JP5372007B2 - 喫煙物品およびその製造方法、並びに一酸化炭素低減剤の製造方法 - Google Patents

喫煙物品およびその製造方法、並びに一酸化炭素低減剤の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、一酸化炭素低減剤を含む喫煙物品およびその製造方法、並びに一酸化炭素低減剤の製造方法に関する。
喫煙物品の燃焼時に発生する一酸化炭素は除去することが好ましい物質である。従来から、タバコ充填材、タバコ巻紙、フィルタ等に触媒、酸化剤、吸着剤等を含有させることで、喫煙時に生成する主流煙、または自然燃焼時の副流煙に含まれる一酸化炭素を低減させる試みがなされている。
例えば、特許文献１には一酸化炭素を酸化するための触媒として酸化銀を用いることが開示されている。特許文献２および３は、繊維状担体または高表面積担体上に担持されたナノスケールの金属粒子および/または金属酸化物を含む触媒を開示している。特許文献４は、一酸化炭素を二酸化炭素に変換するための酸化剤として働くオキシヒドロキシド化合物が開示しており、遷移金属のオキシヒドロキシド化合物等が例示されている。
しかしながら、金属として多量の貴金属や遷移金属を用いることは、触媒の製造コストを押し上げる要因となる。また、ナノスケールの粒子を用いると、喫煙物品を製造する上でハンドリングが困難になること、粉砕にかかるコストが高くなること等の問題も生じ得る。一方、粒径が大きいミリスケールの粒子は、製造上、喫煙物品に含有あるいは担持させることが困難である。
一方、特許文献５には、水性ガスシフト反応用触媒として、カルシウム及びアルミニウムを主成分とし、鉄を含有する複合酸化物からなる触媒が開示されている。ここでは、アルカリ水溶液中で予めカルシウムおよびアルミニウムからなる層状複水酸化物を製造した後、加熱焼成することによって、カルシウムおよびアルミニウムを含む複合酸化物（カルシウムアルミネート）を主成分とする触媒を製造している。
一般にカルシウムアルミネートは水と接触した際に水和反応を生じ、凝集、結晶崩壊を生じることが知られている。特許文献５の触媒はBET比表面積が20 m2/g以上と大きいため、水との接触面積が非常に大きく、触媒粒子表面から水和反応が急激に進行し、複合酸化物の結晶構造崩壊や凝固を引き起こす。その結果、触媒粒子は短時間に失活する。
日本国特表２００８−５０２３４３号公報 日本国特表２００７−５２７７８２号公報 日本国特表２００７−５２７６９８号公報 日本国特表２００５−５２７２０５号公報 日本国特開２００６−１２２７９３号公報
本発明は、粒子であって、安価に製造することができ、喫煙物品を製造する上でハンドリング性がよく、喫煙物品の燃焼により生じる一酸化炭素の量を比較的長時間にわたって低減させることができる一酸化炭素低減剤を含む喫煙物品およびその製造方法を提供することを目的とする。また、適切なBET比表面積を有し、ハンドリングに優れる一酸化炭素低減触媒の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の第１の側面によれば、式(CaO)m(Al2O3)n (但し、1/6≦m/n≦4/1)で表されるカルシウムアルミネートを含有する粒子を含み、該粒子が2 m2/g以上〜20 m2/g未満のBET比表面積を有する一酸化炭素低減剤を含有することを特徴とする喫煙物品が提供される。
本発明の第２の側面によれば、タバコ充填材を製造する工程と、タバコ巻紙を製造する工程と、該タバコ充填材に水、膨潤剤および香料を添加する工程と、該タバコ充填材からタバコカラムを形成する工程と、該タバコカラムを該タバコ巻紙で包装してタバコロッドを形成する工程とを含み、該いずれかの工程において、該一酸化炭素低減剤を該タバコ充填材および/またはタバコ巻紙に添加することを特徴とする喫煙物品の製造方法が提供される。
本発明の第３の側面によれば、式(CaO)m(Al2O3)n (但し、1/6≦m/n≦4/1)で表されるカルシウムアルミネートを含み、かつBET比表面積が2 m2/g以上〜20 m2/g未満である粒子の表面に、カルシウムおよびアルミニウム以外の追加の金属を、非水系溶媒を用いた湿式法によって添加することを特徴とする一酸化炭素低減剤の製造方法が提供される。
本発明の一酸化炭素低減剤に含まれるカルシウムアルミネートの原料である炭酸カルシウムと酸化アルミニウムは比較的安価で、供給量も多い。従って、本発明によれば、一酸化炭素低減触媒を安価に製造することができる。本発明の一酸化炭素低減剤は適度な大きさを持つので、喫煙物品を作製する上でのハンドリングに優れる。また、本発明の一つの側面において、一酸化炭素低減触媒粒子は非水系で製造されるため、カルシウムアルミネートの結晶構造崩壊や凝固を回避することができ、製造過程において触媒粒子の一酸化炭素低減効果を損なうことがない。
