PL203509B1 - Filtr papierosowy, papieros zawieraj acy filtr i sposób wytwarzania filtra papierosowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest filtr papierosowy, papieros zawieraj acy filtr i sposób wytwarzania filtra papierosowego. W znanych dotychczas filtrach dymu papierosowego stosowane by ly rozmaite materia ly w lókni- ste. D lugo rozwa zano zastosowanie w tym celu octanu celulozy (acetylocelulozy) („CA”). Wybór mate- ria lów ograniczony jest jednak przez konieczno sc dopasowania do ró znych wymagan komercyjnych. Bardzo wa zn a cech a jest wydajnosc filtrowania, to znaczy zdolno sc do selektywnego usuwania lub redukowania niepo zadanych sk ladników dymu papierosowego. W celu osi agni ecia w la sciwej wydajno sci filtrowania, do filtrów papierosowych wprowadzano ta- kie materia ly, jak np. w egiel. Obecnie stosowanym sposobem wprowadzania materia lów adsorbuj a- cych do filtrów papierosowych jest fizyczne schwytanie cz astek adsorbentu pomi edzy w lóknami CA. Wielko sc cz astek materia lów, stosowanych w stanie techniki le zy generalnie w zakresie od 500 do oko lo 1500 mikronów srednicy. W celu uzyskania zadowalaj acej spójno sci produktu i akceptowalnego spadku ci snienia, w konstrukcji takiego filtra nie mog lyby by c stosowane mniejsze cz astki. Ponadto odkryto, i z adsorbenty trac a sw a aktywno sc pod wp lywem trójacetyny, plastyfikatora stosowanego jako spoiwo w lókien CA. Lepszym i kosztowniejszym rozwi azaniem jest umieszczenie okre slonych materia lów we wn ece pomi edzy wk ladkami z w lókien CA w konstrukcji filtra typu wk ladka/przestrze n/wk ladka (P/S/P), w celu ograniczenia wp lywu wywieranego przez spoiwo na adsorbent. Dla utrzymania spadku ci snienia na filtrze w dopuszczalnych granicach, stosowane s a generalnie grube materia ly granulowane o wielko- sci, odpowiadaj acej numerowi sita od oko lo 10 do oko lo 60. Uzyskano d lu zszy czas sk ladowania ad- sorbentu, ale skuteczno sc filtrów ograniczona by la przez stosunkowo du za wielko sc stosowanych cz astek. Drobniejsze cz astki adsorbenta o krótszych wewn etrznych scie zkach dyfuzji i wi ekszych po- lach powierzchni aktywnych nie mog a by c stosowane bezpo srednio w tej konfiguracji ze wzgl edu na nadmierny spadek ci snienia. Materia ly adsorbuj ace/absorbuj ace o mniejszej wielko sci cz astek odznaczaj a si e w ogólno sci wi eksz a kinetyk a reakcji z ze sk ladnikami fazy gazowej, ze wzgl edu na ich krótsze scie zki dyfuzji do wewn etrznej powierzchni takich materia lów porowatych oraz wewn etrznej obj eto sci takich materia lów absorpcyjnych. Wiadomo by lo, ze zastosowanie mniejszych cz astek absorbenta o krótszych scie z- kach dyfuzyjnych pozwala na wytwarzanie filtrów o lepszej kinetyce i pojemno sci w zastosowaniach filtracji fazy gazowej. Odkryto, ze do utrzymywania materia lu adsorbenta/absorbenta w miejscu jest po zadane w lókno z otwartymi lub pó lotwartymi mikrown ekami. Stosowane tutaj okre slenie „wn eki pó lotwarte” oznacza wn eki, które posiadaj a otwory o wielko sci mniejszej ni z wewn etrzna obj etosc w lókna, w którym s a one uformowane, a tak ze takie, które posiadaj a zdolno sc pu lapkowania drobnych cz astek sta lych w swej wewn etrznej obj eto sci. Okre slenie „wn eki otwarte” oznacza, ze otwór ma takie same lub wi eksze wy- miary ni z wewn etrzna obj etosc w lókna, w którym jest uformowany. Zg loszenie US 5 509 430 dotyczy polimerowych w lókien dwusk ladnikowych oraz wytwarzania filtrów dymu tytoniowego z w lókien dwusk ladnikowych, zawieraj acych rdze n z niezbyt kosztownego polimeru termoplastycznego o du zej wytrzyma lo sci oraz mo zliw a do sklejenia os lon e z pewnego mate- ria lu. Istnieje potrzeba opracowania udoskonalonego filtra, który odznacza si e lepsz a skuteczno sci a w selektywnym usuwaniu lub redukowaniu niepo zadanych sk ladników z dymu papierosowego. Zg loszenie patentu na rzecz Tsukamoto, opisuje filtr papierosowy. Filtr papierosowy zawiera modu l filtra, integralnie polaczony z odcinkiem papierosa. Modu l filtra uformowany jest poprzez po la- czenie w wi azk e, przynajmniej jednego absorpcyjnego w lókna syntetycznego, wybranego z grupy, sk ladaj acej si e z 1) w lókien polimeru szczepionego, wytworzonych z napromieniowanego polipropyle- nu poddanego reakcji ze styrenem w fazie gazowej i zawieraj acego adsorpcyjne grupy funkcjonalne, 2) w lókien w egla aktywnego, 3) w lókien na ladowanego elektretu, a tak ze 4) w lókien magnetycznego tworzywa sztucznego, a nast epnie ci ecie po laczonych w lókien do uzyskania za lo zonej d lugo sci. Tsu- kamoto nie ujawnia jednak ze, i z w lókna 1) posiadaj a mikrown eki, ani 2) ze w tych mikrown ekach umieszczony jest w egiel. Zg loszenie USA nr 5 057 368 opisuje profilowane w lókna z mikrown ekami, które s a wielolistko- we, na przyk lad trój listkowe albo czterolistkowe. Inne patenty USA, które ujawniaj a w lókna s a to pa- tenty USA nr-y 5 902 384, 5 744 236, 5 704 966 oraz 5 713 971. Dodatkowo, zg loszenia US 5 244 614 oraz 4 858 629 tak ze ujawniaj a w lókna wielolistkowe. Nie ujawnia si e jednak ze w powy zszychPL 203 509 B1 3 patentach, aby w lókna te mog ly by c stosowane w filtrach papierosowych. Patenty US 5 356 704 oraz US 5 275 859 na rzecz Eastman Chemical Company równie z ujawniaj a filtry papierosowe. Okre slenia „adsorbent” lub „absorbent” rozumiane s a w niniejszym jako zdolno sc materia lu do wch laniania lub przyjmowania sk ladników gazowych na powierzchni lub w g lebi tego materia lu. Celem wynalazku jest selektywne ograniczenie ilo sci pewnych zwi azków w strumieniu dymu pa- pierosowego poprzez opracowanie wydajnego filtra, zawieraj acego adsorbenty i/lub absorbenty o mniej- szej wielko sci cz astki ni z jest to zwykle stosowane przy wytwarzaniu filtrów papierosowych, a wi ec do- starczenie wysokowydajnych filtrów, s lu zacych do selektywnego ograniczenia niektórych gazowych sk ladników dymu tytoniowego, takich jak aldehydy, dieny, benzen, toluen oraz cyjanek wodoru, przy minimalnej reakcji z faz a cz asteczkow a i przy zachowaniu pozadanego spadku ci snienia. Filtr papierosowy zawieraj acy w lókno, wed lug wynalazku charakteryzuje si e tym, ze w lókno za- wiera pó lotwarte mikrown eki, które s a zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym. W lókno korzystnie jest w lóknem trój listkowym, wzgl ednie czterolistkowym. Stosunek ilo sci w egla i/lub amorficznego zelu krzemionkowego wzgl edem w lókna wynosi od oko lo 1% do 150% wagowo. Stosunek ilo sci w egla i/lub amorficznego zelu krzemionkowego do w lókna wynosi oko lo 20 - 80% wagowo. W lókno