сигарета с пониженным выделением побочного дыма, содержащая несгораемый материал для его обработки

Формула изобретения

1. Сигарета с пониженным выделением побочного дыма, содержащая традиционный табачный стержень и несгораемый обрабатывающий материал для указанного стержня, причем указанный обрабатывающий материал имеет пористость менее чем около 200 единиц Кореста и композицию для обработки побочного дыма, содержащую, в комбинации, окислительный металл-оксидный катализатор для хранения и отдачи кислорода, и, по существу, несгораемую мелкодисперсную, пористую, в виде частиц, добавку к указанному катализатору.

2. Сигарета по п.1, в которой несгораемый обрабатывающий материал имеет пористость от около 0,5 до около 30 единиц Кореста.

3. Сигарета по п.1, в которой указанная добавка имеет средний размер частиц менее чем около 30 мкм.

4. Сигарета по п.3, в которой указанная добавка является материалом с большой площадью поверхности, превышающей около 20 м²/г, и средний размер частиц более чем около 1 мкм.

5. Сигарета по п.4, в которой указанная добавка выбрана из группы, состоящей из глин, по существу, несгораемых измельченных волокон, монолитных материалов на основе минералов, по существу, несгораемого активированного угля, цеолитов и их смесей.

6. Сигарета по п.5, в которой указанные несгораемые размолотые волокна выбраны из группы, состоящей из циркониевых волокон, циркониево-цериевых волокон, керамических волокон, углеродных волокон и их смесей.

7. Сигарета по п.5, в которой указанные монолитные материалы на основе минералов выбраны из группы, состоящей из оксидов циркония, оксидов титана, оксидов церия и их смесей.

8. Сигарета по п.5, в которой указанные цеолиты представлены формулой

M_mM’_nM"_P [a AlO₂·b SiO₂·c TO₂ ]

где

М - одновалентный катион,

M’ - двухвалентный катион,

M" - трехвалентный катион,

a, b, c, n, m и p - числа, отражающие стехиометрические отношения, причем

с, m, n или p - также могут быть нулевыми,

Al и Si - тетраэдрально координированные атомы алюминия и кремния, и

Т - тетраэдрально координированный атом металла, способного заместить Al или Si,

причем отношение b/a цеолита или цеолитоподобного материала имеет значение от около 5 до около 300, а размер микропор цеолита находится в диапазоне от около 0,5 до 1,3 нм (5–13 ).

9. Сигарета по п.5, в которой цеолит выбран из группы, состоящей из силикалитных цеолитов, фауязитов (faujasites), Х-, Y- и L-цеолитов, бета-цеолитов, морденитовых цеолитов, ZSM-цеолитов и их смесей.

10. Сигарета по п.5, в которой поры указанной добавки обеспечивают площадь поверхности более чем около 20 м ²/г.

11. Сигарета по п.10, в которой указанные поры имеют средний диаметр менее чем около 20 нм.

12. Сигарета по п.4, в которой указанный катализатор является мелкодисперсными частицами со средним размером менее чем около 30 мкм.

13. Сигарета по п.4, в которой указанный катализатор имеет размер частиц менее чем около 1,0 мкм, когда указанные частицы катализатора прикреплены к поверхностям указанной добавки.

14. Сигарета по п.13, в которой относительные количества указанного катализатора, прикрепленного к указанной добавке, находятся в диапазоне от около 1% до 75% по весу от общего эквивалентного содержания катализатора и добавки.

15. Сигарета по п.14, в которой относительные количества указанного катализатора, прикрепленного к указанной добавке, составляют от около 20% до 70% по весу от общего эквивалентного содержания катализатора и добавки.

16. Сигарета по п.1, в которой указанный катализатор выбран из группы, состоящей из оксидов переходных металлов, оксидов редкоземельных металлов и их смесей.

17. Сигарета по п.16, в которой указанные оксиды переходных металлов выбраны из группы, состоящей из оксидов металлов групп IVB, VB, VIB, VIIB, VIII, IB и их смесей.

18. Сигарета по п.17, в которой указанные оксиды переходных металлов выбраны из группы, состоящей из оксидов железа, меди, серебра, марганца, титана, циркония, ванадия и вольфрама.

19. Сигарета по п.18, в которой указанным оксидом переходного металла является оксид железа.

20. Сигарета по п.16, в которой указанные оксиды редкоземельных металлов выбраны из группы, состоящей из оксидов скандия, иттрия, лантаноидов и их смесей.

21. Сигарета по п.20, в которой указанным оксидом лантаноида является оксид церия.

22. Сигарета по п.21, в которой указанный оксид церия смешан с цеолитом в качестве указанной добавки.

23. Сигарета по п.21, в которой указанный оксид церия обеспечен в виде слоя, смежного слою цеолита.

24. Сигарета по п.21, в которой указанная композиция содержит частицы оксида церия, прикрепленные к поверхности частиц цеолита.

25. Сигарета по п.21, в которой металлический или металл-оксидный окислительный катализатор использован вместе с указанным оксидом церия, причем металл или оксид металла выбран из группы, состоящей из оксидов благородных металлов, переходных металлов, редкоземельных металлов, металлов групп IIA, IVA и их смесей.

26. Сигарета по п.25, в которой указанным выбранным металлом или оксидом металла является платина, палладий, оксид меди, оксид железа, оксид магния, оксид серебра или их смеси.

27. Сигарета по п.1, в которой первое количество оксида церия в указанной обрабатывающей композиции является указанной добавкой, а второе количество указанного оксида церия в указанной обрабатывающей композиции является указанным катализатором.

28. Сигарета по п.1, в которой указанный обрабатывающий материал содержит от около 10% до около 500% по весу от указанной обрабатывающей композиции.

29. Сигарета по п.1, в которой указанный обрабатывающий материал содержит от около 2,5 г/м² до около 125 г/м² указанной обрабатывающей композиции.

30. Сигарета по п.1, дополнительно содержащая вспомогательное средство обработки, выбранное из группы, состоящей из циркониевых волокон и циркониево-цериевых волокон.

31. Сигаретное изделие с пониженным выделением побочного дыма, содержащее сигарету с традиционной сигаретной бумагой, окружающей традиционный табачный стержень, и несгораемый обрабатывающий материал, окружающий обычную сигаретную бумагу и находящийся, по существу, в контакте с ней, при этом несгораемый обрабатывающий материал содержит композицию для обработки побочного дыма, причем несгораемый обрабатывающий материал имеет пористость менее чем около 200 единиц Кореста, а указанная обрабатывающая композиция содержит, в комбинации, металл-оксидный окислительный катализатор для хранения и отдачи кислорода, и, по существу, несгораемую мелкодисперсную, пористую, в виде частиц, добавку к указанному катализатору.

32. Сигаретное изделие по п.31, в котором обрабатывающий материал обернут на традиционную сигаретную бумагу с образованием обертки этого изделия.

33. Сигаретное изделие по п.31, в котором обрабатывающий материал выполнен в форме трубки, имеющей внутренний диаметр, принимающий сигарету с традиционной сигаретной бумагой и находящийся во фрикционном взаимодействии с ней.

34. Сигаретное изделие по п.31, в котором обрабатывающий материал имеет пористость от около 0,5 до около 30 единиц Кореста.

35. Сигаретное изделие по п.31, в котором указанная добавка имеет средний размер частиц менее чем около 30 мкм.

36. Сигаретное изделие по п.35, в котором указанная добавка является материалом с высокой площадью поверхности, превышающей 20 м ²/г, и со средним размером частиц более 1 мкм.

37. Сигаретное изделие по п.36, в котором указанная добавка выбрана из группы, состоящей из глин, по существу, несгораемых размолотых волокон, монолитных материалов на основе минералов, по существу, несгораемого активированного угля, цеолитов и их смесей.

38. Сигаретное изделие по п.37, в котором указанные несгораемые измельченные волокна выбраны из группы, состоящей из циркониевых волокон, циркониево-цериевых волокон, керамических волокон, углеродных волокон и их смесей.

39. Сигаретное изделие по п.37, в котором указанные цеолиты выбраны из группы, состоящей из силикалитных цеолитов, фауязитов (faujasites), Х-, Y- и L-цеолитов, бета-цеолитов, морденитовых цеолитов, ZSM-цеолитов и их смесей.

40. Сигаретное изделие по п.36, в котором указанный катализатор является мелкодисперсными частицами со средним размером менее 30 мкм.

41. Сигаретное изделие по п.36, в котором указанный катализатор имеет размер частиц менее чем около 1 мкм, когда указанные частицы катализатора прикреплены к поверхности указанной добавки.

42. Сигаретное изделие по п.41, в котором относительные количества указанного катализатора, прикрепленного к добавке, составляют от около 1% до 75% по весу от общего эквивалентного содержания катализатора и добавки.

43. Сигаретное изделие по п.42, в котором относительные количества указанного катализатора, прикрепленного к добавке, составляют от около 20% до 70% по весу от общего эквивалентного содержания катализатора и добавки.

44. Сигаретное изделие по п.31, в котором указанный катализатор выбран из группы, состоящей из оксидов переходных металлов, оксидов редкоземельных металлов и их смесей.

45. Сигаретное изделие по п.44, в котором указанные оксиды переходных металлов выбраны из группы, состоящей из оксидов металлов групп IVB, VB, VIB, VIIB, VIII, IB и их смесей.