図１は、一酸化炭素を含むモデルガスの流通試験における一酸化炭素の転化率を示すグラフである。 図２は、試料５について温度と出口一酸化炭素濃度との関係を示すグラフである。 図３は、試料１について温度と出口一酸化炭素濃度との関係を示すグラフである。 図４は、一酸化炭素低減能に対して一酸化炭素低減剤に添加されるFeの量が与える影響を示すグラフである。 図５は、試料２、１および７について、温度と出口一酸化炭素濃度との関係を示すグラフである。
[用語の定義]
本発明において「主流煙」という語は、喫煙物品(シガレット)の喫煙時にタバコロッドを通過し、吸い口端を通じて出る気体の混合物(煙)である。
「副流煙」という語は、シガレットの自然燃焼時に、シガレットの燃焼端から生じる煙のことを意味する。
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明の喫煙物品、特にシガレットは、式(CaO)m(Al2O3)n (但し、1/6≦m/n≦4/1)で表されるカルシウムアルミネートを含有する複数の粒子を含む一酸化炭素低減剤を含有している。各粒子のBET比表面積は2 m2/g以上〜20 m2/g未満である。
本発明の一酸化炭素低減剤は、mモルの酸化カルシウム(CaO)粉末、およびnモルの酸化アルミニウム(Al2O3)粉末を混合し、その混合物を1250℃〜1350℃にて焼成して得ることができる。
本発明の一酸化炭素低減剤は、1/6≦m/n≦4/1の範囲にあるモル比を有する式(CaO)m(Al2O3)nのカルシウムアルミネートを含むことで一酸化炭素低減能が高まることがわかった。カルシウムアルミネートは、常温においてスーパーオキシドアニオンラジカル等の陰イオン性ラジカルを包接し、包接している陰イオン性ラジカルを600℃付近で放出すること、並びに約600℃以上の温度では周囲空気中の酸素を取り込み、結果として陰イオン性ラジカルを生成、放出することが知られている。本発明でも、放出または生成された陰イオン性ラジカルによって、主流煙または副流煙中のCOのCO2への転化が促進され、一酸化炭素が低減されると考えられる。
図１に一酸化炭素低減剤の充填層の温度と、一酸化炭素の転化率との関係を示す。
ガスの入口と出口を有する管に、m/n=12/7の(CaO)m(Al2O3)nに追加の金属としてFeを2重量％含むBET比表面積10m2/gの一酸化炭素低減剤を充填した。モデルガスとして、4500 ppmの一酸化炭素、20000 ppmの酸素、残りが窒素である混合ガスを管内に600 mL/分で流通させ、ガス出口におけるモデルガス中の一酸化炭素量をIR分析装置で測定し、一酸化炭素の転化率を算出した。図1に示すように、充填層温度が450℃〜600℃である場合には、一酸化炭素の転化率が上昇し、700℃以上になると再度一酸化炭素の転化率が上昇することが確認された。ここで、450℃〜600℃において一酸化炭素の転化率が上昇するのは、当該一酸化炭素低減剤からの陰イオン性ラジカルが関与していると考えられる。また、600℃以上の温度における一酸化炭素の転化率上昇には、周囲空気中の酸素を取り込んで生成した陰イオン性ラジカルが関与していると考えられる。
一般的なシガレットの燃焼温度は、自然燃焼時は600℃付近であり、喫煙時が800℃付近である。上記した通り、本発明の喫煙物品に用いられる一酸化炭素低減剤は、600〜800℃の温度で一酸化炭素を有意に低減することができるものである。
本発明の一酸化炭素低減剤を構成するカルシウムアルミネート粒子は2 m2/g以上〜20 m2/g未満のBET比表面積を有する。
ここで、比表面積は粒子の重量(g)あたりの表面積(m2)の比率として定義される。一般に粒径の減少に伴って粒子重量も減少するため、粒径の小さい粒子ほど大きな比表面積を持つ傾向がある。なお、BET比表面積が2 m2/gの粒子の粒径は5μm、20 m2/gで0.5μmである。一酸化炭素低減剤(カルシウムアルミネート)粒子の表面は、一酸化炭素低減に寄与するラジカルの放出サイトとなる。また、良好なラジカル放出能を発揮するために、一酸化炭素低減剤(カルシウムアルミネート)粒子はある程度大きな表面積を持つことが好ましい。例えばBET比表面積が2 m2/g未満であると、ラジカル放出サイトの小ささ故に、一酸化炭素低減の機能を十分に果たせない傾向がある。他方で、カルシウムアルミネート粒子はある程度大きな粒径を持つことが好ましい。例えばBET比表面積が20 m2/gを超えると、一酸化炭素低減剤の粒子がナノサイズとなるため、ハンドリングが困難になる。さらに、本発明の一酸化炭素低減剤は、上記BET比表面積を有することにより、水分が存在するタバコ煙(特に主流煙)と接触しても、比較的長時間にわたって一酸化炭素低減能を低下させることがない。また、一度水で被毒されても、500℃程度の温度雰囲気下に置かれることで一酸化炭素の低減機能を回復することが可能である。