korzystnie jest impregnowane w lóknem w egla kokosowego, posiadaj acym wspó lczyn- nik zape lnienia oko lo 50%. W lókno posiada mikrown eki o wielko sci oko lo 3 denier na mikrown ek e w lókna, za s w egiel i/lub amorficzny zel krzemionkowy maj a wielko sc cz astek od oko lo 1 do 15 mikrometrów. Filtr nie zawiera lepiszczy ani plastyfikatorów ani te z zasadniczo nie zawiera lepiszczy ani pla- styfikatorów. W lókno korzystnie jest zape lnione amorficznym zelem krzemionkowym oraz w lóknem w egla kokosowego. Papieros z filtrem, maj acy budow e typu wk ladka/przestrze n/wk ladka, zawieraj acy wk ladk e dol- n a, przestrze n, wk ladk e górn a oraz tyto n, wed lug wynalazku charakteryzuje si e tym, ze filtr zawiera w lókno zawieraj ace pó lotwarte mikrown eki, które s a zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym i jest za ladowany w przestrzeni, przy czym wk ladka dolna, filtr znajduj acy si e w prze- strzeni, wk ladka górna oraz tyto n s a otoczone owijk a. Papieros z filtrem maj acy budow e typu wk ladka/przestrze n, zawieraj acy przestrze n, wk ladk e gór- n a i tyto n, wed lug wynalazku charakteryzuje si e tym, ze filtr zawiera w lókno, zawieraj ace pó lotwarte mikrown eki, które s a zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym, i jest za ladowany w przestrzeni, przy czym filtr znajduj acy si e w przestrzeni, wk ladka górna oraz tyto n s a otoczone owijk a. Sposób wytwarzania filtra papierosowego, zawieraj acego w lókno, wed lug wynalazku charakte- ryzuje si e tym, ze stosuje si e w lókno zawieraj ace pó lotwarte mikrown eki zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym, przy czym w egiel i/lub amorficzny zel krzemionkowy poddaje si e mechanicznemu mieszaniu z w lóknem, tak i z w egiel i/lub amorficzny zel krzemionkowy zostaj a za- mkni ete w mikrown ekach. Druga posta c wykonania sposobu wytwarzania filtra papierosowego, zawieraj acego w lókno, wed lug wynalazku charakteryzuje si e tym, ze stosuje si e w lókno zawieraj ace pó lotwarte mikrown eki zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym, i stosuje si e etap elektrostatycznego oddzia lywania w lókna z w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym, tak i z w egiel i/lub amorficz- ny zel krzemionkowy zostaj a zamkni ete w mikrown ekach. Druga posta c wykonania filtra papierosowego zawieraj acego w lókno, wed lug wynalazku cha- rakteryzuje si e tym, ze w lókno zawiera otwarte mikrown eki, które s a zape lnione w eglem i/lub amor- ficznym zelem krzemionkowym. W lókno korzystnie jest w lóknem trój listkowym, wzgl ednie czterolistkowym. Stosunek ilo sci w egla i/lub amorficznego zelu krzemionkowego wzgl edem w lókna wynosi od oko lo 1% do 150% wagowo. Stosunek ilo sci w egla i/lub amorficznego zelu krzemionkowego do w lókna wynosi oko lo 20 - 80% wagowo. W lókno korzystnie jest impregnowane w lóknem w egla kokosowego, posiadaj acym wspó lczyn- nik zape lnienia oko lo 50%. W lókno posiada mikrown eki o wielko sci oko lo 3 denier na mikrown ek e w lókna, za s w egiel i/lub amorficzny zel krzemionkowy maj a wielko sc cz astek od oko lo 1 do 15 mikrometrów.PL 203 509 B1 4 Filtr nie zawiera lepiszczy ani plastyfikatorów ani te z zasadniczo nie zawiera lepiszczy ani pla- styfikatorów. W lókno korzystnie jest zape lnione amorficznym zelem krzemionkowym oraz w lóknem w egla kokosowego. Papieros z filtrem, maj acy budow e typu wk ladka/przestrze n/wk ladka, zawieraj acy wk ladk e dol- n a, przestrze n, wk ladk e górn a oraz tyto n, wed lug wynalazku charakteryzuje si e tym, ze filtr zawiera w lókno zawieraj ace otwarte mikrown eki, które s a zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krze- mionkowym, i jest za ladowany w przestrzeni, przy czym wk ladka dolna, filtr znajdujacy si e w prze- strzeni, wk ladka górna oraz tyto n s a otoczone owijk a. Papieros z filtrem maj acy budow e typu wk ladka/przestrze n, zawieraj acy przestrze n, wk ladk e górn a i tyto n, wed lug wynalazku charakteryzuje si e tym, ze filtr zawiera w lókno, zawieraj ace otwarte mikrown eki, które s a zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym, i jest za ladowany w przestrzeni, przy czym filtr znajduj acy si e w przestrzeni, wk ladka górna oraz tyto n s a otoczone owijk a. Sposób wytwarzania filtra papierosowego, zawieraj acego w lókno, wed lug wynalazku charakte- ryzuje si e tym, ze stosuje si e w lókno zawieraj ace otwarte mikrown eki zape lnione w eglem i/lub amor- ficznym zelem krzemionkowym, przy czym w egiel i/lub amorficzny zel krzemionkowy poddaje si e me- chanicznemu mieszaniu z w lóknem, tak i z w egiel i/lub amorficzny zel krzemionkowy zostaj a zamkni ete w mikrown ekach. Druga posta c wykonania sposobu wytwarzania filtra papierosowego, zawieraj acego w lókno, wed lug wynalazku charakteryzuje si e tym, ze stosuje si e w lókno zawieraj ace otwarte mikrown eki za- pe lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym, i stosuje si e etap elektrostatycznego od- dzia lywania w lókna z w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym, tak i z w egiel i/lub amorficzny zel krzemionkowy zostaj a zamkni ete w mikrown ekach. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przyk ladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z boku w przekroju poprzecznym, filtra typu wk ladka/przestrze n/wk ladka (P/S/P), przymocowanego do papierosa w charakterze przyk ladu jednej z konstrukcji filtra papierosowego we- d lug wynalazku, fig. 2 - widok z boku w przekroju poprzecznym, filtra typu wk ladka/przestrze n (P/S), przymocowanego do papierosa w charakterze przyk ladu jednej z konstrukcji filtra papierosowego we- d lug wynalazku, fig. 3 - powi ekszony widok z boku trój listkowego w lókna, b ed acego przyk ladem w ló- kien posiadaj acych pó lotwarte mikrown eki, które mog a by c stosowane w filtrze wed lug wynalazku, fig. 4 powi ekszony widok z boku czterolistkowego w lókna, b ed acego przyk ladem w lókien posiadaj acych pó lotwarte mikrown eki, które mog a by c stosowane w filtrze wed lug wynalazku, fig. 5 powi ekszony widok z fig. 1 wed lug wynalazku, fig. 6 - wykres, ukazuj acy wydajno sc filtra, wykonanego z g esto upa- kowanych proszków w filtrze typu wk ladka/przestrze n/wk ladka, nie zatrzymywanych przez w lókna z mikrown ekami, fig. 7 - wykres, ukazuj acy wzgl edn a wydajno sc filtrowania filtra papierosowego wed lug wynalazku, fig. 8 - powi ekszony widok z boku trójlistkowego w lókna, które s lu zy jako przyk lad w lókien, posiadaj acych mikrown eki, które mog a by c wykorzystane w wynalazku, fig. 9 - powi ekszony widok z