46. Сигаретное изделие по п.45, в котором указанные оксиды переходных металлов выбраны из группы, состоящей из оксидов железа, меди, серебра, марганца, титана, циркония, ванадия и вольфрама.

47. Сигаретное изделие по п.46, в котором указанным оксидом переходного металла является оксид железа.

48. Сигаретное изделие по п.44, в котором указанные оксиды редкоземельных металлов выбраны из группы, состоящей из оксидов скандия, иттрия, лантаноидов и их смесей.

49. Сигаретное изделие по п.48, в котором указанным оксидом лантаноида является оксид церия.

50. Сигаретное изделие по п.49, в котором указанный оксид церия смешан с цеолитом в качестве указанной добавки.

51. Сигаретное изделие по п.49, в котором указанный оксид церия обеспечен в виде слоя, смежного слою цеолита.

52. Сигаретное изделие по п.49, в котором указанная композиция содержит частицы оксида церия, прикрепленные к поверхностям частиц цеолита.

53. Сигаретное изделие по п.49, в котором указанный металлический или металл-оксидный катализатор использован вместе с оксидом церия, причем металл или оксид металла выбран из группы, состоящей из оксидов благородных металлов, переходных металлов, редкоземельных металлов, металлов групп IIA, IVA и их смесей.

54. Сигаретное изделие по п.53, в котором указанным выбранным металлом или оксидом металла является платина, палладий, оксид меди, оксид железа, оксид магния, оксид серебра или их смеси.

55. Сигаретное изделие по п.31, в котором первое количество оксида церия в указанной обрабатывающей композиции является указанной добавкой, а второе количество указанного оксида церия в указанной обрабатывающей композиции является катализатором.

56. Сигаретное изделие по п.31, в котором указанный обрабатывающий материал содержит от около 10% до 500% по весу от указанной обрабатывающей композиции.

57. Сигаретное изделие по п.31, в котором указанный обрабатывающий материал содержит от около 2,5 г/м² до около 125 г/м ² указанной обрабатывающей композиции.

58. Сигаретное изделие по п.31, дополнительно содержащее вспомогательное средство обработки, выбранное из группы, состоящей из циркониевых волокон и циркониево-цериевых волокон.

59. Композиция добавки для использования при производстве несгораемого обрабатывающего материала с пористостью менее чем около 200 единиц Кореста, для сокращения побочного дыма, выделяемого горящей сигаретой, содержащая, в комбинации, металл-оксидный окислительный катализатор для хранения и отдачи кислорода, и, по существу, несгораемую мелкодисперсную, пористую, в виде частиц, добавку к указанному катализатору.

60. Композиция добавки по п.59, в которой указанный катализатор и указанная добавка имеют средний размер частиц менее чем около 30 мкм.

61. Композиция добавки по п.59, в которой указанная добавка выбрана из группы, состоящей из глин, по существу, несгораемых размолотых углеродных или керамических волокон, монолитных материалов на основе минералов, по существу, несгораемого активированного угля, цеолитов и их смесей, при этом катализатор выбран из группы, состоящей из оксидов переходных металлов, оксидов редкоземельных металлов и их смесей.

62. Композиция добавки по п.61, в которой несгораемые размолотые волокна выбраны из группы, состоящей из циркониевых волокон, циркониево-цериевых волокон, керамических волокон, углеродных волокон и их смесей.

63. Композиция добавки по п.61, в которой указанные оксиды металлов переходной группы выбраны из группы, состоящей из оксидов металлов групп IVB, VB, VIB, VIIB, VIII, IB и их смесей, а указанные оксиды редкоземельных металлов выбраны из группы, состоящей из оксидов скандия, иттрия, лантаноидов, и их смесей.

64. Композиция добавки по п.63, в которой указанным катализатором является оксид церия, а указанной добавкой является цеолит.

65. Композиция добавки по п.59, дополнительно содержащая вспомогательное средство обработки, выбранное из группы, состоящей из циркониевых волокон и циркониево-цериевых волокон.

66. Композиция суспензии для нанесения на несгораемую обертку для получения несгораемого обрабатывающего материала с пористостью менее чем около 200 единиц Кореста, для сокращения побочного дыма, выделяемого горящей сигаретой, содержащая, в комбинации, металл-оксидный окислительный катализатор для хранения и отдачи кислорода, и, по существу, несгораемую мелкодисперсную, пористую, в виде частиц, добавку к указанному катализатору.

67. Композиция суспензии по п.66, в которой указанный катализатор и указанная добавка имеют средний размер частиц менее чем около 30 мкм.

68. Композиция суспензии по п.67, в которой указанная добавка выбрана из группы, состоящей из глин, по существу, несгораемых измельченных углеродных или керамических волокон, монолитных материалов на основе минералов, по существу, несгораемого активированного угля, цеолитов и их смесей, причем катализатор выбран из группы, состоящей из оксидов переходных металлов, оксидов редкоземельных металлов и их смесей.

69. Композиция суспензии по п.66, в которой указанные несгораемые измельченные волокна выбраны из группы, состоящей из циркониевых волокон, циркониево-цериевых волокон, керамических волокон, углеродных волокон и их смесей.

70. Композиция суспензии по п.68, в которой указанные оксиды переходных металлов выбраны из группы, состоящей из оксидов металлов группы IVB, VB, VIB, VIIB, VIII, IB и их смесей, а указанные оксиды редкоземельных металлов выбраны из группы, состоящей из оксидов скандия, иттрия, лантаноидов и их смесей.

71. Композиция суспензии по п.70, в которой указанным катализатором является оксид церия, а указанной добавкой является цеолит.

72. Композиция суспензии по п.70, введенная в бумагу в количестве от около 10% до 500% по весу.

73. Композиция суспензии по п.66, дополнительно содержащая вспомогательное средство обработки, выбранное из группы, состоящей из циркониевых волокон и циркониево-цериевых волокон.

74. Несгораемый сигаретный материал для использования на выкуриваемом табачном стержне сигареты для сокращения побочного дыма, выделяемого горящей сигаретой, имеющий пористость менее чем около 200 единиц Кореста, и композицию для обработки побочного дыма, содержащую, в комбинации, металл-оксидный окислительный катализатор для хранения и отдачи кислорода, и, по существу, несгораемую мелкодисперсную, пористую, в виде частиц, добавку к указанному катализатору.

75. Материал по п.74, в котором указанный катализатор и указанная добавка имеют средний размер частиц менее чем около 30 мкм.

76. Материал по п.75, в котором указанная добавка выбрана из группы, состоящей из глин, по существу, несгораемых размолотых углеродных или керамических волокон, монолитных материалов на основе минералов, по существу, несгораемого активированного угля, цеолитов и их смесей, причем катализатор выбран из группы, состоящей из оксидов переходных металлов, оксидов редкоземельных металлов и их смесей.

77. Материал по п.74, в котором указанные несгораемые измельченные волокна выбраны из группы, состоящей из циркониевых волокон, циркониево-цериевых волокон, керамических волокон, углеродных волокон и их смесей.

78. Материал по п.76, в котором указанные оксиды переходных металлов выбраны из группы, состоящей из оксидов металлов группы IVB, VB, VIB, VIIB, VIII, IB и их смесей, а указанные оксиды редкоземельных металлов выбраны из группы, состоящей из оксидов скандия, иттрия, лантаноидов и их смесей.

79. Материал по п.78, в котором указанным катализатором является оксид церия, а указанной добавкой является цеолит.

80. Материал по п.78, в котором указанная обрабатывающая композиция введена в указанную бумагу в количестве от около 10% до 500% по весу.

81. Материал по п.74, дополнительно содержащий вспомогательное средство обработки, выбранное из группы, состоящей из циркониевых волокон и циркониево-цериевых волокон.

82. Сигарета с пониженным выделением побочного дыма, содержащая традиционный табачный стержень и несгораемый обрабатывающий материал для указанного стержня, причем указанный обрабатывающий материал имеет пористость менее чем около 200 единиц Кореста и композицию для обработки побочного дыма, содержащую, в комбинации, металл-оксидный окислительный катализатор для хранения и отдачи кислорода, и, по существу, несгораемую мелкодисперсную пористую цеолитовую добавку к указанному катализатору.

83. Сигарета по п.82, дополнительно содержащая вспомогательное средство обработки, выбранное из группы, состоящей из циркониевых волокон и циркониево-цериевых волокон.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к несгораемому материалу для обработки сигаретного побочного дыма. Этот несгораемый материал, заменяющий обычную сигаретную бумагу, либо используемый в комбинации с сигаретой, содержащей обычную сигаретную бумагу, позволяет получить курительное изделие с пониженным выделением побочного дыма.

При курении табачных изделий, в частности сигарет, образуется три типа дыма, а именно основной дым, выдыхаемый дым и побочный дым. Для удаления побочного дыма и выдыхаемого дыма из замкнутых пространств, в которых люди могут курить, широко используются фильтрующие материалы. Общепризнано, что большинство дыма, образующегося при курении, относится к побочному дыму. Таким образом, существует значительная потребность в уменьшении количества побочного дыма, что может быть достигнуто одним или несколькими из следующих способов:

i) изменением состава табака и характеристик плотности набивки табачного стержня в сигарете или сигаре;

ii) изменением бумажной обертки сигареты или сигары;

iii) изменением диаметра сигареты и состава содержащегося в ней табака и/или установкой на сигарете или сигаре устройства для приема побочного дыма и/или для борьбы с его выделением.

