненной полости первой проточной гильзы 13, расположенной между мундштучным фильтром 8 и второй проточной гильзой 15. Бумага 10 может использоваться не только в форме сложенного листа, но и в других формах. Например, бумага 10 может использоваться в виде одной или более отдельных полос, свернутого рулона и т.д. В любой форме требуемое количество такого реагента, как АРS-силикагель, можно обеспечить в фильтрующем участке сигареты посредством комбинации покрывающего количества реагента/площади бумаги и/или общей площади покрытой бумаги, используемой в фильтре (например, большее количество АРS-силикагеля можно обеспечить просто посредством использования участков покрытой бумаги с большей площадью). В сигаретах, показанных на Фиг.1 и 2, табачный стержень 4 и фильтрующий участок 6 соединены вместе мундштучной бумагой 14. В обеих сигаретах фильтрующий участок 6 может удерживаться посредством внешней обертки 11.

Реагент, такой как АРS-силикагель, может быть включен в фильтрующую бумагу несколькими способами. Например, АРS-силикагель может быть смешан с водой с образованием суспензии. Этой суспензией затем покрывают предварительно сформированную фильтрующую бумагу и позволяют ей высохнуть. Эта фильтрующая бумага затем может быть включена в фильтрующий участок сигареты способом, показанным на Фиг.1 и 2. Альтернативно высушенная бумага может быть свернута в форме пробки и введена в фильтрующий участок сигареты. Например, бумага может быть свернута в форме пробки и введена в качестве заглушки внутрь проточного элемента, такого как полипропиленовая или ацетилцеллюлозная гильза. В другой конструкции бумага может включать внутреннюю прокладку такого проточного элемента фильтра.

Альтернативно и более предпочтительно реагент, такой как APS-силикагель, добавляют к фильтрующей бумаге в процессе ее изготовления. Например, APS-силикагель можно смешивать с целлюлозной массой основы с образованием смеси целлюлозной пульпы. Смесь затем может быть сформирована в фильтрующую бумагу согласно способам, известным из уровня техники.

В другом предпочтительном варианте выполнения реагент, такой как АРS-силикагель, включают в волокнистый материал самого участка сигаретного фильтра. Такие фильтрующие материалы включают волокнистые фильтрующие материалы, включающие бумагу, ацетилцеллюлозные волокна и полипропиленовые волокна, но не ограничиваются ими. Этот вариант выполнения показан на Фиг.3, который показывает сигарету 2, состоящую из табачного стержня 4 и фильтрующего участка 6 фильтра типа заглушка - промежуток - заглушка, имеющего мундштучный фильтр 8, заглушку 16 и промежуток 18. Заглушка 16 может содержать трубчатый или сплошной кусок материала, такого как полипропиленовые или ацетилцеллюлозные волокна. Табачный стержень 4 и фильтрующий участок 6 соединены вместе мундштучной бумагой 14. Фильтрующий участок 6 может включать фильтрующую внешнюю обертку 11. Фильтрующая внешняя обертка 11 содержит традиционный волокнистый фильтрующий материал, а реагент, такой как APS-силикагель, может быть включен в или на фильтрующую внешнюю обертку 11, например, посредством ее покрытия. Альтернативно, APS-силикагель может быть включен в мундштучный фильтр 8, в заглушку 16 и/или в промежуток 18. Кроме того, АРS-силикагель может быть включен в любой элемент фильтрующего участка сигареты. Например, фильтрующий участок может состоять только из мундштучного фильтра 8, а АРS-силикагель может быть включен в мундштучный фильтр и/или в мундштучную бумагу 14.

Фиг.4 показывает сигарету 2, состоящую из табачного стержня 4 и фильтрующего участка 6. Эта конструкция подобна конструкции по Фиг.3, за исключением того, что промежуток 18 заполняется гранулами АРS-силикагеля или заглушкой 17, выполненной из материала, такого как волокна полипропилена или ацетата целлюлозы, содержащие АРS-силикагель. Как в предыдущем варианте выполнения, заглушка 16 может быть полой или сплошной, а табачный стержень 4 и фильтрующий участок 6 соединены вместе мундштучной бумагой 14. Здесь также имеется внешняя обертка 11 фильтра.