boku czterolistkowego w lókna, które s lu zy jako przyk lad w lókien, które mog a by c wykorzystywane na potrzeby wynalazku, fig. 10 - w lókno, które posiada otwarte wn eki wed lug wynalazku, fig. 11 ilu- stracj e wp lywu zelu APS w filtrze CA na ilo sc HCN podawanego w kolejnych zaci agni eciach si e dymem, fig. 12 ilustracj e wp lywu zelu APS w filtrze CA na ilo sc AA w kolejnych wydmuchach dymu, fig. 13 - po- równanie wydajno sci filtra PP 4DG na zawarto sc AA w kolejnych wydmuchach dymu, fig. 14 - porówna- nie wydajno sci filtra PP 4DG na zawarto sc HCN w kolejnych wydmuchach dymu, fig. 15 - porównanie wydajno sci filtra PP 4DG na zawarto sc izoprenu w kolejnych wydmuchach dymu, fig. 16 - porównanie wydajno sci filtra PP 4DG na zawarto sc MeOH w kolejnych wydmuchach dymu, a fig. 17 - wp lyw sk ladu cz astek na wspó lczynnik zape lnienia w lókna PP-4DG. Na fig. 1 i 2 zilustrowano dwa przyk lady wysokowydajnych filtrów papierosowych wed lug wyna- lazku. Z latwo scia mo zna zauwa zy c, ze zakres tego wynalazku nie jest ograniczony do tych dwóch konstrukcji filtra. Wr ecz przeciwnie, zakres wynalazku obejmuje alternatywne konfiguracje papierosów, które zawieraj a opisane w niniejszym, impregnowane adsorbentem/absorbentem w lókna, znajduj ace sie w ka zdej cz esci papierosa, która mo ze reagowa c ze strumieniem dymu. Na fig. 1 przedstawiono widok z boku w przekroju poprzecznym, ukazuj ac filtr typu wk lad- ka/przestrze n/wk ladka (P/S/P), przymocowany do papierosa 10. Papieros 10 zawiera po laczone z sob a wk ladk e doln a 12, przestrze n 14 oraz wk ladk e górn a 16. Pozadane jest, aby wk ladka dolna 12 wykonana by la z w lókien CA lub innego materia lu, nadaj acego si e w to miejsce filtra papierosowego. Wk ladka górna 16 mo ze by c taka sama lub ró zna od wk ladki dolnej 12. Pa leczka tytoniu 18 polaczonaPL 203 509 B1 5 jest z wk ladk a górn a 16 za po srednictwem bibu ly ko ncówkowej, jak jest to dobrze znane w tej dziedzi- nie. W przestrzeni 14 umieszczona jest pewna ilo sc mikrown ekowych w lókien 22, impregnowanych materia lem adsorbenta/absorbenta 23. W niniejszym nieograniczaj acym przyk ladzie, w lókna 22 po- siadaj a otwarte lub pó lotwarte mikrown eki, do których to w lókien nale za, ale bez ograniczenia do nich, w lókna o profilu wielolistkowym, jak opisano w zg loszeniu „368” oraz US 5 509 430. Dwa przyk lady odpowiednich w lókien 22 przedstawiono na fig. 3 i 4. Nieograniczaj acym przyk ladem takiego w lókna jest w lókno TRIAD™ firmy Honeywell, posiadaj ace u lamkow a wewn etrzn a obj etosc pustej przestrzeni o warto sci od oko lo 0,5 do oko lo 0,6. W lókna te zdolne s a do mechanicznego lub elektrostatycznego pu lapkowania drobnych cz astek wewn atrz swych kana lów mikrown ekowych. W lókna o profilu wielolist- kowym, posiadaj ace ko ncowe za slepki, uwa zane s a za w lókna z wn ekami pó lotwartymi (patrz fig. 3 i 4). W lókna wielolistkowe bez ko ncowych za slepek uwa zane by c kog a za w lókna o wn ekach otwartych (patrz fig. 8, 9 i 10). W lókna te mog a by c zbudowane z dowolnego materia lu, nadaj acego si e do za- stosowania w papierosie. W korzystnym przyk ladzie wykonania w lókna zbudowane s a z polipropylenu („PP”). W praktycznej realizacji niniejszego wynalazku wykorzystywane mog a by c inne w lókna mi- krown ekowe o tych samych parametrach roboczych. Przyk ladem innych w lókien s a w lókna opisane powy zej, na przyk lad w lókna firmy Eastman Chemical Company. Do drobnych cz astek adsorbenta/absorbenta 23, nadaj acych si e do zastosowania w niniejszym wynalazku naleza cz astki, które maj a zdolno sc do reagowania lub zatrzymywania wybranych sk ladni- ków dymu papierosowego. Do takich materia lów adsorbuj acych, nie ograniczaj aco, nale za w egle, tlenki glinowe, krzemiany, sita molekularne, zeolity, a tak ze cz astki metali. Stosowane proszki w eglo- we mog a by c na bazie drewna, w egla lub skorupek orzechów kokosowych lub te z mog a by c otrzyma- ne z dowolnego innego materia lu w eglowego. Ewentualnie, sta ly proszek poddany mo ze zosta c dzia- laniu po zadanych srodków chemicznych, tak aby zmodyfikowa c powierzchnie cz astek w celu w lacze- nia jakiej s szczególnej grupy funkcjonalnej lub struktury funkcjonalnej. Proszek w eglowy na bazie skorupy orzecha kokosowego firmy Pica oraz sproszkowany amino- propylo-sililowy (APS) zel krzemionkowy s a przyk ladami cz astek adsorbenta/absorbenta 23, wykorzy- stywanych do wytworzenia impregnowanych w lókien wed lug wynalazku. Jednym sposobem przygoto- wania impregnowanych w lókien jest u zycie pewnej nadmiernej ilo sci cz astek adsorbenta/absorbenta 23. Cz astki absorbenta 23 s a najpierw mieszane mechanicznie z w lóknem 22 w pewnej zamkni etej obj eto- sci. Nadmiar cz astek 23 jest usuwany przy zastosowaniu dowolnych, konwencjonalnych srodków, takich jak na przyk lad wydmuchiwanie strumieniem powietrza lub rozdzielanie przy u zyciu sita, na przyk lad sita o numerze #70. Powsta le impregnowane w lókna b ed a zatem odznacza ly si e wspó lczynnikiem zape lnie- nia (LF), zdefiniowanym jako stosunek masy materia lu w mikrown ekach w lókien, podzielonej przez ma- s e samych w lókien. Wspó lczynnik zape lnienia mo ze by c wyra zony jako procent lub liczba dziesi etna. W praktycznej realizacji niniejszego wynalazku wspó lczynnik zape lnienia mo ze zmienia c si e w szerokich granicach, przyjmuj ac warto sc wi eksz a lub mniejsz a ni z 1,0 (w przypadku, gdy wyra zony jest w liczbach dziesi etnych), zale znie od stosowanych materia lów adsorbenta/absorbenta. Wspó lczynnik zape lnienia mo ze zmienia c si e od oko lo 1% do oko lo 150%. Korzystniej, wspó l- czynnik zape lnienia wynosi pomi edzy oko lo 20% a oko lo 80%. Jeszcze korzystniej, dla proszku w e- glowego na bazie orzecha kokosowego firmy Pica, wspó lczynnik zape lnienia wynosi oko lo 50%. Rozmiar cz astek w egla wynosi korzystnie od oko lo 1 mikrona do oko lo 50 mikronów. Cz astki 23 utrzymywane s a w otwartych lub pó lotwartych mikrown ekach profilowanych w lókien 22 w wyniku me- chanicznej lub elektrostatycznej interakcji, unikaj ac przez to wystawienia na dzia lanie spoiw lub plasty- fikatorów, stosowanych w procesach wytwarzania filtrów papierosowych. Nie ma potrzeby stosowania spoiw czy plastyfikatorów w celu uzyskania przylegania cz astek do w lókien. W przyk ladach tych, w lókna 22, impregnowane cz astkami 23 s a nast epnie umieszczane w przestrzeni 14 papierosa z fil- trem typu wk ladka/przestrze n/wk ladka, po czym zag eszczane do pewnej g esto sci w celu uzyskania pozadanego rezultatu filtrowania wybranych skladników