При попытках сокращения выделения побочного дыма предлагались различные варианты табачных стержней и сигаретной бумаги. Эти конструкции тем или иным способом воздействовали на скорость свободного горения сигареты или сигары, что приводило к гашению зажженной сигареты или сигары, если ею не затягивались в течение длительного времени. К таким вариантам относятся специальные табачные смеси, сигареты уменьшенного диаметра, уплотнения и множественные слои сигаретного табака в сигаретной порции. Такие конструкции могут существенно замедлить скорость свободного горения сигареты и тем самым увеличить количество затяжек не единицу длины сигареты. В комбинации с выбранными табаком и/или конструкцией курительного изделия, или независимо от состава табака, на скорость свободного горения сигареты может повлиять и состав сигаретной бумаги. В такую бумагу вводят химикаты, замедляющие скорость свободного горения, химикаты, уменьшающие побочный дым, или используют множественные обертки из разных типов сигаретной бумаги с одинаковыми или разными характеристиками, и уменьшение проницаемости для воздуха. См., например, канадские патенты 1239783 и 1259008, и патенты США 4108151; 4225636; 4231377; 4420002; 4433697; 4450847; 4461311; 4561454; 4624268; 4805644; 4878507; 4915118; 5220930 и 5271419, а также заявку на патент Великобритании 2094130. Также испытывались сигареты уменьшенного диаметра, например, описанные в патенте США 4637410.

Предлагались различные устройства для содержания сигарет, главным образом, чтобы предотвратить случайные возгорания. Они могут одновременно содержать (или нет) фильтры различных типов для фильтрования и тем самым уменьшения количества побочного дыма. Примеры таких устройств показаны в патентах США 1211071; 3827444; 3886954 и 4685477.

Кроме того, выпускаются различные типы мундштуков, предназначенных прежде всего для минимизации окрашивания пальцев курильщика. Такие устройства могут быть соединены с концом сигареты или установлены на сигарету, как показано в патенте США 1862679. Другие сигареты, заключенные в перфорированные тем или иным образом обертки для обеспечения безопасности и/или для борьбы с побочным дымом, описаны в патенте Канады 835684 и в патентах США 3220418 и 5271419.

Устройства, которые могут устанавливаться на сигарету и могут сдвигаться вдоль сигареты для управления скоростью ее горения и, следовательно, скоростью свободного горения сигареты, описаны в патенте Великобритании 928089, в патенте США 4638819 и в публикации WO 96/22031. В патенте Великобритании 928089 описано средство управления горением сигареты, ограничивающее приток воздуха к зоне горения сигареты. Предполагается, что за счет замедления горения сигареты количество табака в ней может быть сокращено вдвое, и сигарета может быть более короткой. Средство, ограничивающее приток воздуха, может быть образовано набором отверстий различного размера или гофрированными участками с продольными отверстиями вдоль части сигареты. В патенте США 4638819 описано кольцо, которое помещают на сигарету и сдвигают вдоль нее в процессе курения для управления скоростью свободного горения сигареты и сокращения побочного дыма. Кольцо выполнено из твердого материала, предпочтительно металла, который вызывает существенное окрашивание и из-за различных диаметров сигарет не может надежно обеспечить желаемую степень сокращения побочного дыма и время гашения.

Другие системы, разработанные для управления побочным дымом, описаны в WO 95/34226 и в патентах США 4685477; 5592955 и 5105838. В этих источниках описаны различные трубчатые конструкции, в которые помещен табачный элемент, для минимизации выделения побочного дыма.

В конструкции сигарет использовались различные типы керамических деталей, включая изолирующие трубки для сигарет, а также изолирующие трубки для устройств, генерирующих сигаретный дым. В патенте США 4915117 описан тонкий лист из керамики, который заменяет сигаретную бумагу для сокращения количества органических веществ, выделяющихся при сгорании обычной сигаретной бумаги. Изолирующие керамические гильзы описаны в патентах США 5105838 и 5159940. В патенте США 5105838 описана сигарета, имеющая тонкий табачный стержень, составляющий по окружности около 12,5 мм. Изолирующая керамическая гильза имеет низкую теплопроводность и выполнена пористой. Для сокращения выделения побочного дыма горящим табачным стержнем скорость свободного горения уменьшается за счет применения обертки с низкой пористостью, помещенной вокруг пористого керамического элемента, при этом обертка имеет проницаемость менее чем около 15 единиц Кореста.

В патенте США 5592955 описана несгораемая, пористая оболочка повторного использования для хранения и удерживания стержня курительного материала до, во время и после курения.

Сокращение выделяемого из этого устройства побочного дыма обеспечивается наружной оберткой оболочки, которая имеет проницаемость менее 40 единиц Кореста, а радиальная толщина оболочки составляет от около 0,25 до 0,75 мм. Обертка определяет общую пористость устройства и тем самым управляет скоростью свободного горения сигареты и сокращает выделение побочного дыма между затяжками. Устройство содержит воздухопроницаемый колпачок на открытом конце трубки. Несгораемая оболочка может содержать металлические ленточки, которые служат в качестве теплоотводов для уменьшения скорости свободного горения табачного стержня.

В курительных устройствах, особенно таких, как фильтры табачного и особенно сигаретного дыма применялись каталитические материалы для преобразования составляющих основного дыма, обычно с помощью окисления, как показано в патенте США 3693632, патенте Великобритании 1435504 и в опубликованных заявках на европейский патент ЕР 107471 и ЕР 658320. Катализаторы также вводились в сигаретную бумагу, которой обертывали табак, как показано в канадском патенте 604895 и в патентах США 4182348 и 5386838. В табак и в сигаретные фильтры вводились адсорбирующие материалы, такие как цеолиты. Цеолиты, приспособленные для такого применения, описаны в заявке ЕР 740907, где такие цеолиты имеют размер пор в диапазоне 5-7 Ангстрем.

Заявитель внес существенный вклад в эту область, как описано в патентах США 5462073 и 5709228 и публикациях WO 96/22031; WO 98/16125 и WO 99/53778. Несгораемые системы, описанные в каждой из этих опубликованных патентов и заявок, предназначены для систем борьбы с побочным сигаретным дымом. В частности, в международной заявке WO 99/53778 описан материал для обработки побочного сигаретного дыма, в котором использована комбинация материала, имеющего развитую систему пор значительно выше 200 единиц Кореста, и кислородсодержащего компонента, способного отдавать кислород. Хотя эти различные устройства с разной степенью успеха боролись с побочным дымом горящей сигареты, различные варианты настоящего изобретения предлагают несгораемый материал, способный бороться с побочным сигаретным дымом неожиданно лучше без необходимости в высокопористом материале для обеспечения обычной скорости свободного горения. Более конкретно, настоящее изобретение относится к простому в изготовлении несгораемому материалу для обработки побочного дыма, имеющему пористость менее чем около 200 единиц Кореста.

Настоящее изобретение в его различных вариантах приводит к существенному сокращению побочного дыма. Неожиданно было обнаружено, что такое сокращение побочного дыма может быть достигнуто за счет использования несгораемого материала с пористостью менее чем около 200 единиц Кореста и предпочтительно менее 30 единиц Кореста. Этот обрабатывающий материал включает композицию для обработки побочного дыма, содержащую, в комбинации, металл-оксидный окислительный катализатор для хранения и отдачи кислорода и по существу несгораемую мелкодисперсную, пористую, в виде частиц, порошковую добавку к катализатору.

Несгораемому материалу можно придать пространственную форму листа, обертки, бумаги и т.п. Такому отформованному обрабатывающему материалу можно придать форму трубки, помещаемой на сигаретную бумагу по существу в контакте с ней, при этом обрабатывающий материал может быть обернут вокруг сигареты и находиться по существу в контакте с сигаретной бумагой, или же этот материал может заменить традиционную сигаретную бумагу. Этот несгораемый материал обеспечивает приемлемую скорость свободного горения традиционной сигареты, одновременно минимизируя или фактически устраняя видимый побочный дым.

Добавка к катализатору может быть выбрана из группы, состоящей из глин, по существу несгораемых измельченных волокон, монолитных материалов на основе минералов, по существу несгораемого активированного угля, цеолитов и их смесей.

Добавкой к катализатору может быть любой подходящий по существу несгораемый порошок, например глина, углеродные материалы, например размолотые пористые углеродные волокна, керамика, например размолотые пористые керамические волокна и пористые частицы с высокой площадью поверхности. В этой связи наиболее предпочтительной добавкой к катализатору является по существу несгораемый сорбирующий материал с большой площадью поверхности, например активированный уголь или цеолиты. В наиболее предпочтительном варианте выполнения сорбирующими материалами являются цеолиты, в частности гидрофобные цеолиты. Цеолиты особенно предпочтительны в комбинации с катализатором на основе церия.

Композиция для обработки побочного дыма может наноситься разными способами. Эта композиция может использоваться как наполнитель при производстве несгораемого материала, которым пропитывается несгораемый материал, или как покрытие(я) или слой(и) на внешней или внутренней поверхности несгораемого материала. Полученный материал для обработки побочного дыма может иметь пористость менее чем 200 единиц Кореста. Предпочтительная пористость обычно ниже и составляет от около 0,5 до 30 единиц Кореста. Этот материал может использоваться как множественная обертка. Этот материал может наноситься в виде наружной обертки вокруг сигареты с традиционной сигаретной бумагой.