本発明の一酸化炭素低減剤を構成するカルシウムアルミネート粒子は、好ましくは、5〜15 m2/g、さらに好ましくは10 m2/g程度であるBET比表面積を有する。BET比表面積は、自動比表面積/細孔分布測定装置であるBELSORP-mini(日本BELL社製)を用いて、窒素吸着１点法により求めることができる。
本発明の一酸化炭素低減剤は、カルシウムおよびアルミニウム以外の追加の金属をさらに有し得る。これらの金属を有することで、一酸化炭素低減能がさらに向上する傾向がある。追加の金属は、カルシウムアルミネート粒子の表面上におよび/またはカルシウムアルミネート粒子中に存在し得る。追加の金属は、Au、Pt、Mg、Si、P、K、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Pd、Agおよびそれらの混合物から成る群から選択されることが好ましい。追加の金属は、Ti、Fe、Cu、Znおよびそれらの混合物から成る群から選択されることがより好ましく、Feであることが特に好ましい。
追加の金属は、合計で一酸化炭素低減剤の重量の0.1重量％以上〜10重量％未満の量で存在することが好ましい。追加の金属の量が0.1重量％未満であると、追加の金属がない場合に比べ、一酸化炭素低減能が有意に向上しない傾向にある。また、追加の金属の量が10重量％以上である場合は、10重量%未満の場合と比べて一酸化炭素低減能が有意に向上しない上に、製造コストを押し上げる。追加の金属は、好ましくは、合計で一酸化炭素低減剤の重量に基づいて0.1重量％〜5重量％の量で存在する。
一酸化炭素低減剤が追加の金属を有するための手法には、(i) 本発明のカルシウムアルミネートを製造する際に用いた酸化カルシウム粉末と酸化アルミニウム粉末に、追加の金属の化合物の粉末をさらに添加し、混合し、その混合物を、同様に1250℃〜1350℃の温度で焼成すること、(ii) 予め上記のとおりに得られたカルシウムアルミネート粒子の表面に、追加の金属の粉末の溶液または懸濁液を噴霧、浸漬等により適用し、乾燥すること、および手法(i)および(ii)の組み合わせが含まれる。いずれの場合にも、用いる追加の金属の化合物には、酸化物、硫酸塩、硝酸塩が含まれる。
上記手法(ii)において、追加の金属は、非水系を用いた湿式法によって添加することが好ましい。すなわち、粒子に添加する追加の金属は、その金属を含む化合物を非水系溶媒に溶解させて用いる。金属化合物としては、非水系溶媒、例えば有機溶媒に溶解することができるものであればよく、例えば上記した硫酸鉄、塩化鉄および硝酸鉄等を挙げることができる。非水系溶媒としては有機溶媒を用いることができ、金属化合物を溶解させることができれば特に限定されない。特に、アセトンまたはエタノールを用いることが好ましい。非水系溶媒を用いることで、水系溶媒を用いた際に起こり得るカルシウムアルミネートの結晶構造崩壊や凝固を防止することができる。従って、粒子が水によって被毒されることによって一酸化炭素低減能が損なわれることがない。
また、金属化合物を焼成前の粒子原料に添加するか、または焼成後の粒子表面に添加する場合、より均一に金属化合物を分散させ、得られる一酸化炭素低減剤の機能を均一にすることが望ましい。なお、水よりも沸点の低い非水系溶媒を用いれば、溶媒の除去が容易となるので、焼成前の粒子原料への添加処理、または焼成後の粒子表面への添加処理が迅速に行えるという利点も有する。非水系溶媒に金属化合物を溶解させ、焼成前に粒子原料と混合するか、または焼成後の粒子と混合した後、アスピレータ等の一般的な手法によって溶媒のみを容易に回収することができるので、金属化合物が均一に分散した粒子を容易に得ることができる。
すなわち、本発明によれば、式(CaO)m(Al2O3)n(但し、1/6≦m/n≦4/1)で表されるカルシウムアルミネートを含み、かつBET比表面積が2 m2/g以上〜20 m2/g未満である粒子の表面に、カルシウムおよびアルミニウム以外の金属を、非水系溶媒を用いた湿式法によって添加することを特徴とする一酸化炭素低減剤の製造方法も提供される。