Фиг.5 показывает сигарету 2, состоящую из табачного стержня 4 и фильтрующего участка 6, причем фильтрующий участок 6 включает мундштучный фильтр 8, внешнюю обертку 11 фильтра, мундштучную бумагу 14 для соединения табачного стержня 4 и фильтрующего участка 6, заглушку 16 и полую гильзу 20. АРS-силикагель может быть включен в гильзу 13, или гранулами АРS-силикагеля можно заполнить промежуток в гильзе 13. Если требуется, заглушка 16 и гильза 13 могут быть выполнены из материала, такого как полипропиленовые или ацетатцеллюлозные волокна, содержащие АРS-силикагель.

Как и в предшествующем варианте выполнения, заглушка 16 может быть полой или сплошной.

Фиг.6 и 7 показывают дополнительные модификации фильтрующего участка 6. На Фиг.6 сигарета 2 состоит из табачного стержня 4 и фильтрующего участка 6. Фильтрующий участок 6 включает мундштучный фильтр 8, внешнюю обертку 11 фильтра, заглушку 16 и гильзу 13, а АРS-силикагель может быть включен в один или более этих фильтрующих элементов. На Фиг.7 фильтрующий участок 6 включает мундштучный фильтр 8 и увеличенную заглушку 16, АРS-силикагель может быть включен в один или более этих фильтрующих элементов. Так же как и выше, эти заглушки 16 могут быть сплошными или полыми. В сигаретах, показанных на Фиг.6 и 7, табачный стержень 4 и фильтрующий участок 6 соединены вместе мундштучной бумагой 14.

Можно использовать различные технологии для нанесения APS-силикагеля на фильтрующие волокна или другие субстраты. Например, АРS-силикагель можно добавлять к фильтрующим волокнам перед их формированием в фильтрующий элемент, например, в мундштук. АРS-силикагель можно добавлять к фильтрующим волокнам, например, в форме сухого порошка или суспензии, посредством способов, известных из уровня техники. Если АРS-силикагель наносят в форме суспензии, волокнам позволяют высохнуть перед их формированием в фильтрующий элемент.

В другом предпочтительном варианте выполнения реагент, такой как АРS-силикагель, используют в полом участке сигаретного фильтра. Например, некоторые сигаретные фильтры имеют конфигурацию заглушка - промежуток - заглушка, в которой заглушки содержат волокнистый фильтрующий материал, а промежуток является просто пустым пространством между двумя фильтрующими заглушками. Это пустое пространство может заполняться АРS-силикагелем по изобретению. Пример этого варианта выполнения показан на Фиг.3. АРS-силикагель может быть в форме гранул, или им может загружаться подходящая основа, такая как волокно или нить.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения реагент, такой как АРS-силикагель, применяют в фильтрующем участке сигареты для использования с курительным приспособлением, как описано в патенте США 5692525, все содержание которого включено сюда посредством ссылки. Фиг.8 показывает один тип конструкции сигареты 100, которую можно использовать с электрическим курительным приспособлением. Как показано, сигарета 100 включает табачный стержень 60 и фильтрующий участок 62, соединенные мундштучной бумагой 14. Этот фильтрующий участок 62 предпочтительно содержит трубчатый проточный элемент 102 фильтра и мундштучную фильтрующую заглушку 104. Проточный элемент 102 фильтра и мундштучная фильтрующая заглушка 104 могут быть соединены в виде комбинированной заглушки 110 в обертке 112. Табачный стержень 60 может иметь различные формы, включающие одну или более следующих деталей: внешняя обертка 71, еще один трубчатый проточный элемент 74 фильтра, цилиндрическую табачную пробку 80, предпочтительно обернутую в обертку 84, табачный материал 66, содержащий основной материал 68 и материал 70 с ароматом табака, и пустой промежуток 91. Проточный элемент 74 фильтра обеспечивает структурное определение и опору на мундштучном конце 72 табачного стержня 60. На свободном конце 78 табачного стержня 60 табачный материал 64 вместе с внешней оберткой 71 оборачивают вокруг цилиндрической табачной пробки 80. Могут быть выполнены различные модификации фильтрующей конструкции для такой сигареты, включающей реагент по изобретению.