Композиция для обработки побочного дыма может наноситься в виде покрытия на любую сторону или на обе стороны обертки сигареты с множественной (обычно двойной) оберткой, или вводиться в материал, или может служить наполнителем при производстве материала для единственной или множественной обертки сигаретной бумаги. В случае двойной обертки композиция для обработки побочного дыма в одном варианте может находиться между двумя обертками. В другом варианте, этой композицией может быть покрыта сторона обертки, смежная табачному стержню, причем можно предусмотреть различные количества композиции между двумя обертками. В еще одном варианте с двойной оберткой композиция для обработки побочного дыма может наноситься на обе стороны обертки, помещенной на табачный стержень, причем, возможно, в разных количествах. Вторая обертка может использоваться в качестве дополнительной обертки вокруг первой обертки. Было обнаружено, что для большего сокращения выделения побочного дыма катализатор и добавка должны использоваться совместно. Эти два компонента могут смешиваться как наполнитель, например, при изготовлении несгораемого материала. Альтернативно, при использовании в качестве покрытия катализатор и добавка также смешиваются, обычно в виде суспензии, и в такой форме наносятся на несгораемый материал. Что касается предпочтительных вариантов и, в частности, совместного применения церия с цеолитом, эти материалы могут наноситься в виде отдельных контактирующих тонких слоев для образования многослойного покрытия. Такие слои могут иметь толщину меньше толщины традиционной сигаретной бумаги и благодаря их тесному контакту работать, как если бы они были объединены и смешаны.

Согласно другим объектам настоящего изобретения сигарета с пониженным выделением побочного дыма содержит традиционный табачный стержень и несгораемый обрабатывающий материал для этого стержня, где этот обрабатывающий материал имеет пористость менее чем около 200 единиц Кореста, и композицию для обработки побочного дыма, содержащую, в комбинации, окислительный катализатор на основе оксида металла для хранения и отдачи кислорода и по существу несгораемую мелкодисперсную, пористую, в виде частиц, добавку к катализатору.

Согласно еще одному объекту настоящего изобретения предлагается сигарета с пониженным выделением побочного дыма, содержащая сигарету с традиционной сигаретной бумагой, окружающей традиционный табачный стержень, и несгораемый обрабатывающий материал, окружающий и находящийся по существу в контакте с традиционной сигаретной бумагой, при этом несгораемый обрабатывающий материал содержит композицию для обработки побочного дыма, причем несгораемый обрабатывающий материал имеет пористость менее чем около 200 единиц Кореста, а композиция для обработки содержит, в комбинации, металл-оксидный окислительный катализатор для хранения и отдачи кислорода и по существу несгораемую мелкодисперсную, пористую, в виде частиц, добавку к катализатору.

Согласно следующему объекту настоящего изобретения предлагается сигарета с пониженным выделением побочного дыма, содержащая традиционный табачный стержень и несгораемый обрабатывающий материал для этого стержня, причем несгораемый обрабатывающий материал имеет пористость менее чем около 200 единиц Кореста, и композицию для обработки побочного дыма, содержащую, в комбинации, металл-оксидный окислительный катализатор для хранения и отдачи кислорода и по существу несгораемую мелкодисперсную, пористую цеолитовую добавку к указанному катализатору.

Согласно еще одному объекту изобретения предлагается композиция добавки для использования при изготовлении несгораемого материала с пористостью менее чем около 200 единиц Кореста, для сокращения побочного дыма, выделяемого горящей сигаретой, при этом композиция добавки содержит, в комбинации, металл-оксидный окислительный катализатор для хранения и отдачи кислорода и по существу несгораемую мелкодисперсную, пористую, в виде частиц, добавку к катализатору.

Согласно следующему объекту изобретения предлагается композиция суспензии для нанесения на несгораемую обертку для получения несгораемого обрабатывающего материала с пористостью менее чем около 200 единиц Кореста, для сокращения побочного дыма, выделяемого горящей сигаретой, при этом композиция суспензии содержит, в комбинации, металл-оксидный окислительный катализатор для хранения и отдачи кислорода и по существу несгораемую мелкодисперсную, пористую, в виде частиц, добавку к катализатору.

Согласно следующему объекту настоящего изобретения предлагается способ сокращения побочного дыма, выделяемого горящей сигаретой, предусматривающий обработку побочного дыма несгораемым материалом с пористостью менее чем около 200 единиц Кореста, причем обрабатывающая композиция содержит, в комбинации, металл-оксидный окислительный катализатор для хранения и отдачи кислорода и по существу несгораемую мелкодисперсную, пористую, в виде частиц, добавку к катализатору.

Согласно следующему объекту настоящего изобретения предлагается несгораемый сигаретный материал для использования на курительном стержне сигареты для сокращения побочного дыма, выделяемого горящей сигаретой, причем указанный материал имеет пористость менее чем около 200 единиц Кореста и композицию, содержащую, в комбинации, металл-оксидный окислительный катализатор для хранения и отдачи кислорода и по существу несгораемую мелкодисперсную, пористую, в виде частиц, добавку к катализатору.

Согласно следующему объекту настоящего изобретения предлагается способ сокращения побочного дыма, выделяемого горящей сигаретой, предусматривающий обработку побочного дыма несгораемым обрабатывающим материалом для традиционного табачного стержня, причем обрабатывающий материал имеет пористость менее чем около 200 единиц Кореста и композицию, содержащую, в комбинации, металл-оксидный окислительный катализатор для хранения и отдачи кислорода и по существу несгораемую мелкодисперсную, пористую, в виде частиц, добавку к катализатору.

Согласно еще одному объекту изобретения предлагается способ сокращения побочного дыма, выделяемого горящей сигаретой, предусматривающий обработку побочного дыма несгораемым обрабатывающим материалом, окружающим и находящимся по существу в контакте с традиционной сигаретной бумагой, окружающей курительный табачный стержень, причем обрабатывающий материал имеет пористость менее чем около 200 единиц Кореста и композицию, содержащую в комбинации металл-оксидный окислительный катализатор для хранения и отдачи кислорода и по существу несгораемую мелкодисперсную, пористую, в виде частиц, добавку к катализатору.

Для упрощения описания изобретения термин "табачный стержень" или "порция табака" будет использоваться в отношении сигарет, сигар, сигарилл (сигарок), табачных стержней в обертке, табачных стержней, обернутого табака и т.п. Понимается, также, что при использовании термина "сигарета" он является взаимозаменяемым с терминами "сигара", "сигарка" и прочими курительными изделиями в форме стержня. Традиционные табачные стержни содержат табачные смеси, обычно используемые в выкуриваемых сигаретах. Эти стержни следует отличать от табачных компонентов, используемых в "аэрозольных сигаретах".

Предпочтительные варианты выполнения изобретения показаны на чертежах, на которых:

Фиг.1 – схема распылительной технологии для нанесения обрабатывающей композиции на несгораемую бумагу;

Фиг.2 – схема экструдирования пленки обрабатывающей композиции на несгораемую бумагу;

Фиг.3 – схема накатки обрабатывающей композиции на несгораемую бумагу;

Фиг.4 – схема пропитки несгораемой бумаги обрабатывающей композицией;

Фиг.5 – схема смешивания обрабатывающей композиции с пульпой несгораемой бумаги при ее изготовлении;

Фиг.6 – вид в перспективе табачного стержня с нанесенной на него обрабатывающей бумагой по изобретению;

Фиг.7 – альтернативный вариант выполнения по фиг.6;

Фиг.8 – вид в перспективе табачного стержня, с обрабатывающей композицией между двумя слоями несгораемой бумаги, нанесенной на табачный стержень;

Фиг.9 – вид в перспективе табачного стержня с двойной оберткой, где несгораемый обрабатывающий материал нанесен на традиционную сигаретную бумагу.

Несгораемый материал для обработки побочного дыма, имеющий пористость менее чем около 200 единиц Кореста, при использовании для обработки табачного дыма согласно настоящему изобретению дает очень значительное неожиданное преимущество, особенно в отношении побочного дыма. Этот обрабатывающий материал может иметь форму трубки, помещенной на сигаретную бумагу сигареты и находящейся по существу в контакте с ней, этот материал может быть обернут вокруг сигаретной бумаги сигареты и находиться по существу в контакте с ней или этот материал может заменять саму сигаретную бумагу сигареты. Когда обрабатывающий материал имеет форму трубки, помещенной на сигаретную бумагу сигареты и находящейся по существу в контакте с ней, или обернут вокруг сигаретной бумаги сигареты и находится в контакте с ней, эта конструкция позволяет использовать традиционные сигареты, которые при курении имеют обычную скорость свободного горения. Ссылка на нормальные или традиционные сигареты означает коммерчески доступные сигареты, содержащие табачные стержни с обычной плотностью набивки и традиционными сортами табака, наполнителей и пр. Табачный стержень окружен традиционной сигаретной бумагой с обычной пористостью в диапазоне 5–50 единиц Кореста, а иногда до 110-120 единиц Кореста.