追加の金属を含むか含まないカルシウムアルミネートを含む粒子は、上記金属化合物を含むか含まない原料粉末混合物を焼成した後、その焼成物を乾式ボールミルおよび湿式サンドミルを用いて粉砕することによって、BET比表面積2 m2/g以上〜20 m2/g未満に調整することができる。
カルシウムアルミネートの原料が、カリウムおよびマグネシウム等の、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の不純物を含有する場合があるが、市販の原料中に存在する範囲内、具体的には2重量％未満であれば許容できる。
本発明の一酸化炭素低減剤は、例えば、本発明の喫煙物品のタバコ充填材またはタバコ巻紙に添加することができる。タバコ充填材に一酸化炭素低減剤を添加する場合の添加量は、該タバコ充填材の1〜80重量％であることが好ましく、さらに好ましくは、タバコ充填材の50〜80重量％である。一方、タバコ巻紙に一酸化炭素低減剤を添加する場合の添加量は、タバコ巻紙の1〜60重量％であることが好ましく、さらに好ましくは、タバコ巻紙の20〜50重量％である。
本発明の喫煙物品は、例えばシガレットである。シガレットは、通常、シガレット用巻紙によりカラム状に巻装されたタバコ充填材からなるタバコロッドを有する。タバコロッドは、通常、17 mm〜26 mmの円周長、および49 mm〜90 mmの長さを有する。タバコロッドの基端（すなわち、吸引方向下流端）には、通常の方法により、チップペーパーを用いて通常のフィルタを取り付けることができる。
本発明の喫煙物品は、タバコ充填材を製造する工程と、タバコ巻紙を製造する工程と、該タバコ充填材に水、膨潤剤および香料を添加する工程と、該タバコ充填材を用いてタバコカラムを形成する工程と、該タバコカラムを該タバコ巻紙で包装してタバコロッドを形成する工程とを含む喫煙物品の製造方法であって、該工程のうちのいずれかの工程において一酸化炭素低減剤を添加することを特徴とする製造方法により製造することができる。
上記製造方法は、本発明の一酸化炭素低減剤を添加することを除き、通常のタバコの製造方法である。タバコ充填材は、例えばタバコ刻みを含む。タバコ充填材に添加される香料は、シガレット等に用いられるいずれの香料であってもよく、例えばメンソール等を挙げることができる。膨潤剤としては、例えばグリセロールまたはプロピレングリコール等を用いることができる。
一酸化炭素低減剤を本発明の喫煙物品に添加するために、一酸化炭素低減剤を水または非水系溶媒に分散させ、スラリーの状態にすることができる。例えば、一酸化炭素低減剤をタバコ充填材に添加する場合には、上記いずれかの工程において、タバコ刻みに該一酸化炭素低減剤のスラリーを噴霧するか、または振り掛けることにより添加する。タバコ巻紙に添加する場合には、タバコ巻紙を製造する工程においてタバコ巻紙原料であるパルプに上記スラリーの状態で抄きこむか、噴霧するか、または振り掛けることにより添加する。
また、タバコ刻み以外のタバコ充填材としては、タバコ刻み、タバコ細粉、バインダおよびエアロゾル生成源等を溶媒中で混合してスラリー状にし、抄造・圧延して形成されたタバコシートの刻みを用いることもできる。このタバコシートの刻みに一酸化炭素低減剤を添加する場合には、該タバコシート原料スラリーに、一酸化炭素低減剤スラリーを混練して抄造・圧延するか、または形成したタバコシート上に一酸化炭素低減剤スラリーを噴霧するか、または振り掛けることによって添加する。
以下本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[実施例１]
[一酸化炭素低減剤の調製]
一酸化炭素低減剤として、下記表１に示すように、
(1) (CaO)m(Al2O3)n(但し、1/6≦m/n≦4/1)で表されるカルシウムアルミネートからなる粒子(試料１〜５、７、８)、
(2) (CaO)m(Al2O3)n(但し、1/6≦m/n≦4/1)で表されるカルシウムアルミネートと、追加の金属(焼成前添加)とを含有する粒子(試料６、９、１０および１６)、
(3) (1)の粒子の表面に金属を添加(焼成後添加)したもの(試料１１、１３〜１５)、および
(4) (2)の粒子の表面に金属を添加(焼成後添加)したもの(試料１２)
を用意した。これら一酸化炭素低減剤は、表１に示すBET比表面積を有する。
Figure 0005372007
試料１の調製
炭酸カルシウム粉末と低純度酸化アルミニウム粉末をモル比で12:7となるように量り取り、粉体ミキサを用いて混合した。この混合粉末を坩堝に入れて、1350℃で6時間加熱焼成した。その後、酸素を通気した雰囲気下で室温にまで冷却して、カルシウムアルミネートを含む粒子を得た。得られた粒子を粉砕した後、乾式ボールミルおよび湿式サンドミルを用いて粒子のBET比表面積を約2.3 m2/gに調整した。