В такую сигарету реагент, такой как APS-силикагель, может быть включен различными способами, например, загрузкой им бумаги или другого материала субстрата, устанавливаемого в проход трубчатого проточного элемента 102 фильтра. Его также можно использовать в качестве прокладки или заглушки внутри трубчатого проточного элемента 102. Альтернативно реагент, такой как APS-силикагель, может быть включен в волокнистые стеночные участки самого трубчатого проточного элемента 102. Например, трубчатый проточный элемент или полая гильза 102 могут быть выполнены из подходящих материалов, таких как волокна полипропилена или ацетата целлюлозы, а реагент, такой как APS-силикагель, может быть смешан с такими волокнами перед процессом формирования гильзы или как часть этого процесса.

В другом варианте выполнения реагент, такой как APS-силикагель, может быть включен в мундштучную фильтрующую заглушку 104 вместо включения в проточный элемент 102. Однако, как в вышеописанных вариантах выполнения согласно изобретению, реагент, такой как APS-силикагель, может быть включен в более чем один компонент фильтрующего участка, например, посредством включения в мундштучную фильтрующую заглушку 104 и в трубчатый проточный элемент 102 фильтра.

Фильтрующий участок 62 по Фиг.8 может быть также модифицирован для образования пустого пространства, в которое может быть введен реагент, такой как гранулированный APS-силикагель.

Как объяснялось выше, APS-силикагель может быть включен в различные подложки. Когда APS-силикагель используют в фильтрующей бумаге, бусинки или частицы силикагеля могут иметь средний диаметр частиц от 10 до 100 мкм, предпочтительно от 40 до 50 мкм. Когда APS-силикагель используют в фильтрующих волокнах или на других подложках, можно использовать частицы силикагеля большего размера. Такие частицы предпочтительно имеют размер от 14 до 60 меш и более предпочтительно от 35 до 60 меш. Частицы силикагеля предпочтительно имеют средний размер пор от около 40 до около 250 и более предпочтительно около 150 .

Количество APS-силикагеля, используемое в сигаретных фильтрах путем включения в подходящую подложку, такую как фильтрующая бумага и/или фильтрующие волокна, зависит от количества альдегидов, содержащихся в табачном дыме, и количества альдегидов, которые желательно удалить. В качестве примера фильтрующая бумага и фильтрующие волокна могут содержать от 10 до 50 вес.% APS-силикагеля.

Любой коммерчески доступный APS-силикагель, такой как силикагель фирмы J.T. Baker Chemical Co., Philipsburg, New Jersey, можно использовать в настоящем изобретении. Нужно заметить, что продукт компании J.T. Baker является “покрытым”. Это значит, что свободная поверхность силикагеля, то есть поверхность, которая не была ковалентно связана с APS-группами силикагеля, выполнена неполярной посредством покрытия гидрофобными группами.

APS-силикагель также может быть изготовлен, например, посредством смешивания аминопропилтриэтокси-силана, более предпочтительно 3-аминопропилтриэтокси-силана с силикагелем в воде и этанольном растворителе. Можно также использовать другие растворители, такие как толуол. Смесь нагревают в течение нескольких часов, чтобы позволить 3-аминопропилтриэтокси-силану прореагировать с поверхностью силикагеля и химически соединиться с ней. Прореагировавшую смесь затем процеживают с получением продукта реакции, содержащего APS-силикагель. Продукт реакции затем промывают растворителем и высушивают в печи при повышенной температуре, такой как около 100С или выше. Хотя стадии промывки и сушки являются необязательными, стадия сушки предпочтительна. В отличие от продукта J.T. Baker, APS-силикагель, изготовленный с помощью этого способа, является не “покрытым”.

