JPS6045918B2 - たばこ煙用フイルタ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は改善されたたはこ煙用フィルターに関するもの
であり、さらに詳しくは植物性原料からなる強塩基性の
微粉末状活性炭を含む香喫味の改善された、たばこ煙用
フィルターに関するものである。

一般にたはこの喫煙に伴なつて発生する煙りは、粒子相
成分と蒸気相成分とに大別される。

粒子相成分はタール（テルペン類、フェノール類などの
化学成分を含む）、アルカロイド（ニコニンなど）等か
らなり、また蒸気相成分は一酸化炭素、メタン、アセト
アルデヒド、イソプレン、アセトン、トルエン等からな
るもので、これらの成分中には喫煙衛生上望ましくない
成分の含まれている。たばこ煙用フィルターは、これら
の成分を濾過あるいは吸着除去するものであり、上記粒
子相成分は主としてアセテート繊維や不織布などのフィ
ルター濾材により濾過され、一方蒸気相成分は主に、フ
ィルター中に添着または充填した活性炭により吸着除去
される。例えば、現在市販されている日本専売公社のた
ばこ製品のうち、商品名セブンスター、マイルドセブン
、ギヤピンのフィルターがこれに該当し、所謂チヤコー
ルフイルター付きたばこと称される。しかしながら、こ
のようなチヤコールフイルター付きたばこは、チヤコー
ルテイストと称する独特の好ましくない喫味を有してお
り、これがチヤコールフイルターの大きな欠点とされい
る。

これまでに、活性炭含有たばこフィルターのたばこの喫
味に及ぼす前述の好ましくない影響を改・善する目的で
種々の試みがなされており、例えは、活性炭に酸性基を
有する多孔性合成吸着剤を含有させる手段（特開昭５３
−１０７４０吟公報）、該活性炭にタンニン酸金属キレ
ート化合物を含有される手段（特開昭５３−８８３００
吟公報）、含窒素活フ性化炭素繊維を利用する手段（特
開昭５３−８８４００号公報）等が提案されている。し
かし、これらの技術手段では、たばこ煙中の特定の好ま
しくない成分だけを選択的に吸着除去する効果という観
点からみると充分とは言えない。即ちこれらのフィルタ
ー付きたばこは、喫煙時に好ましい香喫味成分をも除去
する欠点を有している。本発明者等は、たばこ煙中の刺
激性物質例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド
、蟻酸、酢酸、シアン化水素等の化合物を効率よく除去
し得る活性炭フィルターの開発を目的として研究を行つ
ていたところ、前述のチヤコールテイストは刺激性物質
相互の煙中における存在比と関係が深いこと、そして意
外にも、たばこフィルターに含有させる活性炭の原材料
、細孔径、粒度、塩基性度からなる要因を適宜に選択す
ることにより、チヤコールテイストを抑制し、香喫味の
改善されたたばこ煙用フィルターを得ることに成功し、
本発明をなすに至つた。

即ち、本発明は、植物性原料からなり、塩基性度がＰＨ
９以上で、細孔直径２０Ａ以下の細孔容積が０．１０ｃ
ｃ／ダ以上、且つ３０μｍ以下の超微粉末活性炭を含有
してなる香喫味の改良された、たばこ煙用フィルターに
関する。従来の活性炭は、比較的大きい表面活性を有す
るものがあるものの塩基性度が小さく、アセトアルデヒ
ド等の刺激性蒸気相成分の吸着能が低く、従来フィルタ
ーの問題点を改善するに至つていなかつた。

本発明によれば、たばこ煙用フィルター中に、植物性原
料からなり、塩基性度がＰＨ９以上て、細孔直径２０Ａ
以下の細孔容積が０．１０ｃｃ／ｑ以上、且つ平均粒径
か３０ｐｍ以下の超微粉末活性炭を含有させることによ
つて、香喫味の改善が達成．できる。以下、本発明を詳
細に説明する。ます、本発明に係る活性炭は植物性原料
より製造することが必須である。

かかる植物性原料としては、木材（好ましくは針葉樹系
）；ヤシガラ、パームガラ、コイヤダストの如き南洋植
物；イピール、タカクテイーの如き豆料植物；木材バル
ブ、木綿、リンダーパルプ等が用いられる。他のピッチ
、石炭、石油スラッジのような鉱物質系又はポリアクリ
ロニトリル繊維、フェノール樹脂のような合成系の原料
からも活性炭は製造されてい・るが、これを使用したフ
ィルターでの喫味は、上記植物原料よりはるかに劣り好
ましくない。植物性原料を用いて平均粒径３０ｐｍ以下
という超微粉末状活性炭をつくるには、例えば次のよう
な方法がある。針葉樹系の木材を粉砕機により２００〜
２０００ｐｍの粒度になるように粉砕する。