試料２〜５および７の調製
炭酸カルシウム粉末と低純度酸化アルミニウム粉末のモル比、およびBET比表面積を表１に記載したとおりに調整した以外は、試料１と同じ調製方法によって試料２〜５および７を得た。
試料６、９、１０の調製
表１に記載した炭酸カルシウム粉末と低純度酸化アルミニウム粉末のモル比を用い、焼成前の粒子原料に酸化鉄(II)およびチタニアを添加し、BET比表面積を表１に記載したとおりに調整した以外は、試料１と同じ調製方法によって試料６、９および１０を得た。
試料８の調製
炭酸カルシウム粉末と高純度(＞99％以上)酸化アルミニウム粉末をモル比で12:7となるように量り取り、粉体ミキサを用いて混合した。この混合粉末を坩堝に入れて、1350℃で6時間加熱焼成した。その後、酸素を通気した雰囲気下で室温にまで冷却して、カルシウムアルミネートを含む粒子を得た。得られた粒子を粉砕した後、乾式ボールミルおよび湿式サンドミルを用いて粒子のBET比表面積を約9.5 m2/gに調整した。すなわち、試料８には鉄元素が含まれていない。
試料１１，１３、１４の調製
試料８に用いたものと同じカルシウムアルミネート粒子を、それぞれ表１のBET比表面積に調整し、これに金属鉄化合物のエタノール溶液を添加し、撹拌混合した後乾燥させ、粒子表面に金属が添加された試料１１、１３および１４を得た。
試料１２の調製
試料６、９、１０と同じ方法で調製された粒子のBET比表面積を8.7 m2/gに調整し、該粒子の表面に、硝酸鉄をエタノールに溶解した溶液を噴射し、大気下で600℃まで再加熱し、粒子表面にさらに金属が添加された試料１２を得た。
試料１５の調製
焼成した粒子を粉砕する時間を短くし、BET比表面積を8.7 m2/gに調整した以外は、試料１１と同じ方法で作成した。
試料１６の調製
焼成前の粒子原料に酸化鉄(II)を添加し、焼成後にBET比表面積を10.0 m2/gに調整した以外は、試料１と同じ調製方法によって試料１６を得た。
[試料の添加]
各々の一酸化炭素低減剤(試料１〜１６)をブレンド刻み200 mgに対して均一に分散させた。該一酸化炭素低減剤を添加したブレンド刻みを、シガレットと同程度の空隙（50％程度の空隙率）となるように、石英管（内径=8 mm）に20 mmの長さに充填した。
[CO低減率の評価]
試料を充填した石英管を赤外イメージ炉に設置した。シガレットについての標準喫煙条件（17.5 mL/秒）と同程度の断面平均速度となるように乾燥空気を1000 mL/分の速度で流通させ、温度を室温から800℃まで昇温させて、刻みから煙を生成させた。ケンブリッジフィルタとガスバッグを接続し、一酸化炭素低減剤が添加されたブレンド刻みを加熱した際に生じる煙を捕集した。すなわち、フィルタにより煙の粒子相を除去した後、煙のガス相成分のみをガスバッグに補修した。ここで「ガス相成分」という語は、タバコ充填物を燃焼した際に生じる煙に含まれる成分であって、ケンブリッジフィルタを通過する成分のことを意味する。捕集した煙についての一酸化炭素と酸素濃度をGC-TCD(Agilent 3000 Micro GC)を用いて分析した。ブレンド刻みが燃焼した量は試料によって変動するため、放出される一酸化炭素濃度が異なる可能性がある。従って、試料による変動をなくすため、ブレンド刻みの燃焼量は酸素の消費量に比例するものとし、一酸化炭素低減率を下記の式により評価した。
見かけのCO低減率=[1-(実際の一酸化炭素生成量)/(酸素の消費量から推算される一酸化炭素生成量)]×100
上記式により算出される見かけの一酸化炭素低減率が高いほど、一酸化炭素低減能に優れていると評価することができる。
試料１〜１６について、上記式を用いた見かけの一酸化炭素低減率を測定した。また、比較のため、ブレンド刻みのみの試料(比較例１)について、試料１〜１６と同様に一酸化炭素低減能を評価した。本評価結果を表１に示す。
これらの結果から、カルシウムアルミネートを含む一酸化炭素低減剤をタバコ刻みに添加したことにより、煙中の一酸化炭素濃度が低くなる喫煙物品を得ることができることが確認された。中でも(CaO)m(Al2O3)nのモル比m/nが12/7である一酸化炭素低減剤はハンドリングに優れていた。
また、試料８と、試料６、９〜１４および１６との比較から、金属化合物を添加すると、一酸化炭素の低減率がより高くなる傾向があることがわかる。試料１３と試料１４との比較から、カルシウムアルミネートに含まれる金属としての鉄の量を調節することにより、高い一酸化炭素低減率を達成することができることがわかる。さらに、試料１３と試料１６との比較から、焼成後に鉄を添加した方が一酸化炭素低減能を向上させる傾向があることがわかる。