Предыдущий параграф описывает порядок процесса, который может осуществляться на практике с помощью других аминопропилтриалкокси-силанов, таких как 3-аминопропилтриметокси-силаны.

APS-силикагель можно также изготавливать посредством следующей, более специфической процедуры. Суспензия выбранного силикагеля быстро размешивается в растворе воды и этанола. К этой смеси добавляют 3-аминопропилтриалкокси-силан, предпочтительно 3-аминопропилтриэтокси-силан. 3-аминопропилтриэтокси-силан можно добавить перед, во время или после нагревания. 3-аминопропилтриэтокси-силан предпочтительно разбавляют безводным этанолом. Полученную смесь затем нагревают, предпочтительно до температуры кипения. В наиболее предпочтительных вариантах выполнения этанол удаляют дистилляцией и заменяют водой. Твердые вещества отделяют посредством такого процесса, как фильтрование, возможно, с промывкой растворителем, предпочтительно водой. Эти твердые вещества затем нагревают в печи, пока происходит потеря воды, до равновесия с окружающей средой. Типичные варианты выполнения предусматривают нагревание до утра при около 105°С.

Фиг.9 показывает наиболее вероятный механизм реакции, происходящей при изготовлении APS-силикагеля, когда 3-аминопропилтриэтокси-силан и силикагель используют в качестве исходных материалов. Этот механизм также подходит для других 3-аминопропилтриалкокси-силанов. Как показано, когда 3-аминопропилтриэтокси-силан контактирует с водой при соответствующих условиях, этоксильные группы замещаются гидроксильными, так что получается промежуточный продукт 3-аминопропилтригидрокси-силан. Предположительно этот промежуточный продукт также подвергается конформационному изменению (которое стабилизирует мономерную форму в достаточной степени, чтобы его можно было использовать в водной среде) перед реакцией с силикагелем, как показано на Фиг.9. Фиг.9, кроме того, показывает структуру промежуточного продукта реакции 3-аминопропилтригидрокси-силана и силикагеля. Наконец, Фиг.9 показывает поперечно-сшитый APS-силикагелевый продукт после сушки. Сушка вызывает потерю гидроксильных групп, приводя к по меньше мере двойной кремниевой связи для химически активной группы.

Как показано на Фиг.9, каждый атом кремния в силикагеле тетраэдрически скоординирован с четырьмя атомами кислорода, каждый из которых связан с двумя атомами кремния или с кремнием и протоном (ОН). Размер поры (представленной на Фиг.9 в виде кольца) может быть различным, но обычно составляет около 150 в диаметре.

3-аминопропилтриэтокси-силан может быть получен от фирмы Dow Corning Corp. Силикагель может быть получен от фирмы Grace Davison Division of W.R. Grace and Co.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ

ПРИГОТОВЛЕНИЕ APS-СИЛИКАГЕЛЕВОГО МАТЕРИАЛА

Приблизительно 1700-2000 г силикагеля “Grace Davison 646” (3560 меш, размер пор 150 ) помещали в 12-литровый котелок из стекла Ругех. Добавляли дистиллированную воду (4 литра) и 95%-ный этанол (2 литра, 100%-ный этанол также приемлем). Фиксируемая сверху крышка имела центральную горловину для стержня мешалки и три периферические горловины для добавления реагентов и удаления пара. Перемешивающая лопатка из нержавеющей стали была прикреплена к мешалке с высоким крутящим моментом (50 дюйм-фунт) с цифровым управлением. Мешалку с высоким крутящим моментом пришлось прикрепить в двух местах к прочной несущей системе, и она служила в качестве ссылочной точки по отношению к котелку. Последний поднимали и опускали системой “Lab-Jacks” (лабораторные лебедки) и точно располагали относительно фиксированного стержня мешалки. Лопасть мешалки должна находиться довольно близко к дну котелка, но не касаясь его. Лопасть никогда не должна касаться дна, даже в результате “бурления”, сопровождающегося отдачей емкости/котелка. Емкость следует удерживать для предотвращения перемещения при “бурлении” (сильном кипении), которое нельзя устранить, но можно уменьшить при перемешивании. Обнаружено, что предпочтительно использовать пластиковые опоры, поскольку опоры из нержавеющей стали оказались подвержены задирам, а стеклянные опоры были склонны ломаться. Смесь перемешивали при 200-300 об/мин и нагревали (12-литровая рубашка, двойная зона нагревания, 100 Вольт на каждую зону). 3-аминопропилтриэтокси-силан (1500 г бутылка), разбавленный 100%-ным этанолом, добавляли как можно быстрее к перемешиваемой нагреваемой смеси. (Введение больших концентраций функциональных групп APS может быть достигнуто путем увеличения количества используемого реагента).