fazy gazowej dymu, takich jak aldehydy, die- ny, benzen, toluen oraz cyjanek wodoru. Obwoluta 20 owija pa leczk e tytoniu 18, wk ladk e górn a 16, przestrze n 14, impregnowane w lókno 22 oraz wk ladk e doln a 12. Na fig. 2 zilustrowano alternatywny przyk lad wykonania filtra papierosowego o budowie typu wk ladka/przestrze n. Papieros 10a posiada wk ladk e doln a 12 oraz przestrze n 14. W przestrzeni 14 znajduje si e w lókno 22 impregnowane materia lem adsorbenta/absorbenta 23. Do praktyki niniejszego wynalazku nale zy tak ze zastosowanie innych konstrukcji wielosk ladni- kowych. W lókno 22, impregnowane materia lem adsorbenta 23 dzia la jako sk ladnik filtruj acy i mo zePL 203 509 B1 6 by c umieszczone w dowolnym miejscu papierosa, które jest ods loni ete na przep lyw dymu, takim jak na przyk lad miejsce po lo zenia wk ladek 12 i 16. Na fig. 3 i 4 zilustrowano dwa przyk lady pó lotwartych w lókien mikrown ekowych, które s a u zy- teczne w praktycznej realizacji niniejszego wynalazku, jak opisane w patencie „368”. Fig. 5 stanowi powi ekszenie fig. 1 i zilustrowano na niej wielolistkowe w lókna o pó lotwartych mi- krown ekach, impregnowane drobnymi cz astkami adsorbenta/absorbenta 23 w konfiguracji typu wk ladka/przestrze n/wk ladka. Na fig. 6 przedstawiono wykres, ukazuj acy wydajno sc filtra pod wzgl edem oporów przep lywu (opisywanych tak ze jako „rezystancja przep lywu” (RTD)) filtra papierosowego typu P/S/P, zbudowa- nego przy u zyciu technologii zag eszczania proszku, znanej ze stanu techniki. Papierosy zbudowano przy zastosowaniu zarówno proszku w eglowego, krzywa 60, jak i zelu krzemionkowego APS, krzywa 62. Wykres ten ilustruje filtracj e pod wzgl edem oporów przep lywu, wyra zon a w procentowej redukcji metanu (CH 4 ) w funkcji zape lnienia filtra w miligramach. Metan nie reaguje z materia lami filtruj acymi i wykorzystywany jest jako wska znik „wewn etrznego standardu” ca lkowitej ilo sci dostarczanej ilo sci fazy gazowej dymu, a tak ze jako podstawa selektywnej filtracji sk ladników gazowych. Jest to pomys l podobny do zastosowania ca lkowitej materii cz asteczkowej („TPM”) w charakterze wska znika ca lkowi- tej ilo sci fazy cz asteczkowej dymu. To znaczy, papieros P/S/P przygotowany zosta l z ca lkowicie pust a przestrzeni a pomi edzy wk ladkami. Ilosc podawanego metanu w tym papierosie porównywana by la z ilo scia w papierosie, zawieraj acym pewn a ilo sc sypkiego proszku adsorbenta/absorbenta, umiesz- czonego w przestrzeni pomi edzy wk ladkami. Ów drugi papieros wykazywa l w ogólno sci pewn a reduk- cje ilo sci metanu w porównaniu z pierwszym papierosem. Jednak ze, jak zostanie to opisane poni zej, przy bardzo ma lych zawarto sciach dodanego proszku adsorbenta/absorbenta, drugi papieros nie wy- kazuje faktycznie zadnej redukcji zawarto sci metanu. Im wi eksza jest redukcja metanu w g lównym strumieniu dymu, tym wi ekszy jest obserwowany wspó lczynnik rezystancji przep lywu RTD, wskazuj ac raczej na ca losciow a redukcje dymu ni z selek- tywn a filtracj e pewnych sk ladników dymu. W celu uzyskania danych, pokazanych na fig. 6, wykorzystano 2280 sztuk eksperymentalnych papierosów z filtrem typu P/S/P. W celu opisania alternatywnych konstrukcji filtra, w tabelach danych stosowana jest nast epuj aca nomenklatura. Oznaczenie „P1” odnosi si e do wk ladki dolnej a oznacze- nie „P2” do wk ladki górnej. Pomi edzy tymi dwiema wk ladkami P1, P2 znajduje si e przestrze n „S”, któ- ra wype lniona jest pewnym materia lem. Dla ró znych impregnowanych i nieimpregnowanych materia- lów w lóknistych wykorzystywanych w tej przestrzeni stosowane by ly nast epuj ace oznaczenia: Oznaczenie Opis F Nieimpregnowane w lókno mikrown ekowe F(C) W lókno mikrown ekowe impregnowane w eglem F(APS) W lókno mikrown ekowe impregnowane zelem APS Oznaczenie „P1/F(C)/P2” odnosi si e zatem do konstrukcji filtra typu P/S/P, w którym przestrze n po- mi edzy wk ladkami wype lniona jest w lóknem mikrown ekowym, które jest impregnowane w eglem. Ozna- czenie „P1/F(C)” odnosi si e zatem do konstrukcji filtra typu wk ladka/przestrze n, w którym wk ladka umiesz- czona jest w s asiedztwie przestrzeni, zawieraj acej w lókna mikrown ekowe, impregnowane w eglem. W celu uzyskania danych zilustrowanych na fig. 6, wk ladki P1 i P2 posiada ly srednic e 7,5 mm oraz d lugo sci odpowiednio 14,5 mm i 8 mm. Masy wk ladek P1 i P2 wynosi ly odpowiednio oko lo 77 i 45 mg. Proszki umieszczone by ly w cylindrycznej przestrzeni pomi edzy tymi dwiema wk ladkami, które maj a rozmiar oko lo 7,5 mm (g estosci optycznej) x 4,5 mm. Papierosy palone by ly zgodnie z warunkami okre slanymi przez Federaln a Komisj e Handlu (FTC), a do pomiaru ilo sci metanu wykorzy- stywany by l w lasny system wykrywania nierozpuszczalnej pozosta lo sci (IR). Do eksperymentów wyko- rzystywano kokosowy w egiel firmy Pica o numerze #99-2-3 ze sredni a srednic a cz astki oko lo 10 mikro- metrów, a zel krzemionkowy APS by l mielonym zelem krzemionkowym o specyficznej obróbce po- wierzchniowej ze sredni a srednic a cz astki oko lo 5 mikrometrów. Pole powierzchni krzemionkowego zelu APS wynosi lo oko lo 300 m 2 /g, a pole powierzchni w egla aktywnego oko lo 2000 m 2 /g. Na podstawie wyników, pokazanych na fig. 6, mo zna zauwa zy c, ze gdy zape lnienie cz astkami wynosi 40 mg lub mniej, strumie n dymu przechodzi l przez przestrze n pomiedzy wk ladkami bez wy- starczaj acej interakcji z materia lami adsorbentów/-absorbentów. W celu uzyskania lepszej interakcji, do przestrzeni tej wprowadzono wi eksz a ilosc proszku. Zarówno py l w eglowy firmy Pica jak i mielone próbki zelu krzemionkowego APS wykazywa ly redukcj e metanu, je sli ich zawarto sci wynosily wi ecejPL 203 509 B1 7 ni z 50 mg. Ponownie, w eksperymentach tych sproszkowane materia ly adsorbentów/absorbentów spoczywaj a na dnie przestrzeni mi edzy wk ladkami, tak i z powy zej proszku powstawa la pusta prze- strze n. Taka pusta przestrze n umo zliwi laby przej scie dymu z mniejsz a ni z po zadana skuteczno scia filtrowania. Wyniki innej rundy eksperymentów, prowadzonych tylko dla 25 mg proszku pomi edzy wk ladka- mi, zilustrowano w tabeli 1. W przyk ladach tych wyeliminowano ka zd a woln a przestrze n powy zej proszku, po scisni eciu z sob a obydwu wk ladek P1 i P2 wewn atrz struktury filtra, tak aby zag esci c pro- szek mi edzy wk ladkami. W przyk ladzie 3 dodano dodatkowy odcinek wk ladek CA po zag eszczeniu wk ladek o proszek. W obydwu przypadkach zaobserwowano stosunkowo du zy poziom redukcji meta- nu. Podczas gdy ma la wielko sc cz astek jest po zadana ze