[実施例２]
本発明の一酸化炭素低減剤を添加したタバコ巻紙を用いてシガレットを作製し、このシガレットの一酸化炭素濃度の低減効果を測定した。ここでは、一酸化炭素低減剤を実質的にタバコ巻紙の巻紙填料として用いている。
[試料シガレットの作製]
145 gの一酸化炭素低減剤（試料１４）と15 gの亜麻パルプ(リンセル)を、2000 gのエタノールに加えて撹拌してスラリーを調製した。この際、試料濃度が低い場合(濃度1%程度)は、一酸化炭素低減剤と亜麻パルプを水に分散させることでスラリーを生じることができる。しかしながら、本実施例のように試料濃度が高い場合(濃度7%程度)は、一酸化炭素低減剤と亜麻パルプを水では分散できず、有機溶媒(例えばエタノール)を使用することが必要であった。このスラリーをシート状にキャスティングするか、または16メッシュと200メッシュのステンレス金網を重ねた手漉き紙作製用具の上に流すことによって、坪量が50 g/m2のタバコ巻紙を作製した。
タバコ手巻き装置（リズラー）を用いて750 mgのブレンド刻みを直径8 mmで長さ59 mmの円柱状に成形してタバコロッドを形成した。このタバコロッドを該タバコ巻紙で包接し、フィルタープラグをチップペーパーにより接続して試料シガレットを作製した。
[一酸化炭素濃度低減能の測定]
該シガレットを用いて一酸化炭素濃度を測定した。シガレット燃焼はISO法の標準喫煙条件に従って行った。すなわち、自動喫煙機で1分間に2秒間（58秒間隔）、毎回35 mL吸煙、吸殻長23 mmの条件で喫煙させて、主流煙を捕集した。主流煙のガス相成分をガスバッグに捕集して、GC-TCD(Agilent 3000 Micro GC)を用いて分析した。
比較のため、一酸化炭素低減剤の代わりに炭酸カルシウムを使用した以外は、実施例２と同様の方法で作製したタバコ巻紙(比較例２)を用い、一酸化炭素濃度を実施例２と同様に測定した。
実施例２のシガレットは、比較例２と比較して主流煙中の一酸化炭素濃度が20％低減した。また、主流煙中の酸素濃度と空気中の酸素濃度の差から喫煙中に消費された酸素濃度を計算した。その結果、実施例２は比較例２と比べて消費された酸素濃度が14％少なかった。これらの結果から、カルシウムアルミネートと、カルシウムおよびアルミニウム以外の金属とを含む粒子を含有する一酸化炭素低減剤をタバコ巻紙に添加することで、煙中の一酸化炭素濃度が低減したシガレット等の喫煙物品を得ることができることが確認できた。
[実施例３]
本発明の一酸化炭素低減剤を添加したタバコ用充填シートから作製されたシガレットを用いて、一酸化炭素濃度の低減効果を測定した。
[試料シガレットの作製]
70重量％の一酸化炭素低減剤（実施例１の試料１４）、20重量％のグリセリン、10重量％のバインダを混合してスラリーを調製した。このスラリーを基材上にキャスティングした後、乾燥・裁断工程を経てタバコ用充填シートを作製した。
このタバコ用充填シートをブレンド刻みに対して30重量％配合したタバコ充填材を用いて、タバコ手巻き装置（リズラー）により、直径8 mmで長さ59 mmの円柱状に成形したタバコロッドを作製した。このタバコロッドをシガレット巻紙で包接し、フィルタープラグをチップペーパーにより接続して試料シガレットを作製した。
このシガレットを燃焼させた際の一酸化炭素濃度を測定した。シガレット燃焼はISO法の標準喫煙条件に従って行った。すなわち、自動喫煙機で1分間に2秒間（58秒間隔）、毎回35 mL吸煙、吸殻長23 mmの条件で喫煙させて、主流煙を捕集した。主流煙のガス相成分をガスバックに捕集して、GC-TCD(Agilent 3000 Micro GC)を用いて分析した。
比較のため、ブレンド刻みのみを用いてタバコシートを調製し、これをタバコ充填材として用いた以外は実施例３と同様の方法で作製したシガレット(比較例３)を用い、その燃焼時の一酸化炭素濃度を測定した。
実施例３のシガレットは、比較例３と比べて、主流煙中の一酸化炭素濃度が10重量％低減した。また、主流煙中の酸素濃度と空気中の酸素濃度との差から、喫煙中に消費された酸素濃度を計算すると、実施例と比較例は消費された酸素濃度は変わらなかった。これらの結果から、カルシウムアルミネートにカルシウムおよびアルミニウム以外の金属を添加した化合物からなる一酸化炭素低減剤をタバコ用充填シートに用いることで、煙中の一酸化炭素濃度が低減されるシガレット等の喫煙物品を得ることができることを確認した。
[実施例４]
一酸化炭素低減能に対してBET比表面積が与える影響を、実施例１の試料５と試料１を用いて評価した。
[試料の構造解析]