Этанол удаляли дистилляцией. Когда собирали около 2 литров водного этанола, добавляли воду (2 литра) в реакционную смесь для восстановления исходного объема. Собирали еще 2 литра дистиллята и добавляли еще два литра воды для замены. Нагревание прекращали и перемешивание продолжали до прекращения кипения. Смесь оставляли остывать до утра. Устройство демонтировали и силикагель взбалтывали вручную и выгружали в 4-литровые пластиковые колбы, используя рециркулированную надосадочную жидкость для завершения удаления твердых веществ. Твердые вещества отфильтровывали на больших воронках Бюхнера (18-24 см в диаметре) с минимальным промыванием водой (не более нескольких сотен миллилитров). После того, как отсасыванием удаляли максимум влаги, влажные твердые вещества перемещали к нержавеющим стальным желобам для высушивания до утра в печи при температуре 105С.

В зависимости от количества используемого 3-аминопропилтриэтокси-силана относительно исходного силикагеля высушенные продукты показывали номинальное повышение веса, в диапазоне от около 8 до 24%. Одна из групп, используемых в примерах, была изготовлена из 1692,4 г Grace Division "Силикагеля 646" и 500,1 г 3-аминопропилтриэтокси-силана при обычных условиях, описанных выше. После сушки было получено 1891 г силикагеля. Образец был проанализирован на С, Н и N. Найдено: С 4,21%, Н 1,37%, N 1,58%. На основе азотного анализа содержание 3-аминопропила силикагеля составило 6,55 вес.% от общего продукта.

ТЕСТИРОВАНИЕ СИГАРЕТ

Несколько тестов провели для определения способности сигаретного фильтра по изобретению удалять альдегиды из табачного дыма по сравнению с традиционными приспособлениями. В этих экспериментах измеряли количество альдегидов, удаленных из всего потока дыма после того, как сигарета была полностью выкурена. WS представляет количество, в %, альдегидов, удаленных из всего потока дыма после того, как весь дым был собран и проанализирован. ТРМ представляет количество, в мг/сигарета, твердых частиц, собранных в фильтрующем участке сигареты.

В нижеследующих экспериментах используемые силикагели показали номинальное повышение веса от около 8 до около 25% от веса исходного силикагеля в процессе производства, изложенном выше. На основе нижеследующих экспериментов предпочтительное увеличение веса составляет от около 8 до около 16%, предпочтительно от 10 до 15 вес.%. Важно заметить, что это увеличение веса не относится к увеличению веса в результате удаления альдегидов. Оно относится к увеличению веса от реакции, которая добавляет функциональные группы, такие как APS-функциональные группы, к силикагелю. APS-силикагели, которые особенно эффективны при использовании согласно данному изобретению, показывают содержание азота предпочтительно в диапазоне от около 1 до около 3% и еще предпочтительнее в диапазоне от около 1,5 до около 2,1%.