wzgl edu na wy zsz a kinetyk e filtracji, to jed- nak niewielkie cz astki maj a sk lonno sc do g estego upakowania i blokowania przep lywu dymu. T a b e l a 1. Przyklad Rodzaj filtra X oznacza w egiel X oznacza APS 1 P1/S(X)/P2 bez w lókna -1% -7% 2 S/P1/x/P2 94% 24% 3 P/P1/x/P2 94% 31% 4 P2/F(x) 3% -1% 5 P2/F(x)* -3% -1% W celu rozwi azania opisanych wy zej problemów, zwi azanych ze stosowaniem niewielkich cz a- stek w filtrach papierosowych, niniejszy wynalazek wykorzystuje w lókna, zawieraj ace otwarte lub pó l- otwarte mikrown eki, w celu zatrzymania takich niewielkich cz astek adsorbentów/absorbentów. Drobne cz astki materia lów adsorbentów/absorbentów s a wpierw wprowadzane do wn etrza mikrown ek w ló- kien, po czym zaimpregnowane w lókna wprowadzane s a w pewien okre slony sposób do filtra papie- rosowego. Drobne cz astki mog a by c równomiernie roz lo zone w filtrze papierosowym w celu oddzia ly- wania ze strumieniem dymu bez powodowania zauwa zalnego oporu przep lywu, wynikaj acego z cia- snego upakowania drobnych cz astek. Jak pokazano w tabeli 2, 25 mg proszków, takich jak w egiel lub zel krzemionkowy APS, wprowadzone do oko lo 100 mg w lókien z pó lotwartymi mikrown ekami o konfi- guracji P/F(x), co da lo znacznie wi ekszy stopie n filtracji acetaldehydu i cyjanowodoru ni z konfiguracja P/S(x)/P bez takich zape lnionych w lókien mikrown ekowych, podczas gdy w przyk ladach tych nie na- st api la wyra zna redukcja metanu, jak pokazano w tabeli 1. T a b e l a 2. Przyklad Rodzaj filtra Proszek (mg) Triad (mg) AA HCN 6 P1/S(C)/P2 25 0 -19% -36% 7 P2/F(C) 25 106 -29% -69% 8 P1/S(APS)/P2 25 0 -15% -26% 9 P2/F(APS) 25 96 -36% -75% W tabeli 2 zastosowano nast epuj ace skróty: AA acetaldehyd HCN cyjanowodór Impregnowane w lókna mikrown ekowe s a w stanie selektywnie filtrowa c ró zne sk ladniki dymu poprzez dobór stosowanych materialów adsorbentów/absorbentów. Jednym z korzystnych przyk ladów tych materia lów jest proszek w eglowy, który mo ze wychwytywa c szeroki zakres sk ladników dymu papierosowego, jak zilustrowano poni zej w tabeli 3.PL 203 509 B1 8 T a b e l a 3. Próbka Przyk lad porównawczy 10 Przyk lad porównawczy 11 Rodzaj filtra P3/F/P4 P3/F(C)/P4 P/F, mg 43 42 w egiel, mg 0 35 acetaldehyd -11% -29% cyjanowodór 12% -27% 1,3-pentadien -8% -50% 1,4-butadien -21% -30% izopren -14% -46% akroleina -27% -56% benzen -11% -63% styren -22% -91% siarkowodór 34% -34% W tabeli zastosowano nast epuj ace skróty: P/F/P konfiguracja typu wk ladka/nieimpregnowane w lókna mikrown ekowe/wk ladka P/F(C)/P konfiguracja typu wk ladka/impregnowane w eglem w lókna mikrown ekowe/wk ladka W przyk ladzie 11 z tabeli 3, 35 mg kokosowego py lu w eglowego zaimpregnowano w 42 mg zgrze- wanej punktowo maty w lókninowej, wykonanej z w lókna mikrown ekowego Triad™ o wielko sci 3 denier na w lókno (dpf). Próbka ta umieszczona zosta la nast epnie w przestrzeni utworzonej w referencyjnych filtrach papierosowych #1R4F, poprzez usuni ecie 43 mg pa leczki z w lókien CA w odcinku filtra. Brak by lo zna- cz acej redukcji w szerokim zakresie sk ladników fazy gazowej od acetaldehydu do siarkowodoru. Przy- k lad 10 jest przyk ladem porównawczym, ukazuj acym, i z przy u zyciu nie-impregnowanego w lókna otrzy- mano du zo mniejszy efekt redukcji dla wszystkich zwi azków wyszczególnionych w tabeli. Przestrze n w tych eksperymentach utworzona zosta la w taki sposób, ze d lugosc odcinka P3 wynosi oko lo 4 mm, P4 - 18 mm, a przestrze n mi edzy nimi oko lo 4,5 mm. Wydajnosc i selektywno sc filtrowania mog a zosta c jeszcze zwi ekszone dla szerszego zakresu sk ladników, je zeli razem z drobnymi proszkami zaimpregnowane zostan a odczynniki chemiczne, jak omawia to Xue i inni w pracy „Highly Efficient Acod-Gas Removing Shaped Fiber Filters”, Fundamen- tal and Applied Aspects of Chemically Modified Surfaces; The Royal Society of Chemistry, 1999, której tresc za laczona jest w niniejszym opisie w ca lo sci poprzez odniesienie. Powierzchnia impregnowane- go drobnego proszku adsorbenta/absorbenta mo ze by c chemicznie i/lub fizycznie modyfikowana, tak aby zawiera la specyficzne grupy i struktury funkcjonalne, w celu wy lapywania okre slonych sk ladników. Powierzchni e zelu krzemionkowego APS zmodyfikowano tak, aby posiada la aktywn a pierwszo- rz edow a grup e aminow a -NH 2 , która mo ze reagowa c selektywnie ze sk ladnikami dymu, takimi jak cyjanowodór i acetaldehyd. Przyk lady pokazane w tabeli 4 wykonane zosta ly przy u zyciu papierosa referencyjnego o numerze #2280, zmodyfikowanego tak, aby posiada l konfiguracj e filtra typu P/S. Po pierwsze, wiecej ni z 20 pustych papierosów referencyjnych #2280, „próba kontrolna”, spalonych zo- stalo zgodnie z wymogami FTC poprzez filtra Cambridge, przy czym dokonano pomiaru ilo sci sk ladni- ków fazy gazowej, metanu, acetaldehydu, cyjanowodoru, metanolu oraz izoprenu. Na podstawie, b e- d acego skutkiem spalenia, przyrostu masy na filtrze Cambridge, wyznaczono ca lkowit a materi e cz a- steczkow a („TPM”). W dolnej czesci tabeli 4 oraz w górnej cz esci tabeli 6 zapisano warto sci srednie, odchylenie standardowe („SD”) oraz wzgl edne odchylenie standardowe („RSD”) wielko sci TPM, a tak ze ilo sci metanu, pochodz ace z pustych eksperymentów. Zmian e warto sci danych dla acetalde- hydu, cyjanowodoru, metanolu oraz izoprenu, zapisanych w tabelach 4, 6 i 7, stanowi ly liczby skali- browane wzgl edem zawarto sci metanu. Pokazano tak ze warto sci SD i RSD wzgl ednych zawarto sci.PL 203 509 B1 9 W celu zbadania wp lywu w lókien mikrown ekowych impregnowanych materia lem adsorben- ta/absorbenta, zmieszano i wytrz esiono najpierw pewien nadmiar proszków w egla kokosowego lub zelu krzemionkowego APS z wi azkami w lókna mikrown ekowego (3 deniery na w lókno, PP, ci ete wst epnie na odcinki oko lo 2,54 cm (1 cala)) w zamkni etym worku z tworzywa sztucznego. Zape lnienie proszkiem otrzymano za po srednictwem przyrostu ci ezaru po usuni eciu nadmiarowego proszku w wyniku przesiewania przez sito o numerze #70. Wspó lczynnik zape lnienia utrzymany zosta l ko- rzystnie w zakresie pomi edzy oko lo 0,5 a oko lo 0,8 dla proszku w eglowego oraz pomi edzy oko lo 0,5 a oko lo 0,6 dla proszku APS. Przygotowane próbki w lókna umieszczone zosta ly nast epnie w prze- strzeni filtracyjnej w filtrze papierosa #2280 po usuni eciu wk ladek P1 i P2. Wk ladka P2 zosta la na- st epnie ponownie umieszczona w filtrze papierosowym w celu utworzenia konfiguracji P2/F(x), jak opisano w tabelach 4 i 6. Powsta ly papieros badany byl nast epnie w dobrze znanych warunkach pro- toko