Сигарета может иметь традиционный фильтр, который прикрепляют к сигарете либо обычным способом, либо соединяют с обрабатывающим материалом трубчатой формы, который затем охватывает табачный стержень, находящийся в обычной сигаретной бумаге. Традиционные сигареты имеют обычную скорость свободного горения от около 3 до около 5 мм/мин, при условии, что плотность набивки составляет от около 0,20 до около 0,26 г/см³. Традиционные сигареты, по меньшей мере Североамериканские, имеют окружность от около 20 до 30 мм, обычно от около 23 до 27 мм, и длину табачного стержня по меньшей мере около 40 мм и предпочтительно около 55 мм, около 64 мм и около 74 мм, которая создает приемлемое сопротивление затяжке. Сигаретный фильтр имеет длину от около 15 мм до около 35 мм.

Сигареты могут быть курительными сигаретами фабричного производства или могут быть табачным стержнем, который нельзя непосредственно выкурить. Согласно одному из аспектов настоящего изобретения невыкуриваемый стержень становится выкуриваемым, когда на него наносят бумагу с получением курительной сигареты, или бумага находится внутри трубки обрабатывающего материала и в нее вставлен табачный стержень.

Когда обрабатывающий материал заменяет саму сигаретную бумагу в сигарете, это позволяет использовать обычную вышеописанную сигарету без обычной бумаги, и которая при курении горит с обычной скоростью свободного горения. Например, нормальная или традиционная сигарета имеет табачный стержень с традиционной плотностью набивки с традиционными сортами табака, наполнителей, и пр. Табачный стержень окружен материалом по изобретению. К сигарете обычным способом прикрепляют традиционный фильтр. Такая сигарета, по крайней мере в Северной Америке, имеет окружность от около 20 до 30 мм, обычно от около 23 до 27 мм, и длину табачного стержня по меньшей мере около 40 мм и предпочтительно около 55 мм, около 64 мм и около 74 мм, которая создает приемлемое сопротивление затяжке. Сигаретный фильтр имеет длину от около 15 мм до около 35 мм.

Материал по изобретению благодаря своей близости к горящему участку способен контролировать выделение побочного дыма при очень компактной структуре. Ранее сигаретные устройства, обеспечивавшие обычную скорость свободного горения, были очень громоздки, поскольку в трубке имелась большая полость, а трубка была расположена на расстоянии от сигареты, и такие устройства ни в коем случае не напоминали сигарету обычного размера. Попытки контролировать выделение побочного дыма более компактными устройствами традиционного размера приводили к использованию более тонких сигарет, чтобы получить зазор между сигаретой и трубкой. Это могло заставить курильщика сменить сорт сигарет, чтобы использовать такое устройство и, кроме того, могло изменить вкус и аромат сигареты.

Обрабатывающий материал по изобретению обладает преимуществом, особенно в отношении сигарет, которое позволяет курильщику использовать сигареты по своему выбору в трубчатой структуре или покупать знакомые сорта сигарет, обернутые в материал по изобретению с традиционной сигаретной бумагой или без нее. Хотя обрабатывающий материал по изобретению может использоваться в сочетании с другими видами курительных изделий, например с курительными трубками, а также в фильтрующих устройствах для общего фильтрования табачного дыма из воздуха, наиболее важным ее применением является использование в сигаретах, сигарах и других курительных изделиях, имеющих вытянутую форму. Обрабатывающий материал может оборачиваться вокруг сигарет в стандартных сигаретоделательных машинах, он может использоваться вместо традиционной сигаретной бумаги, когда сигареты производятся в стандартных сигаретоделательных машинах или же этот материал может формироваться в трубку, в которую вставляется сигарета и в которой внутренняя поверхность трубки контактирует с сигаретой. Обрабатывающий материал позволяет выкуривать традиционные сигареты обычным общепринятым способом, обеспечивая обычный вкус и аромат и создавая минимальный, если вообще какой-либо дополнительный запах. Эти признаки особенно выражены, если сигарета горит с обычной скоростью свободного горения. Обрабатывающий материал является несгораемым, легко утилизируемым и не оказывает вредного влияния на окружающую среду, поскольку он может создаваться из инертных материалов, например керамики, глины и других подходящих связующих и армирующих материалов. Обрабатывающий материал может быть выполнен так, чтобы он имел относительно низкую внешнюю температуру, чтобы обеспечивал улучшенные характеристики безопасности. Собранная сигарета имеет небольшой вес и на открытом конце легко поджигается. Хотя такой вариант и не является предпочтительным, трубку можно приспособить для повторного использования, когда в нее вставляется следующая сигарета вместо той, которая была выкурена.

Эффективность обрабатывающего материала повышается за счет того, что он находится очень близко к сигаретной бумаге или самому табаку или в контакте с ними. Обрабатывающий материал благодаря своей конструкции наиболее предпочтительно размещать по существу смежно горящему угольку сигареты для перехвата, захвата путем абсорбции, или адсорбции, или того и другого и для обработки различных компонентов побочного дыма, покидающего горящий уголек сигареты, который свободен от сигаретной бумаги и табачного стержня. Следует понимать, что поглощаются только те компоненты, которые обладают достаточной аффинностью к обрабатываемому материалу. Другие материалы, например очень летучие газы, могут проходить через материал, не поглощаясь им. Однако такие газы могут окисляться в реакционной зоне материала, и в присутствии катализатора такие реакции окисления ускоряются. Обрабатывающий материал, имеющий форму трубки, помещенной на сигаретную бумагу сигареты и контактирующей с ней, любо обернутый вокруг сигаретной бумаги сигареты и контактирующий с ней, либо заменяющий саму сигаретную бумагу, позволяет сигарете гореть обычным образом, не сжигая материал по изобретению. Однако следует заметить, что обрабатывающий материал может иметь такую структуру, чтобы во время курения его конструкционная прочность снижалась, позволяя смять сигарету до того, как она будет выкурена до конца.

Модифицированный обрабатывающий материал может быть использован и для сигарет-"самокруток", которые обычно продаются в невыкуриваемой форме, но при набивке в гильзу могут быть выкурены. Например, на внутреннюю сторону обрабатывающего материала в листовой форме можно нанести сигаретную бумагу, скрутить в трубку, вставить в нее табачный стержень, например, описанный в канадском патенте 1235039, и получить готовую к выкуриванию сигарету. Обрабатывающий материал может также использоваться на нестандартных сигаретах, например, с модифицированной сигаретной бумагой, которая уменьшает скорость свободного горения сигареты. Хотя сигареты с уменьшенной скоростью свободного горения не являются предпочтительными, в определенных случаях может возникнуть потребность в таких устройствах, даже если вкус и аромат будут иными.

В соответствии с вариантом выполнения изобретения первым активным компонентом в заявляемом материале является добавка (сорбирующий материал), способный выборочно поглощать компоненты побочного дыма, выделяемого горящим угольком сигареты. Вторым активным компонентом является металл-оксидный катализатор для хранения и отдачи кислорода, который выполняет двойную функцию: высвобождает кислород при температурах свободного горения рядом с горящим угольком сигареты и работает как окислительный катализатор. Такой высвобожденный кислород выполняет по меньшей мере следующие функции:

i) компенсирует уменьшенную заявляемым материалом скорость диффузии кислорода к горящему угольку, поддерживая обычную скорость свободного горения сигареты, и

ii) способствует окислению компонентов побочного дыма.

Добавкой может быть по существу любой несгораемый мелкодисперсный пористый материал в виде частиц, который не влияет на вкус и запах основного дыма и не выделяет каких-либо нежелательных запахов в побочный дым. Добавка физически стабильна при повышенной температуре у горящего уголька сигареты. Добавка имеет большую площадь поверхности, обычно превышающую 20 м²/г. Для того, чтобы частицы имели такую площадь, они должны быть пористыми. Предпочтительно, пористая добавка имеет поры со средним диаметром менее 100 нм (1000 Ангстрем). Более предпочтительно поры имеют средний диаметр менее 200 нм (200 Ангстрем) и еще более предпочтительны поры со средним диаметром от 0,5 до 10 нм (5–100 Ангстрем). В случае материалов на основе цеолитов поры имеют средний диаметр от 0,5 до 1,3 нм (5–13 Ангстрем).

Предпочтительно, чтобы средний размер частиц добавки составлял менее 30 мкм, более предпочтительно менее 20 мкм и наиболее предпочтительно – от 1 до 5 мкм. Несгораемыми материалами могут быть пористые глины разных категорий, широко используемые при производстве сигаретной бумаги, например бентонитовые глины или активированные глины с большой площадью поверхности. Можно использовать несгораемые углеродные материалы, включая измельченные пористые углеродные волокна и частицы. В качестве пористых монолитных материалов на основе минералов могут использоваться оксиды металлов, включая оксид циркония, оксиды титана, оксиды церия, оксиды алюминия, например глинозем, металл-оксидные волокна, такие как размолотые циркониевые волокна, и другие размолотые пористые керамические волокна и их смеси, например циркониево-цериевые волокна. Что касается оксида церия, было обнаружено, что он способен работать как мелкодисперсная добавка и как катализатор, хранящий и отдающий кислород. К другим материалам добавки относятся материалы с большой площадью поверхности, например активированный уголь и цеолиты.