ПРИМЕР 1

Фильтрующие участки сигарет были выполнены согласно Фиг.1 и с участком табачного стержня по Фиг.8. Фильтрующий участок, выполненный согласно изобретению и обозначенный как Образец №2, содержал 16,5 мг АРS-силикагеля на сложенном участке фильтрующей бумаги 10 (17 мм 23 мм), введенном в полый участрк трубчатого фильтра 12. Другой фильтрующий участок, выполненный согласно изобретению, обозначенный как Образец №3, содержал 21 мг АРS-силикагеля на сложенном участке фильтрующей бумаги 10 (22 мм 23 мм), введенном в полость гильзы 12. Сравнительный фильтрующий участок, использующий сложенный участок бумаги (17 мм 23 мм), бумаги (без силикагеля), вставленной в полость гильзы 12, был выполнен в качестве контрольного и обозначен как Образец №1. Для Образцов №2 и 3 15 сигарет были выполнены для ТРМ измерений, и 9 сигарет для W3 измерений. Для контрольного Образца 1 15 сигарет были выполнены для ТРМ измерений и 15 сигарет для W3 измерений Результаты показаны ниже в Таблице 1.

ПРИМЕР 2

Сигареты, подобные сигаретам, тестированным в Примере 1, включали более короткий участок, содержащий АРS-силикагель. В Образцах №1-3 фильтрующий участок был выполнен согласно Фиг.2 и включал 16 мм гильзу 13, 7 мм гильзу 12 и 7 мм фильтрующую заглушку 8. Гильза 12 содержала сложенный лист (7 мм 75 мм) бумаги, покрытый силикагелем и не покрытый им. Были протестированы три образца, обозначенные как контрольный Образец №1 (непокрытая бумага), Образец №2 (бумага, покрытая 11 мг АРS-силикагеля) и Образец №3 (бумага, покрытая 22 мг АРS-силикагеля). Результаты показаны ниже в Таблице 2.

ПРИМЕР 3

Сигареты были выполнены в соответствии с традиционной сигаретой, имеющей табачный стержень, подобный стержню, показанному на Фиг.2, и традиционный фильтрующий элемент. Образец №1 являлся контрольным образцом без АРS-силикагеля, а Образец №2 содержал 50 мг АРS-силикагеля в фильтрующем элементе. WS был измерен для каждой, и результаты показаны в Таблице 3.

ПРИМЕР 4

Сигареты были выполнены в соответствии с Фиг.8, имеющей APS-силикагель, содержащийся в мундштучном фильтре. Образец №1 является контрольным образцом, который не содержит APS-силикагель, а Образцы №2 и 3 содержали APS-силикагель в мундштучном фильтре 104 длиной 7 мм. Образцы также включали гильзу 102, смежную мундштучному фильтру, которая имела длину 23 мм и была выполнена из полипропилена. В образце №3 11 мг APS-силикагеля содержалось в дополнительной полипропиленовой гильзе 74, имеющей длину 7 мм и расположенной в табачном стержне на его конце, смежном фильтрующем элементе. WS измерения проводили для каждой сигареты, и результаты показаны в Таблице 4.

ПРИМЕР 5

Сигареты были выполнены в соответствии с Фиг.8, с APS-силикагелем, содержавшимся в различных фильтрующих элементах. Эти сигареты тестировались для WS- и ТМР-уровней, и результаты показаны ниже в Таблице 5.

Все образцы имели гильзу 102 длиной 23 м в фильтрующем участке и мундштучный фильтр 104 длиной 7 мм. В Образце №2 вторая гильза 74, содержавшая АРS-силикагель, была расположена в табачном стержне смежно фильтрующему участку и имела внутренний диаметр 4,0 мм. В Образцах №3-5 вторая гильза 74, подобная гильзе по Образцу №2, но без APS-силикагеля имела внутренний диаметр 3,5 мм.

ПРИМЕР 6

Сигареты были выполнены в соответствии с вариантом "заглушка - промежуток - заглушка", показанным на Фиг.5. В каждой сигарете трубчатый элемент ("полая гильза") 20 свободного потока имел длину 13 мм, фильтрующая заглушка 8 - длину 5 мм, фильтрующая заглушка 16 - длину 7 мм, а пустой промежуток 18 - длину 5 мм. Контрольные Образцы №1 и 3 содержали 50 мг силикагеля, без какого-либо APS-силикагеля в промежутке 18, а Образцы №2 и 4 включали частицы APS-силикагеля, весящие 50 мг, в промежутке 18. Были проведены WS-измерения, и результаты показаны ниже в Таблице 6.