試料５をX線回折装置（理学電気製 RAD RB RU-200）による元素分析を行ったところ、式(CaO)12(Al2O3)7を有するマイエナイトの結晶構造データと一致した。この結果は、本試料はマイエナイトが主成分であることを示す。XRDの測定条件は以下の通りであった:(X-ray Target:Cu K-Alpha Load:40 kV-80 mA Slit Div:1deg Rec:0.3 mm Scatt:1 deg Filter:Graphite monochro Detecter:SC Scan Speed:4 deg/min Step Sampling:0.02 deg)。
[一酸化炭素低減能の測定]
試料５の一酸化炭素低減能を、以下の通りにして試験した。試料５を50 mg採取し、80 mgのガラスウールに均一に分散させ、内径が8 mmの石英管に充填した。石英管内部に一酸化炭素を約5000 ppm含む窒素を600 mL/分の速度で流通させながら、ガラスウール充填部分を外部加熱により常温から800℃まで上昇させた。この際、石英管出口からのガスの組成を、IR分析装置（HORIBA 社製）を用いてオンライン計測を行った。試料１についても同様の操作を行った。図２および図３に、試料５および試料１についての温度と出口一酸化炭素濃度との関係をそれぞれ示す。
図２および図３から明らかなように、BET比表面積がより大きい試料５を用いると、試料１を用いた場合よりも一酸化炭素がより効果的に低減されることがわかった。
[実施例５]
一酸化炭素低減能に対して一酸化炭素低減剤に添加される金属の量が与える影響を、実施例１の試料８、１１、１３および１４を用いて評価した。これらの試料に含まれる金属の量は、SEM-EDX法（JSM-7500FA JEOL製）により以下の通り定量した。定量結果を以下の表２に示す。
Figure 0005372007
[EDX測定手順]
試料を試料台に固定した後、EDXによりC〜Hgまでを測定し、検出された元素について、設定標準試料との強度を元に定量した。測定条件は、電圧:15 kV、エミッション電流:10μA、測定時間100秒であった。
EDXにて検出された元素について、設定標準試料との強度を元に試料中の金属の重量構成比を求めた。すなわち、検出される元素からCとOとを除いた元素について試料中の構成比を定量し、AlはAl2O3、CaはCaO、FeはFe2O3として存在するものと仮定して、試料中に含まれる元素量を算出した。求められたFeの金属量は試料作製に使用した量から算出される量とほぼ同量である。
また、金属元素の組成については、試料をアルカリ融解後、酸溶解して試料溶液とし、ICP発光分析装置(セイコー製 SPS5000)を用いても測定できる。
得られた試料８、１１、１３、１４および１６について、実施例４と同様の方法で一酸化炭素低減能を試験した。結果を図４に示す。図４において、丸印は一酸化炭素低減剤に鉄を含まないもの(試料８)、黒菱形印は一酸化炭素低減剤に鉄を0.7重量％含んだもの(試料１３)、四角印は一酸化炭素低減剤に鉄を1.3重量％含んだもの(試料１１)、三角印は一酸化炭素低減剤に鉄を5.2重量％含んだもの(試料１４)、白菱形印は一酸化炭素低減剤に鉄を0.7重量％含んだもの(試料１６)のデータを示す。
図４から明らかな通り、一酸化炭素低減剤に鉄を含まない試料８と比べ、鉄を含んだ試料１１、１３、１４および１６について一酸化炭素低減能がより向上していることがわかった。また、試料１１、１３、１４および１６については、含まれる鉄の量が増えるほど、さらに一酸化炭素低減能が向上すること、また温度が上昇するほど一酸化炭素低減能が向上することがわかった。さらに、試料１３と試料１６の比較から、焼成後に鉄を添加した方が一酸化炭素低減能を向上させる傾向があることがわかった。
[実施例６]
一酸化炭素低減能に対して一酸化炭素低減剤の構造が与える影響を、実施例１の試料２、１および７を用いて評価した。各試料はそれぞれ、試料２については(CaO)3(Al2O3)1、試料１については(CaO)12(Al2O3)7、試料７については(CaO)1(Al2O3)6で表されるカルシウムアルミネートである考えられる。図５に、試料２、１および７についての温度と出口一酸化炭素濃度との関係をそれぞれ示す。図中、菱形印が試料２を、丸印が試料１を、および三角印が試料７を表す。
図５より、(CaO)12(Al2O3)7で表されるカルシウムアルミネートを用いると、一酸化炭素がより効果的に低減されることがわかった。