Добавка может также содержать сорбирующие материалы с большой площадью поверхности, являющиеся несгораемыми, мелкодисперсными частицами, например активированный уголь, молекулярные сита, например цеолиты, и аморфные материалы, такие как диоксид кремния и оксид алюминия и пр. Наиболее предпочтительными являются цеолиты, такие как силикатные цеолиты, X-, Y- и L-цеолиты, фауязиты (faujasites) ((Na₂,Ca, Mg)₂₉[Al₅₈Si₁₃₄ O₃₈₄]· 240 H₂O; кубич.), -цеолиты (Na_n[Al_nSi_64-nO₁₂₈ ] при n<7; тетрагональные), морденитовые цеолиты(Na₈ [Al₈Si₄₀O₉₆])· 24H ₂O; орторомбические) ZSM-цеолиты (Na_n[Al _nSi_96-nO₁₉₂]~16 H₂O c n<27; орторомбические) и их смеси. Предпочтительными цеолитами являются гидрофобные цеолиты и умеренно гидрофобные цеолиты, которые обладают аффинностью к гидрофобным и умеренно гидрофобным органическим составляющим такого побочного дыма. Цеолиты обладают структурой с высокой пористостью, что позволяет с высокой избирательностью адсорбировать и абсорбировать компоненты побочного дыма. Эта пористая структура состоит главным образом из макропор между частицами и микропор внутри частиц, которые отходят от макропор. Считается, что захваченные компоненты в макропорах и микропорах в присутствии оксида церия или другого подходящего окислительного катализатора при высокой температуре горящей сигареты преобразуются в окисленные вещества, которые остаются в сорбирующем материале или выделяются в форме невидимых газов, имеющих существенно пониженные содержания смол и никотина, поэтому побочный дым становится невидимым или его выделение переходит на низкий, приемлемый уровень.

Цеолиты могут характеризоваться следующей формулой:

M_mM’_nM’’_p[a AlO₂· b SiO₂· c TO₂ ]

где М - одновалентный катион,

M’ - двухвалентный катион,

M’’ - трехвалентный катион,

a, b, c, n, m и p - числа, отражающие стехиометрические отношения, причем

с, m, n или p - также могут быть нулевыми,

Al и Si - тетраэдрально координированные атомы алюминия и кремния, и

Т - тетраэдрально координированный атом металла, способного заместить Al или Si,

где отношение b/a цеолита или цеолитоподобного материала имеет величину от около 5 до около 300, а размер микропор цеолита находится в диапазоне от около 0,5 до 1,3 нм (5–13 Ангстрем).

Можно использовать различные сорта сорбирующего материала. Это особенно справедливо для различных классов цеолитов, которые могут быть специально созданы для выборочной адсорбции материалов с высокой температурой кипения, со средней температурой кипения и низкой температурой кипения. Это может привести к слоям цеолитной композиции, где церий или другой подходящий катализатор, предусмотренный настоящим изобретением, предпочтительно диспергирован во всех этих слоях. Затем эти слои могут быть соединены с трубкой или оберткой с помощью связующего или клея, которым может быть, например, поливинилацетат, поливиниловый спирт, крахмалы и казеин или протеины сои и их смеси.

Окислительный металл-оксидный катализатор, хранящий и отдающий кислород, вводится в обрабатывающий материал или наносится по меньшей мере на одну поверхность материала. Окислительным металл-оксидным катализатором, хранящим и отдающим кислород, предпочтительно является оксид металла, имеющий несколько состояний окисления. Следует понимать, что катализатором может быть предшественник оксида металла, который при температуре горящей сигареты превращается в оксид металла, способный катализировать реакции окисления. Оксид металла наиболее предпочтительно выбирают из оксидов переходных металлов и оксидов редкоземельных металлов и их смесей. Оксиды переходных металлов могут выбираться из группы металлов, содержащей металлы IVB, VB, VIB, VIIB, VIII и IB и их смеси. Предпочтительными оксидами металлов переходной группы являются оксиды железа, меди, серебра, марганца, титана, циркония, ванадия и вольфрама. Оксиды редкоземельных металлов могут выбираться из группы, содержащей оксиды скандия, иттрия и лантаноидов.

Окислительные металлические или металл-оксидные катализаторы могут использоваться в сочетании с окислительными металл-оксидными катализаторами, хранящими и отдающими кислород. К таким окислительным металлическим катализаторам относятся благородные металлы, металлы групп IIА и IVA и их смеси. Примерами являются олово, платина, палладий и их смеси.

Металлический или металл-оксидный окислительный катализатор может быть использован вместе с оксидом церия, причем металл или оксид металла выбран из группы, состоящей из оксидов благородных металлов, переходных металлов, редкоземельных металлов, металлов групп IIA, IVA и их смесей. Указанным выбранным металлом или оксидом металла является платина, палладий, оксид меди, оксид железа, оксид магния, оксид серебра или их смеси.

Предпочтительным окислительным катализатором, хранящим и отдающим кислород, на основе оксида металла лантаноидкой группы, является катализатор на основе церия и, в частности, оксид церия. Этот катализатор не только очень хорошо работает, ускоряя окисление захваченных органических материалов, но и хорошо выполняет желаемую дополнительную функцию хранения и отдачи кислорода в бескислородной среде. Каталитический обрабатывающий материал в форме оксида церия (СеО₂) в холодном состоянии способен сохранять кислород, но при повышении температуры переходит в диоксид церия (Се₂О₃), выделяя кислород. По мере того, как горящий уголек сигареты перемещается вдоль трубки из заявленного материала, каталитический обрабатывающий материал выделяет кислород при повышении температуры для поддержания обычной скорости свободного горения сигареты. Кроме того, выделенный кислород также поддерживает каталитическое окисление захваченных компонентов побочного дыма.

Как указано выше, окислительный металл-оксидный катализатор, хранящий и отдающий кислород, может быть в форме оксида металла или в форме предшественника оксида металла, который при температуре горения сигареты превращается в оксид металла и начинает выполнять функцию катализатора. Предшественником цериевого катализатора может быть соль церия, например нитрат церия или другие диспергируемые формы церия, которые наносят в растворе или в виде золя на сорбирующий материал и превращаются в оксид церия при высокой температуре горения сигареты для того, чтобы проявить каталитическую активность. Для упрощения описания настоящего изобретения термин "катализатор" относится и к любому предшественнику катализатора.

Катализатор, например оксид церия, используется в комбинации с материалом добавки. Было обнаружено, что когда эти два материала используются раздельно друг от друга или в раздельных несмежных слоях, их способность контролировать выделение побочного дыма значительно снижается. Тем не менее, в определенных случаях может достигаться некоторый контроль выделения побочного дыма. Предпочтительно катализатор расположен по существу смежно материалу добавки. Это может достигаться путем подмешивания частиц катализатора в материал добавки, путем контакта слоя материала добавки со слоем катализатора, путем нанесения катализатора на добавку или путем импрегнирования катализатора в или на пористую поверхность материала добавки для получения желаемых характеристик контроля побочного дыма. Следует иметь в виду, что помимо комбинации окислительного катализатора и добавки можно использовать и многие другие составляющие. Дополнительные добавки могут использоваться для дальнейшей интенсификации обработки побочного дыма или для изменения других характеристик сигареты. Такие дополнительные добавки могут подмешиваться в обрабатывающую композицию или использоваться в других местах конструкции сигареты, разумеется, при условии, что такие добавки не будут отрицательно влиять на способность обрабатывающей композиции обрабатывать побочный дым. В конкретных вариантах композиция может смешиваться различными способами, которые обеспечивают смешивание церия с материалом добавки. Например, материал добавки может распыляться или доливаться в раствор соли церия, например нитрата церия или золь церия, для импрегнации церия в материал добавки. Оксид церия может приготавливаться как отдельный мелкодисперсный порошок, который смешивается с мелкодисперсным порошком добавки. Особенно предпочтительно, чтобы порошки имели средний размер частиц менее 30 мкм и предпочтительно менее 20 мкм и наиболее предпочтительно от около 1 мкм до 5 мкм для обеспечения тщательного смешивания и перемешивания материалов.

Общее правило для выбора размера частиц катализатора и площади их поверхности специалистам в данной области известно: площадь поверхности выбранного катализатора должна быть такой, чтобы активные зоны катализатора были доступны мигрирующим компонентам побочного дыма. Это может привести к тому, что в некоторых вариантах размер частиц катализатора будет больше 30 мкм, если частицы катализатора правильно распределены для достижения необходимой степени окисления компонентов побочного дыма.

Неожиданно было обнаружено, что оксид церия является одним из новых оксидов, который может выполнять обе функции, а именно работать как окислительный катализатор, хранящий и отдающий кислород, а также как добавка. Пористые частицы оксида церия могут иметь площадь поверхности и размер частиц, необходимые для добавки. Оксид церия используется в обрабатывающей композиции в первом количестве как катализатор, а во втором количестве - как добавка. Такие количества оксида церия в целом соответствуют количествам, используемым как катализатор и как добавка в соответствии с другими объектами настоящего изобретения, чтобы составить полную загрузку.

Церий может быть представлен в виде дисперсного раствора, такого как золь оксида церия, или в подобной форме и наноситься на материал добавки, например цеолит. Затем его сушат и обжигают для получения оксида церия на поверхности материала добавки. Когда частицы оксида церия прикреплены к поверхностям добавки, например к поверхностям цеолита, средний размер частиц может быть менее 1 мкм. Относительное количество оксида церия, прикрепленного к цеолиту, может находиться в диапазоне от около 1% до 75% по весу от общего количества оксида церия и цеолита. Предпочтительное относительное количество оксида церия, прикрепленное к цеолиту, может находиться в диапазоне от около 10% до 70% по весу от общего количества оксида церия и цеолита.