その後平炉で２０〜（４）時間かけて室温より５００℃
迄昇温して炭化処理を行ない粒径１００〜１０００ｐｍ
１炭素含有率７０％の炭化物を得る。該炭化物を空気移
送型の流動賦活炉により１２００〜１３００℃で数秒間
賦活処理を施す。かかる賦活処理は通常の活性炭の賦活
処理では考え及ばない高温であり、しかも後述する如く
反応）性の高い木質系の原料を炭酸ガス、水蒸気等の活
性ガス中で賦活処理するため、多数に塩基性基が活性炭
表面に生成するものと思われる。生成機構については明
らかではないが、炭酸ガス賦活による０Ｈ基、キノン基
の生成と推察される。また、−別法としてヤシガラ活性
炭を９００℃以上の高温で長時間再賦活することによつ
ても得られる。再賦活雰囲気としては、水蒸気の他に濃
度の高い炭酸ガスが好ましい。活性炭は上述の方法で製
造されるが、たばこフィルターとして採用するためには
その平均粒径（以下単に“粒径゛と記したものは平均粒
径を意味する）が３０μｍを超えるといくら塩基性度が
高くても吸着成分間のバランスに起因するチヤコールテ
イストの除去、抑制を行うことは難かしい。微粉砕化処
理は、５０〜１００μｍに粗粉砕された活性炭をボール
ミル等で長時間、粉砕処理することによりなされる。な
お、活性炭の細孔直径は２０Ａ以下で細孔の容積（以下
ミクロボア細孔容積と略称する）は０．１０ｃｃ／ｙ以
上であることが必須である。即ち、ミクロボア細孔容積
が０．１０ｃｃ／ｑに満ない場合はイソプレン、アセト
ン、アセトアルデヒド等の蒸気相成分の吸着が有効にな
されず喫煙衛生上または、香喫味上望ましくない。この
ようにして得られた活性炭の塩基性度は、フィリップ法
に準する方法、つまりＰＨ７に調製した０．１ＮＫＣ１
水溶液１００ｍ１中に活性炭０．１ｙを投入し、２肴間
振とうした後ＰＨメーターて液のＰＨを測定することに
より求める（例えば工業化学雑誌６７、２０１９（１９
６４））。上記方法で求められる塩基性度は、水溶液中
のＣ１−イオンによつてイオン交換された０Ｈ−イオン
の量を評価しているものと推察される。また、平均粒径
は訂数原理による粒度測定法の一つであるコールターカ
ウンター法（例えば粉体光学研究会編１粉体粒度測定法
ョ）により測定したものである。さらに活性炭の細孔直
径及び細孔容積は、常圧下の液体窒素の沸点（−１９５
．８℃）における吸着側の窒素ガス吸着等温線を用いて
、クランストンーインクレー（ＣｒａｎｓｔＯｎ−１ｎ
ｋ１ｅｙ）の計算法（例えば慶伊富長７吸着ョ共立出版
）により求めた。

但し、細孔直径３００Ａに相当する相対圧での窒素ガス
吸着量に標準状態における気体窒素の密度の比（１．５
８４×１０−３）を乗じた値を全細孔容積とみなし、ま
た、細孔直径３００Ａから２０八までの累積細孔容積か
ら差し引いた値を細孔直径容積と１した。このようにし
て得た活性炭をフィルターとするには、アセテート繊維
のトウにまぶし、これと別のアセテート繊維単独部分と
を組合せる方法、木材バルブ繊維、アセテート繊維等と
混合し不織布１状に成形する方法、接着剤と共に不織布
あるいはトウに吹きつけ散布付着せしめる方法、アルギ
ン酸ソーダのような高粘性の溶液を与える接着性高分子
を含有した分散媒に分散させペースト状の添着液を作り
、ローラー捺染等印刷、染色等で用い二られる印捺法で
不織布状に印捺する方法、カルボキシメチルセルローズ
、ポリビニルアルコールのようなバインダーを用い細粒
状化して、アセテート繊維トウ間に介在させる方法など
がある。

この際活性炭の使用量はフィルター１本当り１５〜１０
０；Ｍｇが好適である。このように本発明の活性炭が、
アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、シアン系ガス等
を特異的に吸着除去する理由については明らかではない
が、粒径が小さいことによる活性表面の増大及び．塩基
性度の大きい塩基量の増加とが、アセトアルデヒド等と
の反応に相乗的に作用したためであると推測される。