以上説明したように、本発明によれば、式(CaO)m(Al2O3)n (但し、1/6≦m/n≦4/1)で表されるカルシウムアルミネートを含む粒子を含み、該粒子のBET比表面積が2 m2/g以上〜20 m2/g未満である一酸化炭素低減剤を添加したことにより、一酸化炭素生成量を低減させることができる喫煙物品が提供できる。本発明の喫煙物品に添加される一酸化炭素低減剤は、タバコ燃焼時の温度付近である450℃以上に加熱された場合に、効率よく一酸化炭素を二酸化炭素に転化することができる。従って、本発明の喫煙物品は、喫煙時の主流煙中の、および自然燃焼時の副流煙中の一酸化炭素濃度を低減することができる。また、喫煙物品の巻紙に一般的に用いられる炭酸カルシウムと比べ、450℃程度の低温域における一酸化炭素除去能が高い。また、カルシウムアルミネートに比較的コストの低い金属を含ませることで、コストパフォーマンスの優れた一酸化炭素低減剤を作製することができる。本発明において用いる一酸化炭素低減剤は粒径がナノサイズにならないため、喫煙物品の製造におけるハンドリングに優れる。

Claims (14)

  1. 式(CaO)m (Al2O3)n (但し、1/6≦m/n≦3/1)で表されるカルシウムアルミネートを含有する粒子を含み、前記粒子は2.3〜11.2 m 2 /gのBET比表面積を有する一酸化炭素低減剤を含むことを特徴とする喫煙物品。
  2. 前記粒子が、カルシウムおよびアルミニウム以外の少なくとも1種の追加の金属を有することを特徴とする請求項１に記載の喫煙物品。
  3. 前記少なくとも1種の追加の金属が、前記粒子の表面上に、および/または前記粒子中に存在することを特徴とする請求項２に記載の喫煙物品。
  4. 前記少なくとも1種の追加の金属が、Au、Pt、Mg、Si、P、K、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、PdおよびAgから成る群から選択されることを特徴とする請求項２または３に記載の喫煙物品。
  5. 前記追加の金属がFeであることを特徴とする請求項２または３に記載の喫煙物品。
  6. 前記少なくとも1種の追加の金属が、合計で前記一酸化炭素低減剤の重量の0.1重量％以上〜10重量％未満の量で存在する請求項２〜５のいずれか１項に記載の喫煙物品。
  7. 前記喫煙物品がタバコ充填材を含み、前記一酸化炭素低減剤が、前記タバコ充填材の重量の1〜80重量％の量で存在することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の喫煙物品。
  8. 前記喫煙物品がタバコ巻紙を含み、前記一酸化炭素低減剤が前記タバコ巻紙の重量の1〜60重量％の量で存在することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の喫煙物品。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項の喫煙物品の製造方法であって、
    (a) タバコ充填材を製造する工程と、
    (b) タバコ巻紙を製造する工程と、
    (c) 前記タバコ充填材に水、膨潤剤および香料を添加する工程と、
    (d) 前記タバコ充填材からタバコカラムを形成する工程と、
    (e) 前記タバコカラムを前記タバコ巻紙で包装してタバコロッドを形成する工程と
    を含み、前記工程(a)〜(e)のいずれかの工程において、前記一酸化炭素低減剤を前記タバコ充填材および/またはタバコ巻紙に添加することを特徴とする方法。
  10. 前記一酸化炭素低減剤を前記タバコ充填材および/またはタバコ巻紙に塗布するか、混練するか、抄きこむか、噴霧するか、振り掛けるか、または含浸することにより添加することを特徴とする請求項９に記載の方法。
  11. 式(CaO)m (Al2O3)n (但し、1/6≦m/n≦3/1)で表されるカルシウムアルミネートを含み、かつBET比表面積が2.3〜11.2 m 2 /gである粒子の表面に、カルシウムおよびアルミニウム以外の追加の金属を、非水系溶媒を用いた湿式法によって添加することを特徴とする一酸化炭素低減剤の製造方法。
  12. 前記粒子が、その中にカルシウムおよびアルミニウム以外の追加の金属を含むことを特徴とする請求項１１に記載の一酸化炭素低減剤の製造方法。
  13. 前記追加の金属が、前記一酸化炭素低減剤の重量の10重量％未満となるように添加されることを特徴とする請求項１１または１２に記載の一酸化炭素低減剤の製造方法。
  14. 前記金属が、前記一酸化炭素低減剤の重量の0.1重量％〜5重量％未満となるように添加されることを特徴とする請求項１１または１２に記載の一酸化炭素低減剤の製造方法。
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