Предпочтительный способ изготовления комбинированного продукта, т.е. оксида церия, прикрепленного к поверхностям цеолита, описан в заявке на патент США, которая рассматривается параллельно, озаглавленной "Способ изготовления покрытых металл-оксидом микропористых материалов", поданной 14 сентября 2001 года, содержание которой включено в настоящее описание путем ссылки.

Хотя в вышеуказанной заявке приведено подробное описание производства комбинированного продукта, уточним, что согласно этому способу изготавливают каталитический, в виде частиц, цеолитный материал, покрытый оксидом церия, содержащий по меньшей мере 1% по весу оксида церия, нанесенного на наружные поверхности частиц цеолитного материала от общего эквивалентного содержания оксида церия и цеолита. Согласно одному из объектов способ предусматривает, в общем, стадии:

i) соединения некоторого количества коллоидной дисперсии гидрата оксида церия с совместимым цеолитным материалом в виде частиц для формирования суспензии, причем количество коллоидной дисперсии является достаточным для обеспечения после термообработки на стадии ii) более 20 вес.% оксида церия, частицы цеолитного материала имеют средний размер пор менее 20 Ангстрем, и коллоидная дисперсия имеет средний размер частиц по меньшей мере 20 Ангстрем;

ii) термообработки суспензии сначала при температуре ниже чем около 200^о С, а затем при температуре выше чем около 400^оС, для прикрепления полученного оксида церия к наружным поверхностям частиц цеолита, с получением сыпучего порошка.

Этот продукт выпускается фирмой AMR Technologies, Inc. Торонто, Канада. В качестве альтернативы этому способу сорбирующую добавку можно поместить в раствор соли церия, высушить и подвергнуть термообработке для обеспечения оксида церия на поверхностях сорбирующего материала.

Окислительный металл-оксидный катализатор, хранящий и отдающий кислород, способен отдавать кислород при повышенных температурах, обычно выше 300^оС. Неожиданно было обнаружено, что выделенный кислород работает именно там, где требуется – в бескислородной среде вокруг горящего уголька. Хотя обрабатывающий материал, имеющий пористость менее чем около 200 единиц Кореста и обычно менее чем около 30 единиц Кореста, позволяет небольшому количеству воздуха диффундировать к горящему угольку, кислорода, выделяемого окислительным металл-оксидным катализатором, хранящим и отдающим кислород, достаточно, чтобы поддержать обычную скорость свободного горения. Это оказалось совершенно неожиданным. Обрабатывающий материал с пористостью менее чем около 200 единиц Кореста и, обычно, в диапазоне от около 0,5 до 30 единиц Кореста с комбинацией окислительного металл-оксидного катализатора, хранящего и отдающего кислород, с материалом добавки, оказался для этого достаточным. Окисление сорбированных компонентов побочного дыма проходит с достаточной скоростью для того, чтобы видимые компоненты не выделялись из этого материала. Любые компоненты, которые могут быть видимыми при выходе из материала в атмосферу, преобразуются в невидимые компоненты, либо остаются захваченными в материале путем сорбции. Обрабатывающий материал может использоваться в виде двухслойной или многослойной обертки. Обрабатывающий материал может быть нанесен в виде наружной обертки на сигарету с традиционной сигаретной бумагой. Кроме того, следует заметить, что в зависимости от пористости некоторые комбинации катализатора и добавки работают лучше, чем другие. Несгораемый обрабатывающий материал в комбинации с окислительным металл-оксидным катализатором, хранящим и отдающим кислород, и добавкой может содержать любую подходящую, по существу несгораемую бумагу, которая не влияет на вкус и аромат основного дыма и не придает нежелательный запах побочному дыму. Такой несгораемый материал, сформированный в бумагу, имеющую различную пористость, может содержать глины разных категорий, обычно используемых для производства сигаретной бумаги, например бентонитовые глины или активированные глины с малой площадью поверхности. Также может использоваться несгораемый углеродный материал, например углеродные волокна, и керамический материал, например керамические волокна. Несгораемая бумага является физически стабильной при повышенных температурах горящего уголька сигареты.

Предлагаемый несгораемый обрабатывающий материал предпочтительно изготавливают в форме листа толщиной от около 0,04 мм до около 2 мм, но предпочтительно не более чем около 1 мм. Этот лист может производиться стандартным непрерывным способом изготовления бумаги без термообработки, или способами, связанными с термообработкой, как описано в вышеупомянутом патенте США 4915117, содержание которого включено в настоящее описание путем ссылки. Приготавливают суспензию, содержащую неорганические несгораемые активные материалы, несгораемые наполнители и другие сгораемые органические материалы. Суспензию формируют в лист-предшественник, который выдерживают при повышенной температуре для выпаривания органики и создания тем самым пористой структуры с тем, чтобы лист имел пористость менее чем около 200 единиц Кореста. В отличие от несгораемых высокопористых материалов, материал, имеющий пористость менее чем около 200 единиц Кореста, для достижения требуемой пористости требует меньшей концентрации органики. В другом варианте для получения несгораемого заявленного материала может использоваться очень высокопористая несгораемая бумага (с числом Кореста более 200). Эта несгораемая бумага с высокой пористостью может быть покрыта обрабатывающей композицией, заполняя поры и приводя к материалу, который будет иметь пористость менее 200 единиц Кореста. Далее, низкопористая несгораемая бумага может быть покрыта обрабатывающей композицией, заполняющей поры, что приведет к получению материала с еще более низкой пористостью, например от около 0,5 до около 30 единиц Кореста.

Следует понимать, что может быть разработан несгораемый материал с измененной толщиной, измененным размером пор и пр., чтобы позволить некоторому количеству побочного дыма проходить сквозь трубку. Это может понадобиться в том случае, если курильщик хочет ощущать легкий запах побочного дыма на поверхности трубки. Несгораемый материал предпочтительно выполняют для одноразового использования, после чего материал выбрасывают. Этот признак оптимизирует конструкцию с точки зрения толщины трубки, поскольку при однократном использовании для борьбы с побочным дымом требуется минимальная толщина.

Для изготовления обрабатывающего материала обрабатывающая композиция из окислительного металл-оксидного катализатора, хранящего и отдающего кислород, и добавки может просто распыляться стандартными способами на одну или на обе стороны несгораемой подложки, которая может иметь форму листа, обертки или бумаги. Как показано на фиг.1, подложку 10 транспортируют в направлении, показанном стрелкой 12. Композицию 14 распыляют в виде суспензии распылительным соплом 16 на подложку 10 для получения покрытия 18, которое сушат на подложке.

Альтернативно, композицию можно экструдировать в виде пленки на поверхность обеих сторон или на любую сторону несгораемой подложки. Как показано на фиг.2, устройство 20 для нанесения пленочного покрытия содержит суспензию обрабатывающей композиции 14. Устройство 20 наносит тонкую пленку 22 на подложку 10, которая транспортируется в направлении, показанном стрелкой 12. Пленку сушат для получения покрытия 24 на подложке 10. Покрытие можно наносить и валковым аппликатором 26, как показано на фиг.3. Суспензия, содержащая композицию 14, наносится слоем на валок 30. Ракля 32 определяет толщину слоя 34, который затем наносится на подложку 10, транспортируемую в направлении, показанном стрелкой 12. Затем слой сушат с образованием покрытия 36 на подложке 10.

Композиция также может быть импрегнирована на обеих сторонах или на одной любой стороне несгораемой подложки. Импрегнацию осуществляют покрывающим валком 24 на фиг.4, и полученный слой 36 с подложкой 10 проходит в направлении стрелки 12 через прижимные валки 38 и 40, которые вдавливают слой композиции в подложку 10, тем самым импрегнируя компоненты композиции в подложку.

Специалисту также будет понятно, что для изготовления материала по изобретению могут использоваться и другие способы нанесения покрытий, включая способы покрытия с переносом. В таких способах покрытия для переноса композиции с листа на поверхность подложки может использоваться лист Милара (Mylar ) или другие подходящие листы. Этот тип нанесения с переносом используют, когда лист подложки непригоден для нанесения состава валком из-за низкой физической прочности бумаги или подобного материала.

Другой альтернативой является введение обрабатывающей композиции в процесс изготовления несгораемого листа. Композицию можно вводить в бумажную массу в форме суспензии. Как показано на фиг.5, обрабатывающую композицию в бумажной массе 42 перемешивают мешалкой 44 для получения пульпы в баке 46. Пульпу переносят обычным способом и укладывают на движущийся конвейер 50 в форме слоя 48 для получения сигаретной бумаги 52. В результате обрабатывающая композиция оказывается внедренной в готовый материал, который может иметь форму бумажного изделия. Другой альтернативой является размещение обрабатывающей композиции между слоями несгораемой подложки для формирования двойной обертки из сигаретной бумаги на табачном стержне. Например, композицию можно наносить так, как показано на фиг.1, т.е. распылением на внутреннюю поверхность наружной подложки или внешнюю поверхность внутренней подложки. После того, как обе подложки будут помещены на табачный стержень, композиция в форме слоя будет заключена между двумя подложками. Каждая подложка может иметь половинную толщину традиционной сигаретной бумаги, чтобы двойная обертка незначительно увеличивала внешний диаметр сигареты, которая будет нормально обрабатываться сигаретоделательными машинами.