lu badawczego FTC. Warto sci TPM, odchylenie procentowe zawarto sci metanu i procentowe odchylenie zawartosci acetaldehydu, cyjanowodoru, metanolu oraz izoprenu, jak skalibrowano przy u zyciu metanu w charakterze wewn etrznego standardu, zapisano w tabelach 4 i 6. T a b e l a 4. Rodzaj filtra W egiel (mg) W lókno mikro- wn ekowe (mg) CH 4 AA HCN MeOH Izopren TPM (mg) P2/F(C) 25 106 -3% -29% -69% -43% -45% 9,2 P2/F(C)* 25 104 3% -31% -58% -46% -57% 5,3 P2/F(APS) 25 96 1% -36% -75% -13% -32% 9,0 P2/F(APS) 25 98 1% -46% -73% -5% -23 7,3 P1/S/P2 sred. 0 0 434 1,33 0, 2 0,26 0,18 14,1 SD 30 0,08 0,03 0,02 0,02 1,0 RSD 7% 6% 12% 7% 11% 7% Dla porównania, zape lnienie cz astkami w tych eksperymentach utrzymywane by lo na poziomie oko lo 25 mg na 100 mg w lókna w przyk ladach wyszczególnionych w tabeli 4. Procentow a warto sc odchylenia dla sk ladników gazowych uwa zano za znacz ac a tylko wtedy, gdy bezwzgl edne warto sci sk ladników by ly wi eksze ni z trzykrotna warto sc odpowiedniego wzgl ednego odchylenia standardowe- go (RSD). Porównywano to z pustym filtrem typu P1/S/P2. Wszystkie cztery przyk lady w tabeli 4 nie wykaza ly znacz acego wzrostu oporów przep lywu, gdy wk ladka P1 (77 mg) zast apiona zosta la przez oko lo 100 mg w lókna zape lnionego 25 mg drobnych proszków, w konfiguracji P2/F(x). Zmiany ilo sci metanu s a daleko mniejsze ni z RSD. Proszki zatrzymane zosta ly w wi ekszo sci w wewn etrznej prze- strzeni wewn etrznych pó lotwartych mikrown ek w lókien, tak i z nie ogranicza ly one przep lywu strumie- nia gazu. Proszek zelu krzemionkowego APS selektywnie wykazywa l znacz ace wysokie procentowe redukcje dla acetaldehydu (36 - 46%) oraz cyjanowodoru (73 - 75%), ale niskie, nieznaczne procen- towe redukcje dla metanolu (5 - 13%) oraz izoprenu (23 - 32%). Proszki w eglowe wykazuj a odpo- wiednio nieco ni zsz a i znacz ac a redukcj e acetaldehydu (29 - 31%) oraz cyjanowodoru (58 - 69%), ale wi eksze i znacz ace redukcje procentowe dla metanolu (43 - 46%) oraz izoprenu (45 - 57%). Selek- tywnosc filtrów dla ró znych sk ladników mo ze by c kontrolowana przez zastosowany materia l adsorben- ta/absorbenta. Dodatkowe przyk lady wykorzystuj ace w lókna mikrown ekowe impregnowane proszkiem w eglowym lub zelu krzemionkowego APS, wykazuj ace redukcje ilo sci acetaldehydu, cyjanowodoru, metanolu oraz izoprenu w sk ladzie fazy gazowej dymu, znajduj a si e w tabelach 6 i 7. Dodatkowym celem wynalazku jest opracowanie filtrów dymu papierosowego, które nie tylko mog a selektywnie redukowa c pewne sk ladniki fazy gazowej, ale tak ze mog a kontrolowa c ilosc TPM. Szczególn a zalet a nowych filtrów papierosowych wed lug niniejszego wynalazku jest to, ze pozwalaj a one na roz lo zenie materia lów adsorbentów/absorbentów w korzystnej konfiguracji, tak aby oddzia ly- wa ly one na strumie n gazu bez blokowania ilo sci po zadanych sk ladników fazy cz asteczkowej dymu. Scie zki przep lywu fazy cz asteczkowej dymu mog a by c kontrolowane lub optymalizowane poprzez modyfikacj e geometrii i g estosci upakowania w lókien, pod k atem po zadanej ilo sci TPM w tym samym rodzaju pa leczek papierosowych. Mo zna to zilustrowa c w dwóch przyk ladach, pokazanych w tabeli 4, gdzie wprowadzone impregnowane w lókna by ly dalej ci ete do po lowy d lugo sci i pakowane cia sniejPL 203 509 B1 10 w tej samej przestrzeni. Ilo sc TPM dla tego samego rodzaju papierosa mo ze by c znacznie zreduko- wana z 9 mg do 5 mg, ze wzgl edu na mniejsz a przestrze n mi edzy w lóknami, podczas gdy redukcja ilo sci sk ladników fazy gazowej nie wykazuje wyra znej zmiany. Na podstawie wyników z tabeli 5, zauwa zono, i z obni zenie g esto sci upakowania w lókien mo ze spowodowa c zmniejszenie stopnia redukcji TPM. Konfiguracje typu P2/F(x) z mniejsz a ilo scia impre- gnowanych w lókien mikrown ekowych pozwalaj a na uzyskanie wi ekszych ilo sci fazy cz asteczkowej dymu. Przygotowano i zbadano szereg przyk ladów filtrów typu P2/F(x), skonstruowanych na bazie papierosa #2280 z malej acymi poziomami zape lnienia w lókna i proszku w eglowego. Dane ilo sci TPM i fazy gazowej zapisane s a w tabeli 5. Zgodnie z oczekiwaniami, ilosc TPM uleg la gwa ltownemu zwi ekszeniu w miar e zmniejszenia zape lnienia. Jednocze snie, ilosc fazy gazowej równie z uleg la zwi ekszeniu w miar e mniejszej zawarto sci w egla, przeznaczonego do oddzia lywania z faz a gazow a. T a b e l a 5. W egiel (mg) W lókno mi- krown ekowe (mg) Suma (mg) TPM (mg) AA ( µg) HCN ( µg) MeOH Izopren CH 4 40 80 120 5,4 211 5, 6 17 7 443 28 40 68 13, 5 380 22 43 36 502 15 20 35 21, 6 599 81 139 77 465 5 7 12 28,4 730 108 177 90 494 0 0 0 26 706 139 166 94 522 W tabeli 5 zastosowano nast epuj ace skróty: MeOH metanol mg miligramy µg mikrogramy Na fig. 7 przedstawiono wykres, otrzymany z danych znajduj acych si e w tabeli 5. Pokazuje on wp lyw zape lnienia na wartosc TPM oraz ilo sc sk ladnika fazy gazowej. Na wykresie tym zidentyfikowa- no korzystne okno zape lnienia 72 w zakresie 45 - 65 mg impregnowanego w eglem w lókna (zawieraj a- cego oko lo 26 - 38 mg mikrown ekowego w lókna PP o wielko sci 3 denier na w lókno oraz 19 - 27 mg py lu w eglowego). W tym zakresie zape lnienia, konfiguracja P2/F(x) nie tylko spowodowa la redukcj e wybranych sk ladników fazy gazowej, acetaldehydu, cyjanowodoru, metanolu oraz izoprenu, ale da la tak ze lepsz a ilosc TPM. W konfiguracji P2/F(x) przestrze n zajmowana przez impregnowane w lókno wynosi oko lo 7,5 mm x 18 mm (oko lo 800 mm 3 ), tak i z korzystna g esto sc zape lnienia dla w lókna mi- krown ekowego o wielko sci 3 denier na w lókno wynosi oko lo 32,5 - 47,5 mg/cm 3 . O ile optymalne dzia- lanie obserwowane jest w oknie zape lnienia 72, zakres niniejszego wynalazku przewiduje wykorzy- stywanie innych warto sci zape lnienia, zale znie od po zadanej wydajno sci filtrowania. W celu dalszego przebadania wymienionego wy zej okna zape lnienia 72, przygotowano i testo- wano dodatkowe przyk lady papierosów #2280 z filtrem o konfiguracji P2/F(x). Wyniki znajduj a si e w tabeli 6. Rezultaty z tabeli 6 pokazuj a, i z wszystkie przyk lady, zawieraj ace 31 mg lub wi ecej w egla wprowadzonego do w lókna mikrown ekowego, odznaczaj a si e znacz acymi redukcjami sk ladnika fazy gazowej. Gdy filtry zawiera ly 40 mg lub wiecej w lókna, redukcja ilo sci TPM stawa la si e znacz aca. Przyk lady wykorzystuj ace w lókna mikrown ekowe wype lnione zelem krzemionkowym APS o wielko sci 3 denier na w lókno, zilustrowane w tabeli 7, wykazywa ly takie same trendy. Co jeszcze ciekawsze, ilosc na jednostk e TPM pewnych sk ladników