香喫味の改良については高い塩基性度、超微粉末の選択
による刺激性蒸気相成分の除去ないしか抑制に加えて、
植物性原料を出発原料に選択している点も寄与するとこ
ろ大である。アクリロニトリル系活性炭素繊維、フェノ
ール樹脂系活性炭などの合成原料からの活性炭もたばこ
煙用フィルターとして検討されてきてはいるが、香喫味
が良くない不都合が内在するため、たばこフィルターと
して実用化はなされていない。このように本発明に係わ
る活性炭は、イソプレン、アセトンの吸着性は従来の活
性炭と同程度である上にアセトアルデヒド、ホルムアル
デヒド、シアン系ガス等刺激性蒸気相成分に対して特異
的”こ多量の吸着性を有するものであるため、従来のチ
ヤコールフイルターの欠点を改良することができる。次
に実験例を挙げて本発明の特徴を明確にする。

夷験例１ 用いる活性炭は次の様に製造した。

（１）木質原料 粒度が２００〜２０００ｐｍ針葉樹系木材屑。

（２）炭化処理該木材屑を、平炉で一昼夜２００から５
００℃に昇温、加熱することにより、収率３０％で炭素
含有７０％の、粒径が１００〜１０００μｍの炭化物を
得た。

（３）賦活処理 イ 該炭化物を流動賦活炉で滞留時間ｗ秒、温度１２０
０〜１３００℃、水蒸気１０％含有雰囲気で処理し、粒
径３０〜２００ｐｍの活性炭を得た。

該活性炭をボールミルで２楊間粉砕処理することにより
、粒径１５μｍ１ミクロボア細孔容積０．３８ｃｃ／ｙ
の活性炭を得た。（サンプル名：１−ａ） また、粉砕
処理前の活性炭をふるい分けすることにより、粒径５０
ｐｍ１塩基性度ＰＨ９．７、ミクロボア細孔容積０．３
６ｃｃ／ｙの活性炭を得た。

（サンプル名：１−ｂ）口 滞留時間５秒、温度１２０
０〜１３００′Ｃ１水蒸気１０％含有雰囲気で処理し、
粒径３０〜３００ｐｍの活性炭を得た。

該活性炭をボールミルで２４時間粉砕処理することによ
り、粒径１８μｍ１塩基性度ＰＨ９．７、ミクロボア細
孔容積０．３２ｃｃ／ｙの活性炭を得た。（サンプル名
：１−ｃ）ハ 滞留時間２囲２、温度１０００℃、水蒸
気１０％含有雰囲気で処理し、粒径３０〜２００ｐｍの
活性炭を得た。

該活性炭をボールミルで粉砕処理を施すことにより、粒
径１５μｍ、塩基性度ＰＨ９．７、ミクロボア細孔容積
０．３４ｃｃ／ｆの活性炭を得た。（サンプル名：１−
ｄ）実験例２ 市販の８〜１４メッシュのヤシガラ活性炭（塩基性度Ｐ
Ｈ７、比表面積６００ボ／ｙ）を１５０〜３００ｐｍに
粉砕し、ロータリー・キルン炉により、９００′Ｃて燃
焼ガス雰囲気下５時間再賦活処理を施した。

該活性炭をボールミルで１０叫間粉砕処理を施すことに
より、粒径１５μｍ、塩基性度ＰＨ９．５ｓミクロボア
細孔容積０．４ｃｃ／ｙの活性炭を得た。（サンプル名
：２−ａ）また、ボールミル粉砕処理５時間後の活性炭
を、ふるい分けすることにより粒径４５μｍ１塩基性度
ＰＨ９．＆ミクロボア細孔容積０．３９ｃｃ／ｙの活性
炭を得た。（サンプル名：２−ｂ）さらに該市販ヤシガ
ラ活性炭をボールミル粉砕処理を施すことにより粒径１
５μｍ１塩基性度ＰＨ７、ミクロボア細孔容積０．３５
ｃｃ／９の活性炭を得た。

（サンプル名：２−ｃ）実験例３ 粒度２００〜２０００ｐｍの針葉樹系木材屑を、５０重
量％の塩化亜鉛水溶液と混合し、多段床炉で７００℃ま
で昇温加熱することにより、炭化、賦活処理を施した後
、塩酸水溶液で洗浄し、ボールミル粉砕処理を行なつて
、塩基性度ＰＨ５．３、ミクロボア細孔容積０．１５ｃ
ｃ／ｙ、粒径１５μｍの活性炭を得５た。

（サンプル名：３−ａ）また、該活性炭をさらにアンモ
ニアガス含有空気流中で、７００℃て処理することによ
り、粒径１５μｍ１塩基性度ＰＨ９．＼ ミクロボア細
孔容積０．０８ｃｃ／ｙの活性炭を得た。

（サンプル名：３−ｂ）２実験例４市販ポリアクリロニ
トリル繊維を３００℃の空気中耐炎化処理を施した後、
８５０゜Ｃの水蒸気含有雰気下て賦活処理を行ない、繊
維状活性炭を得た後、ボールミル粉砕処理を施し、粒径
１５μｍ、塩３基性度ＰＨ９．３、ミクロボア細孔容積
０．２５ｃｃ／ｇの活性炭を得た。