Как показано на фиг.6, табачный стержень 54 содержит, например, несгораемый материал, используемый в качестве бумаги 10, обернутой вокруг него с покрытием 18 на внешней стороне бумаги. Наоборот, как показано на фиг.7, несгораемая бумага 10 может иметь покрытие 18 на внутренней стороне, обращенной к табачному стержню 54.

Другая альтернатива показана на фиг.8 и, как показано выше, заключается в размещении покрытия 18 между несгораемыми слоями бумаги 56 и 58. Бумага 56 и 58 с промежуточным слоем 18 может быть сформирована в виде единой сигаретной обертки, устанавливаемой на табачный стержень 54. Еще один вариант показан на фиг.9, где табачный стержень покрыт традиционной сигаретной бумагой 60. Над традиционной сигаретной бумагой 60 находится несгораемая бумага 52 по фиг.5 с внедренным в нее заявленным составом. Понятно, что бумага 52 может устанавливаться непосредственно на табачный стержень 54.

Специалисту будет понятно, что вышеописанные способы введения композиции для обработки побочного дыма на или в обертку могут изменяться в зависимости от загрузки обертки и количества оберток, используемых на табачном стержне. Например, можно использовать две или более обертки с разным количеством композиции, наносимой на обе стороны обертки так, чтобы количество композиции на одной стороне было уменьшено, чтобы облегчить нанесение покрытия.

Было неожиданно обнаружено, что с любой из этих комбинаций побочный дым практически устраняется. В то же время сигаретная бумага традиционной сигареты, показанной на фиг.9, демонстрирует обычные характеристики образования пепла, даже если несгораемая бумага имеет пористость менее чем около 200 единиц Кореста.

Что касается устройств-прототипов, в которых предлагается трубчатый материал или обертка, помещаемые на сигарету, то в них на внешнюю сторону трубки обычно наносят дополнительный бумажный материал для обеспечения дополнительного контроля за диффузией кислорода, чтобы снизить скорость свободного горения и, тем самым, уменьшить побочный дым. В отличие от этого настоящее изобретение предлагает обрабатывающий материал в форме трубки или обертки, которая позволяет традиционной сигарете гореть с обычной скоростью свободного горения и выделять побочный дым обычным путем, включая дым, генерируемый сигаретной бумагой. Кроме того, настоящее изобретение предлагает материал, который может заменить сигаретную бумагу и позволяет табаку гореть с обычной скоростью свободного горения и выделять побочный дым обычным путем. Этот обрабатывающий материал воздействует на компоненты побочного дыма снаружи от сигаретной бумаги (или табака, если речь идет о замене обычной бумаги), независимо от генерирования основного дыма. Такое разделение обработки дыма от производства основного дыма обеспечивает то, что компоненты побочного дыма не попадают в поток основного дыма, не оказывают заметного влияния на вкус и аромат основного дыма и не создают в нем заметной концентрации веществ, которые в нем отсутствуют, когда сигарета выкуривается свободно. Компоненты побочного дыма могут сорбироваться предлагаемым материалом, обрабатываться и выходить наружу в атмосферу. В физической структуре предлагаемого материала нет ничего, что направляло бы обработанные компоненты и полученные продукты реакции обратно в сигаретный табак, что позволяет избежать существенного изменения вкуса и аромата основного дыма.

Следует отметить, что в зависимости от способа, которым обрабатывающая композиция используется и наносится на несгораемую подложку, могут потребоваться различные вспомогательные вещества и их смеси, чтобы облегчить конкретный способ нанесения обрабатывающей композиции. К таким вспомогательным веществам относятся ламинирующие материалы, такие как поливиниловый спирт, крахмалы, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), казеин и другие типы приемлемых клеев, различные типы связующих глин, инертные наполнители, отбеливатели, агенты, модифицирующие вязкость, инертные волоконные материалы, такие как циркониевые волокна и циркониево-цериевые волокна, описанные в заявке США "Циркониево-металл-оксидные волокна", поданной 13 сентября 2001 года, содержание которой включено в настоящее описание путем ссылки. Могут применяться и агенты, способствующие проникновению, для переноса композиции на несгораемую подложку. Для разведения композиции с образованием суспензии используются разбавители, например вода, которые позволяют наносить композицию на несгораемую подложку распылением, поливом, воздушным шабером, с помощью планки, ракельного ножа, путем набивки, с помощью клеильного пресса, способом накатки, щелевой экструзии, переносом и другими способами.

Желательная загрузка композиции на или в несгораемом материале составляет от около 2,5 г/м ² до около 125 г/м². Наиболее предпочтительная загрузка составляет от около 2,5 г/м² до около 100 г/м². В весовых процентах, несгораемый обрабатывающий материал может содержать от около 10% до 500% по весу и наиболее предпочтительно от около 10% до 400% по весу от обрабатывающей композиции. Хотя такая загрузка является представительной для однослойной обертки, специалисту будет понятно, эти общие загрузки могут использоваться и для двухслойной обертки, и для обертки, имеющей большее количество слоев.

Композицию для уменьшения побочного дыма обычно используют в форме водной суспензии. Суспензию можно вводить в пульпу несгораемой обертки в процессе изготовления обертки, или наносить на обертку различными способами или импрегнировать в обертку различными способами, как было описано выше. Предпочтительный средний размер частиц в суспензии составляет от около 1 мкм до около 30 мкм и наиболее предпочтительно от около 1 мкм до около 5 мкм. Предпочтительное количество катализатора, связанного с добавкой, может находиться в диапазоне от около 1% до около 75%, более предпочтительно от около 10% до около 70% и еще более предпочтительно от около 20% до 70% по весу от общего эквивалентного содержания катализатора и добавки.

ПРИМЕРЫ

Эффективность различных вариантов выполнения изобретения при обработке побочного дыма иллюстрируется следующими примерами. Приводимые примеры, однако, не предназначены для ограничения объема прилагаемой формулы.

ПРИМЕР 1

Обрабатывающий материал в форме трубки помещали на сигаретную бумагу традиционной сигареты по существу в контакте с ней. Композиция обрабатывающего материала показана в табл.1. Каждый образец, перечисленный в табл.1, содержал:

15 вес.% технологических добавок

40 вес.% глины-наполнителя

10 вес.% силиката кальция

5 вес.% связующей глины

20 вес.% цеолита

10 вес.% гидрата церия (импрегнированного)

Всего: 100 вес.% + 5 вес.% гидрата церия (покрытие)

Таблица 1
Образец	Пористость (ед. Кореста)
1	11,7
2	10,0
3	9,8
4	7,6
5	8,3
6	7,0
7	10,1

Подготовленные сигареты "выкуривали" в стандартной выкуривающей машине. Количество побочного дыма оценивали визуально по шкале от 0 до 8, где 0 – отсутствие побочного дыма, а 8 – количество побочного дыма, соответствующее традиционной сигарете. Результаты по образцам табл.1 приведены в табл.2.

Таблица 2
Образец	Затяжек	Побочный дым (визуальная оценка) 0-8
1	9,3	0,3
2	9,3	1,4
3	10,7	0,3
4	9,7	0,2
5	9,3	0,9
6	10,7	0,9
7	9,7	1,2

Результаты таблицы 1 основаны на усредненных данных тестов по 3 сигаретам, в которых измеряли количество затяжек у каждой сигареты, выделенный побочный дым и перепад давления. Результаты ясно показывают, что все композиции 1-7 работают удовлетворительно, поскольку показатель видимого побочного дыма, равный 2 или менее, считается приемлемым. Показатели около 1,2 или менее считаются исключительными. Показатели менее 1 означают почти невидимый поток побочного дыма.

ПРИМЕР 2

Обрабатывающий материал в форме трубки помещали на бумагу традиционной сигареты по существу в контакте с ней. Композиция обрабатывающего материала показана в табл.3. Каждый образец, перечисленный в табл.3, содержал:

15 вес.% технологических добавок

41-47 вес.% глины-наполнителя

4-10 вес.% силиката кальция

5 вес.% связующей глины

20 вес.% цеолита

10 вес.% гидрата церия (импрегнированного)

Всего: 100 вес.% + 5 вес.% гидрата церия (покрытие)

Таблица 3
Образец	Пористость (ед. Кореста)
1	21,4
2	9,7
3	7,1
4	10,9
5	12,3
6	13,3

Подготовленные сигареты "выкуривали" в стандартной выкуривающей машине. Количество побочного дыма оценивали визуально по шкале от 0 до 8, где 0 – отсутствие побочного дыма, а 8 – количество побочного дыма соответствует традиционной сигарете. Результаты по образцам по табл.3 приведены в табл.4.

Таблица 4
Образец	Затяжки	Побочный дым (визуальная оценка) 0-8
1	7	0,2
2	8,3	0,2
3	7	0
4	7,6	0,4
5	8	0,8
6	8	1,4

Результаты таблицы 1 основаны на усредненных данных тестов по 3 сигаретам, где измеряли количество затяжек с каждой сигареты, выделенный побочный дым и перепад давления. Результаты ясно показывают, что все композиции 1-7 работали удовлетворительно, поскольку показатель видимого побочного дыма, равный 2 или менее, считается приемлемым. Показатели около 1,2 или менее считаются исключительными. Показатели менее 1 означают почти невидимый поток побочного дыма.

Хотя выше были подробно описаны предпочтительные варианты настоящего изобретения, специалисту будет понятно, что в них могут быть внесены различные изменения, не выходящие из объема, определяемого прилагаемой формулой.