fazy gazowej (takich jak acetaldehyd, cyjanowodór, me- tanol oraz izopren) papierosa referencyjnego #2280, jak pokazano w tabeli 8, mo ze by c znacznie zmniejszona, gdy stosowane s a w lókna mikrown ekowe wype lnione proszkiem adsorbenta/absorbenta w konfiguracji P2/F(x).PL 203 509 B1 11 T a b e l a 6. Zmniejszenie ilo sci sk ladników fazy gazowej dymu papierosowego w wyniku u zycia w lókna mikrown ekowego impregnowanego proszkiem w eglowym w konfiguracji P2/F(x) w papierosie referencyjnym #2280 Runda Rodzaj filtra W egiel (mg) F (mg) TPM (mg) CH 4 AA/CH 4 HCN/ CH 4 MeOH/ CH 4 izopr/ CH 4 TPM/ CH 4 Srednia kon- trolna P1/S/P 2 0 0 14,1 440,7 1,33 0,21 0,25 0,17 0,032 SD 0 0 1,1 28,8 0, 08 0,03 0,04 0,02 0,001 RSD 8% 7% 6% 14% 15% 9% 4% Przyklad 15 P/F(C) 25 106 9,2 420 -29% -67% -41% -43% -32% Przyklad 16 P/F(C) 25 104 5,3 447 -31% -58% -44% -55% -63% Przyklad 17 P/F(C) 40 80 5,4 443 -64% -94% -85% -91% -82% Przyklad 18 P/F(C) 28 40 13,5 502 -43% -79% -66% -58% -16% Przyklad 19 P/F(C) 21 40 12,6 479 -28% -62% -34% -47% -15% Przyklad 20 P/F(C) 31 38 16,8 495 -31% -54% -29% -49% 6% Przyklad 20A P/F 0 37 16,7 477 + 2,2% + 24% + 16% + 0% + 9% Przyklad 21 P/F(C) 27 36 13,8 438 -43% -59% -19% -54% -2% Przyklad 22 P/F(C) 16 31 14,6 441 -20% -69% -15% -17% 3% Przyklad 23 P/F(C) 15 20 21,6 465 -3% -17% 20% -3% 45% Przyklad 24 P/F(C) 5 7 28,4 494 11% 4% 43% 7% 80% Przyklad 25 P/S 0 0 26 522 2% 27% 27% 6% 56% T a b e l a 7. Zmniejszenie ilo sci sk ladników fazy gazowej dymu papierosowego w wyniku u zycia w lókna mikrown ekowego impregnowanego proszkiem zelu krzemionkowego APS w konfiguracji P2/F(x) w papierosie referencyjnym #2280 Runda Rodzaj filtra APS (mg) F (mg) TPM (mg) CH 4 AA/ CH 4 HCN/ CH 4 MeOH/ CH 4 izopr/ CH 4 TPM/ CH 4 Srednia P1/S/P2 0 0 14,1 440,7 1,33 0,21 0,25 0,17 0, 032 SD 0 0 1,1 28,8 0,08 0,03 0,04 0,02 0,00 RSD 8% 7% 6% 14% 15% 9% 4% Przyklad 26 P/F(APS) 25 98 7,3 439 -45% -72% -1% -20% -48% Przyklad 27 P/F(APS) 25 96 9,0 438 -36% -74% -10% -29% -36% Przyklad 28 P/F(APS) 24 43 12,1 396 -37% -62% 29% 5% -5% Przyklad 29 P/F(APS) 16 38 14,2 441 -21% -32% 42% 11% 1%PL 203 509 B1 12 T a b e l a 8. Ilo sci wzgl edem TPM sk ladników fazy gazowej dymu papierosa referencyjnego #2280 z filtrami P2/F(x) Przebieg Rodzaj filtra Proszek (mg) W lókno mikrow- n ekowe (mg) TPM (mg) AA/TPM HCN/ TPM Me- OH/ TPM Izopr/ TP M Srednia kontrol- na P/S/P 0 0 14,1 41,47 6,68 7,85 5,35 SD P/S/P 0 0 1,1 2,32 0,87 1,00 0,38 RSD 8% 6% 13% 13% 7% W egiel Ró znica wzgl edem PSP Przyklad 3 P/F(C) 25 105 9,2 5% -53% 14% -17% Przyklad 4 P/F(C) 40 80 5,4 -6% -84% 60% -76% Przyklad 5 P/F(C) 28 40 13,5 -32% -75% 60% -50% Przyklad 6 P/F(C) 31 38 16,8 -35% -57% 33% -52% Przyklad 6A P/F 0 37 16,7 -6% 11% 9% -9% Przyklad 7 P/F(C) 27 36 13,8 -42% -60% 18% -54% Przyklad 8 P/F(C) 16 31 14,6 -23% -71% 18% -21% Przyklad 9 P/F(C) 15 20 21,6 -33% -44% 18% -33% Przyklad 10 P/F(C) 5 7 28,4 -38% -43% -21% -41% Przyklad 11 P/S 0 0 26 -34% -20% 19% -33% APS Przyklad 12 P/F(APS) 525 98 7,3 4% -46% 90% 53% Przyklad 13 P/F(APS) 025 95 9,0 0% -80% 40% 10% Przyklad 12 P/F(APS) 24 43 12,1 -34% -80% 34% 9% Przyklad 14 P/F(APS) 16 38 14,2 -21% -34% 40% 9% Otwarte w lókna mikrown ekowe mog a by c dowolnego kszta ltu, o ile spe lniaj a definicj e otwartych mikrown ek. Wa zne jest tylko, aby w lókno mia lo otwarte mikrown eki, umo zliwiaj ace impregnacj e w lókna krzemem, w eglem lub ich mieszanin a. Przyk ladowo, otwartymi w lóknami mikrown ekowymi mog a by c konwencjonalne w lókna acetylocelulozowe o profilu Y, jak zilustrowano na fig. 8 lub profilu czterolistko- wym, jak zilustrowano na fig. 9, w lókna polipropylenowe (PP) o profilu 4-DG firmy Filtration Innovation Technology Inc. (FIT) lub jednym z profili, opisanych w patentach Eastman Chemical (jak na fig. 10). Zauwa zono tak ze, ze je sli cz astki absorbenta s a wystarczaj aco ma le, aby mog ly by c zaimpre- gnowane do wewn etrznych mikrown ek w lókien, nie powoduja one utrudnienia przep lywu gazu pomi e- dzy w lóknami. Dzi eki kontroli g esto sci i rozk ladu w lókien, unikn ac mo zna du zych warto sci RTD przy tworzeniu efektywnego filtra gazu. W celu zaimpregnowania do wn etrza wn ek konwencjonalnych w ló- kien CA o wielko sci 3 dpf i profilu „Y”, drobne cz astki adsorbentów w eglowych lub na bazie zelu krze- mionkowego, winny by c mniejsze ni z 10 µm w srednicy. Dla wi ekszych w lókien, na przyk lad profilo- wanych w lókien polipropylenowych („PP”) 4DG 15 dpf, odpowiednia wielko sc mo ze by c wi eksza, do 20 µm w srednicy. Badanymi w nast epuj acych przyk ladach cz astkami by ly proszki w egla kokosowego firmy Pica oraz zel krzemionkowy traktowany APS (3-aminopropylosilanolem) firmy Grace Davison. Impregnowane tymi cz astkami profilowane w lókna przygotowane by ly w nast epuj acej procedurze: Pewna ilo sc w gra- mach, W 0 , powy zszego w lókna mieszana jest z nadmiern a ilo sci a proszku w zamkni etej torebce z two- rzywa sztucznego. Po zako nczonym mieszaniu i wytrz asaniu, a w pewnych przypadkach r ecznymPL 203 509 B1 13 ugniataniu, mieszanina przepuszczana by la przez sito o numerze #20. Nast epnie, z w lókna usuwano nadmiar proszku. Próbka by la nast epnie wa zona za s jej masa ulega la zmianie do warto sci W 1 (w gra- mach), po czym procentowy przyrost masy w tym procesie zapisywano jako ilo sc zatrzymanych cz astek. Dane dotycz ace zatrzymanych cz astek z przyk ladów wyszczególniono w tabeli 9. Jasne jest, ze cz astki te s a impregnowane w wewn etrznej przestrzeni pomi edzy listkami w lókienek, tak i z nie utrudniaj a one przep lywu gazu mi edzy w lóknami. T a b e l a 9. Zdolno sc do zatrzymywania cz astek ró znych próbek profilowanych w lókien. Przyklad W lókno W 0 Cz astki W 1 Zatrzymanie % 1 CA/Y 2 179,72 APS 4 195,71 9,20 2 CA/Y 840,51 APS 1052,5 22,0* 3 CA/Y 581,98 W egiel 3 640,83 10,11 4 CA/Y 1918,5 W egiel 2119,5 10,48 5 CA/Y 185,97 W egiel 206,63 11,10* 6 PP/4DG 1 246,73 APS 332,33 34,70 7 PP/4DG 246,06 APS 348,86 40,50 8* PP/4DG 270,91 APS 412,47 52,25 9* PP/4DG 302,31 APS 480,42 58,91 10 PP/4DG 266,68 W egiel 396,47 48,67 11 PP/4DG 272,83 W egiel 447,12 63,88 12 PET/4DG 1 251,94 APS 301,90 19,50 * podczas impregnacji proszku zastosowano pewne ugniatanie r eczne w dodatku do wytrz asania 1) w lókno PP/4DG jest próbk a DPL-283, fa ldowane 15 dpf, w lókna d lugo sci 5,08 cm, a PET/4DG pochodzi z próbki DPL-672, 6 dpf, w lókno 31 Yarn, obydwa z FIT. 2) CA/Y jest w lóknem z acetylocelulozy trój listkowym, stosowanym obecnie do wytwarzania wk ladek fil- trów papierosowych. 