（サンプル名：４）実験例５ 市販ノボラック型フェノール樹脂繊維を、９００℃の水
蒸気含有雰囲気下で炭化処理をおこない繊３維状活性炭
を得た後、ボールミル粉砕処理を施し、粒径１５μｍ、
塩基性度ＰＨ９．２、ミクロボア細孔容積０．４５ｃｃ
／ｙの活性炭を得た。

（サンプル名：５）以上の実験例で得た活性炭を用いて
以上の如き４手段でたばこ煙用フィルターを作製した。

即ち、活性炭１５部をアルギン酸ソーダー水溶液ｍ部に
散布し、均一なペーストを作つた後、木材バルブからな
る乾式不織布（目付４０ｙ／ｄ１厚み２．２薗）にロー
ラー捺染機で、プリント処理を施し、活性炭を３０ｍｇ
／イ添着したシートを得た。該シートを４枚使用し、４
枚のしまの柄が一致するように並べて送り、これをＳ字
型あるいはｚ字型に折り曲げた後、回転する内径先細に
なつたローターにより、より合せ、さらに絞ることとに
よつて円筒状に巻き上げ直径８ｗ０ｎの円筒をつくつｊ
た。

この円筒の外側に薄い紙を巻きつけた後、長さ１０７１
７７！の活性炭添着フィルターを得た。該フィルターを
長さ７Ｔ！Ｕｎのアセテート繊維フィルターと接合し、
長さ１７ｍｍのたばこ煙用フィルターを試製した。以上
の様に試製した各種たばこ煙用フィルターについて、蒸
気相成分としてシアン系ガス、アセトアルデヒド、イソ
プレン及びアセトンの吸着率をそれぞれ測定した結果を
第１表に示す。

なお吸着率は次のようにして求めた。即ち、上記方法に
より試製したフィルターを日本専売公社製品し）イライ
トョからフィルター部分を取除いた部分に操合したもの
を供試たばことし、同じし）イライトョをコントロール
として、定流量型自動喫煙器を用い、次の条件で吸煙さ
せた。

流量： １７．５ｍ１／Ｓｅｃ 吸煙時間：２ｓｅｃ／回 吸煙頻度：１回／Ｍｉｎ 燃焼長： ５０Ｔｆ＄ｔ 吸煙本数：４本／極細ガラス繊維フィルターアセトアル
デヒド、イソプレン、アセトンの吸着率は、極細ガラス
繊維フィルターを通過した８パフ分の煙のうち１．９５
ｍｔをガスクロマトグフイーに導入し、コントロールの
ピーク高さをＨｓとし、次式により吸着率（Ｆ）を求め
た。

Ｆ（％）＝（Ｈ−Ｈｓ）／Ｈ×１００ また、シアン系ガス吸着率は、極細ガラス繊維フィルタ
ーに捕集されたタール及び０．５Ｎ（７）ＮａＯＨ溶液
に吸収されたガス吸収液を蒸留後、比色法によりＣＮ一
量を求めた。

（例えば、日本公衆衛生学会誌２８、１００（１９８１
）第１表の結果より次の様に考案することができる。

（１）サンプル名（１−ｂ）及ひ（２−ｂ）は何れも植
物原料からなるもので、塩基性度及びミクロボア細孔容
積は適正であるが、粒径が大きすぎる為アセトアルデヒ
ド及びシアン系ガスの吸着率が低い。

（２）サンプル名（１−ｄ）、（２−ｃ）及び（３一ａ
）は何れも植物原料からなり、粒径及びミクロボア細孔
容積も適正であるが、塩基性度が低すぎる為、（１−ｄ
）及ひ（２−ｃ）は全体的に吸着率が低く、又（３−ａ
）ではアセトアルデヒド及びシアン系ガスの吸着率が極
端に低く、何れも目的を達成することができない。

（３） サンプル名（３−ｂ）は植物原料からなり、粒
径及び塩基性度共に適正であるが、ミクロボア細孔容積
が少なすぎる為アセトアルデヒド及びシアン系ガスの吸
着率が極端に低い。１） これらに対しサンプル名（１
−ａ）、（１−ｃ）及ひ（２−ｂ）は本発明の規定要件
をすべて満足するもので、たばこ煙中の主成分てあるア
セトアルデヒド、イソプレン、アセトン及びシアン系ガ
スの吸着率は従来品に比べていずれも著しく優れており
、且つ各吸着成分がバランスよく除去されている為、チ
ヤコールテイストの発現もなかつた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 植物性原料からなり、塩基性度がｐＨ９以上で、細
   孔直径２０Å以下の細孔容積が０．１０ｃｃ／ｇ以上、
   且つ平均粒径が３０μｍ以下の超微粉末活性炭を含有し
   てなる香喫味の改良された、たばこ煙用フィルター。