ПРИМЕР 7

Сигареты, использованные для Образцов №2 и 3 в Таблице 7 ниже, были выполнены в соответствии с вариантами, показанными на Фиг.6 и 7 соответственно. У Образца №2 полая гильза 20 была 16 мм длиной, заглушка 8-7 мм длиной, и заглушка 16 была 7 мм длиной и состояла из скрученной вручную смеси APS-силикагеля и пропиленовых волокон. У Образца №3 заглушка 16 была 23 мм длиной и также состояла из скрученной вручную смеси APS-силикагеля и пропиленовых волокон, а фильтрующая заглушка 8 была 7 мм длиной. Образец №1 был контрольной сигаретой. Измеряли ТРМ и WS. Результаты показаны в Таблице 7 ниже.

Согласно изобретению поверхность силикагеля может быть химически модифицирована для достижения желаемых селективных фильтрующих свойств. В случае APS-силикагеля аминопропилсилиловая группа прикреплена к силикагелевой структуре посредством одной или более ковалентных Si-O-Si связей. Первичная аминогруппа на терминальном (открытом или свободном) конце аминопропилсилиловой группы легко реагирует с альдегидами и кетонами. Первичные амины реагируют с альдегидами с образованием имина и/или других ковалентно связанных производных альдегида. Иминовая группа или другая ковалентно связанная производная альдегида остается связанной с силикагелем, и, таким образом, образование таких производных служит для эффективного удаления альдегидов и кетонов и их продуктов реакции из сигаретного дыма. Первичная аминогруппа также реагирует с цианистым водородом посредством кислотно-щелочной реакции, таким образом снижая содержание этой смеси в сигаретном дыме.

Силикагель является изменяемо-водной формой диоксида кремния, иногда называемого “кремниевой кислотой”, которая может быть приготовлена осаждением кислотой раствора силиката натрия. Силикагель может быть охарактеризован как пористый неупорядоченный трехмерный тетраэдрический силаксановый полимер, образующий листы, ленты, цепочки и рамки с различным размером пор, пронизывающих толщу, образованную различным поперечным сшиванием общей трехмерной структуры. Каждый атом кремния присоединен к четырем атомам кислорода по углам тетраэдра. Атом кислорода обычно (в основном) соединен с двумя атомами кремния, но иногда может быть соединен только с одним атомом кремния и одним атомом кислорода с образованием “силанольной” функциональности. Большинство атомов кислорода являются “силаксановыми” атомами кислорода, присоединенными к двум атомам кремния. Некоторые атомы кремния, называемые “зародышевыми” силанодиолами, присоединены к двум силанольным атомам кислорода. Огромное большинство силанольных групп состоят из атома кремния с одной гидроксильной группой и тремя силоксановыми атомами кислорода. Такие силанолы могут быть отделены друг от друга, но будучи смежными друг другу, называются “соседними” силанолами (оксо-бис-силанолы). Любая такая силанольная функциональность обеспечивает место присоединения для таких групп, образующих производные, как 3-аминопропилсилил. На Фиг.10 представлено графическое изображение силикагеля, у которого типичный угол связи Si-O-Si составляет 145, длина Si-O связи составляет около 1,62 , а типичное расстояние Si-Si составляет около 3,06 .

APS-силикагель может быть охарактеризован как силикагель, модифицированный в некоторых гидроксильных группах, образующим производные реагентом 3-аминопропилтриэтокси-силан, который прочно связывает 3-аминопропилсилиловые (APS) группы с пористой структурой силикагеля. Присоединенные 3-аминопропилсилиловые группы могут реагировать с солевыми субстратами, содержащими карбонильные группы. На Фиг.11 графически представлен APS-силикагель, в котором угол связи Si-O-Si составляет 145, длина связи Si-O составляет около 1,62 , а типичное расстояние Si-Si составляет около 3,06 . 3-аминопропилсилиловые группы могут рассматриваться как основные (щелочные) в том, что они могут удалять кислоты, такие как цианистый водород, из основного потока сигаретного дыма. При приготовлении такого APS-силикагеля предпочтительно, чтобы силикагель имел большой средний размер пор. Например, тогда как “дессикантный” (осушающий) силикагель имеет размер пор порядка 20 , предпочтительный размер пор для APS-силикагеля имеет порядок от 60 до 150 Ангстрем. Силикагель с большим размером пор может быть получен от фирмы Davison Chemical Division of the W.R. Grace and Company, Baltimore, Maryland.

Одна из технологий изготовления силикагеля с большим размером пор предусматривает смешивание раствора силиката натрия с разбавленной серной кислотой, позволяя раствору со временем желатинироваться, промывку водой в течение нескольких дней, сушку и измельчение силикагеля. При превращении силикагеля в APS-силикагель силикагель с желаемым размером частиц может быть нагрет с образующим производные реагентом 3-аминопропилтриэтокси-силаном в растворителе, в таком как вода, этанол, толуол или т.п., а продукт реакции высушен нагреванием для его отверждения. Любой неиспользованный реагент может быть вторично использован при производстве других партий APS-силикагеля. APS-силикагель может быть приготовлен с использованием других дериватизирующих (образующих производные) реагентов. Например, другим дериватизирующим реагентом, который может использоваться, является 3-аминопропилтриметокси-силан, который образует метанол в процессе производства. Напротив, 3-аминопропилтриэтокси-силан образует этанол. Кроме того, силикагель может быть модифицирован так, чтобы включить в него группы в дополнение или вместо APS-групп. Например, силикагель может быть модифицирован с образованием аминоэтиламинопропилсилилового (AEAPS) силикагеля, который может быть изготовлен с использованием N-[3-(триметоксисилил)-пропил]-этилендиамина (Chemical Abstracts Service Registry 1760-24-3) в качестве дериватизирующего реагента. Фиг.12 изображает химические структуры исходного силана и конечного АЕAPS-силикагеля. Альтернативно силикагель может модифицироваться с образованием аминоэтиламиноэтиламинопропилсилилового (AEAEAPS) силикагеля, который может быть изготовлен с использованием N¹-[3-(триметоксисилил)-пропил]-диэтилентриамина (Chemical Abstracts Service Registry 35141-30-1) в качестве дериватизирующего реагента. На Фиг.13 изображены химические структуры исходного силана и конечного AEAEAPS-силикагеля. Вышеописанные поверхностно-модифицированные силикагели APS, AEAPS и AEAEAPS могут изготавливаться в промышленном масштабе в экономных условиях изготовления. Считается, что любая ковалентно связанная аминогруппа, присоединенная к силикагелю, такая как гомологи или аналоги дополнительной аминовой функциональности, может быть использована в качестве компонента воздушного фильтра, такого как сигаретный фильтр по изобретению.

При фильтровании APS-силикагель может постоянно удалять избранные газообразные компоненты из воздушного потока, такого как основной поток табачного дыма. Например, путем введения APS-силикагеля в сигаретный фильтр, сигаретную бумагу, табачный наполнитель и/или табаксодержащий листовой материал сигареты APS-силикагель может использоваться для селективного удаления формальдегида из табачного дыма. Фиг.14 показывает на химической формуле, как формальдегид может быть химически связан с APS-силикагелем, когда сигаретный дым вступает в контакт с APS-силикагелем.

Хотя изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты выполнения, должно быть понятно, что специалисту в данной области будут очевидны изменения и модификации. Такие изменения и модификации должны считаться находящимися в пределах объема изобретения, как определено в прилагаемой Формуле. Например, кольцевая структура, изображенная на Фиг.9, представляет широкий диапазон кольцевых размеров, имеющихся в высокобеспорядочной структуре силикагеля, и не предназначена для исключения других размеров кольцевых форм, являющихся компонентами вещества, охватываемого данной патентной заявкой.