3) Proszek w eglowy jest py lem w eglowym z lupinek orzechów kokosowych #99-2-3 ( srednice cz astki w zakresie od 1-10 mikrometrów) firmy Pica. 4) Proszek zelu krzemionkowego APS by l sproszkowanym zelem krzemionkowym poddanym dzia laniu 3-aminopropylosilanolu firmy Grace Davison. Zatrzymywanie cz astek we w lóknach z otwartymi mikrown ekami zale zy nie tylko od dopasowa- nia geometrycznego mi edzy cz astkami a mikrown ekami, ale tak ze od procedury impregnacji. Jak po- kazano w tabeli 9, pewien stopie n ugniatania mechanicznego przy u zyciu r ak, mo ze znacznie popra- wi c warto sc zatrzymywania cz astek. W lókno CA 3 dpf/Y moglo zatrzyma c 9 - 22% proszku zelu krze- mionkowego APS, zale znie od si ly przy lozonej podczas impregnacji, podczas gdy zatrzymywanie dla w egla kokosowego wynosi tylko oko lo 10%, ze wzgl edu na s labsze dopasowanie geometryczne. Pra- wie wszystkie stosowane zele krzemionkowe APS maj a srednice w zakresie od 2 do 4 µm. Wykorzy- stywane py ly w eglowe maj a regularny kszta lt, a niektóre z nich mia ly rozmiar w jednym kierunku prze- kraczaj acy 5 µm, g leboko sc wn ek na w lóknach CA 3 dpf/Y. Powoduje to, i z py l w eglowy jest trudniej- szy do upakowania wewn atrz ma lej w askiej przestrzeni pomi edzy listkami w lókna CA, nawet przy u zyciu si ly mechanicznej. Dla w lókien z g lebszymi mikrown ekami, takimi jak w lókna PP 15 dpf 4DG, obydwa stosowane proszki winny by c zdolne do wej scia do wn etrza wn ek. Jak oczekiwano, otrzyma- no wi eksz a wartosc zatrzymywania, w zakresie 30 - 70%. Badane w lókna 6 dpf PET/4DG wykazywa ly ni zsz a warto sc zatrzymywania ni z w lókna 15 dpf PP/4DG dla p lytszych mikrown ek. W celu wytworzenia skutecznych filtrów fazy gazowej, wk ladki z acetylocelulozy filtra papierosa 1R4F zast apiono niektórymi spo sród przygotowanych powy zej materia lów w lóknistych. Po zaakcep- towaniu wyznaczonych warto sci RTD oraz wspó lczynnika rozcie nczenia (DDI) powsta lych papiero- sów, wypalone zosta ly one zgodnie z protoko lem 55 wydmuchów o pojemno sci 55 ml w przeci aguPL 203 509 B1 14 2 sekund z przerwami 30 sekundowymi pomi edzy wydmuchami. Ca lkowita materia cz asteczkowa (TPM) gromadzona by la na filtrze Cambridge, podczas gdy skladniki fazy gazowej mierzone by ly przez kalibrowany system laserowy FT-IR. Wyniki zapisano w tabeli 10 oraz figurach 11 do 16. T a b e l a 10. Dane ze spalania papierosów 1R4F z wymienionymi filtrami. Przyklad/Symbol W lókno Kszta lt/prosz. W lókno/ mg Prosz./mg DDI/% RTD/(cali)?? mm H 2 O TPM (mg)/wy dmuch zakres 1R4F CA (uplast.) Y 186-194 0 26-32 128-149 1,88-2,85 El/9598-52-3 CA Y 145 0 19 121 3,43 E2/9598-52-3 CA Y 154 0 21 129 3,20 E3/9598-52-3 CA Y 229 0 27 203 2,12 E4/9598-52-3 CA Y 229 0 24 230 1, 78 E5/9598-52-3 CA/Przyk l-2 Y(APS) 104 23 27 93 2,37 E6/9598-52-3 CA/Przyk l-2 Y(APS) 178 39 25 121 2,11 E7/9598-52-3 CA/Przyk l-2** P/Y(APS) 106 23 22 143 1,89** E8/9598-44-3 CA/Przyk l-5 Y(W egiel) 120 13 22 118 2,18 E9/9598-44-3 CA/Przyk l-5 Y(W egiel) 130 14 22 146 2,08 E10/9598-43-3 CA/Przyk l-4 Y(W egiel) 160 17 29 174 1,68 E11/9598-43-3 CA/Przyk l-4 4DG 167 18 28 183 1,47 E12/9598-53-3 PP 4DG 167 0 21 178 3,41 E13/9598-53-3 PP 4DG 155 0 21 133 3,38 E14/9598 53-3 PP 4DG 143 0 21 108 3,89 E15/9598-53-3 CA/Przyk l-7 4DG (APS) 104 36 25 95 3,06 E16/9598 53-3 CA/Przyk l-8 4DG (APS) 103 57 18 106 3,36 E17/9598-53-3 CA/Przyk l-8 4DG (APS) 109 60 24 116 2,51 E18/9598 54-3 CA/Przyk l-11 4DG (C) 97 62 21 126 2,91 * w warunkach palenia 55 ml/2s na wydmuch z 30 s przerw a pomi edzy wydmuchami ** dlugosc filtra 22 mm z dodatkowymi 5 mm wk ladek uplastycznionej CA Warto sci zakresów 1R4F, wyszczególnione w tabeli 10, otrzymano z wi ecej ni z 10 kopii próbek, spalonych pomi edzy kolejkami innych próbek. Ich filtry wykonano przy zastosowaniu plastyfikatorów. W celu wyizolowania wp lywu plastyfikatorów, w przyk ladach od E1 do E4, papierosy 1R4F z filtrem wykonano z czystych w lókien CA bez u zycia plastyfikatorów. Procedura przygotowania tych próbek rozpoczyna la si e od etapu wyci agania pewnej ilo sci ci agnionych w lókien przez przygotowan a wst ep- nie cylindryczn a bibule ko ncówkow a przy u zyciu haka. Po okrojeniu, jednorodne czesci owini etych filtrów by ly ci ete na odcinki o d lugo sci 27 mm i umieszczane w papierosach 1R4F w celu zast apienia oryginalnych filtrów CA. Wyszczególnione warto sci masy w lókien CA s a faktycznymi masami w lókien, otrzymanymi z ca lkowitej masy filtrów, z wy laczeniem masy owijki ko ncówkowej, wynosz acej 37,5 mg. Ze wzgl edu na wi eksze zape lnienie w lókien CA, przyk lady E3 i E4 mia ly wi eksze warto sci RTD i mniejsze TPM ni z E1 i E2. Próbki te mog a s lu zy c jako lepsza próba kontrolna ni z zwyk ly papieros 1R4F w celu pokazania wp lywu wprowadzonych proszków w nast epuj acych próbkach papierosów, przygotowanych w podobnych warunkach. W próbkach papierosowych E5 i E6, zastosowano w lókno CA impregnowane sproszkowanym zelem krzemionkowym APS z przyk ladu 2 (tabela 10) do przygotowania filtrów o d lugo sci 27 mm. Zale znie od zape lnienia w lókna, w filtrach tych po procesie znajdowalo si e od 23 do 39 mg sproszko- wanego zelu krzemionkowego APS. W przyk ladzie E7, w charakterze ustnika dodano zwyk la wk ladk ePL 203 509 B1 15 CA o d lugo sci 5 mm, tak i z wyszczególnione w lókno CA i proszek APS zag eszczone by ly w odcinku o d lugo sci 22 mm. Zag eszczenie to daje nieco wi eksz a warto sc RTD a ni zsz a warto sc TPM, ale oby- dwie warto sci s a w dalszym ci agu porównywalne do tych, odpowiadaj acych zwyk lemu papierosowi 1R4F. Wp lyw wprowadzonego w ten sposób proszku APS na sk ladniki gazowe mo ze by c wyra znie pokazany przez dane, dotyczace AA i HCN w trybie wydmuch za wydmuchem, na fig. 11 i 12. Przy takiej samej warto sci RTD z filtrem APS, przyk lad E6 wykazuje znacznie zredukowane ilo sci dostar- czanych AA i HCN w trybie wydmuch za wydmuchem ni z próbki E2 oraz zwyk ly papieros 1R4F. Próbki papierosów E8-11 przygotowane by ly z w lókien CA impregnowanych proszkiem w eglo- wym z przyk ladów 4 i 5 (tabela 10) przy zastosowaniu procesu, opisanego w E1 - 4. Ze wzgl edu na niewielkie zatrzymywanie cz astek, w próbkach znajdowa lo si e jedynie od 13 do 18 mg proszku w eglowego. Wi eksze ilo sci w lókna w przyk ladach E10 i E11 dawa ly wi ekszy ladunek w egla, ale ich warto sci RTD i TPM le za ly poza zakresem porównywalno sci z papierosem 1R4F. Przy mniejszym ladunku w lókien, przyk lady E8 i E9 posiada ly porównywalne warto sci RTD i TPM do warto- sci próbek 1R4F. Duplikowane próbki E8 i E9, E8a i E9a, byly przygotowane w celu oceny skuteczno- sci wprowadzonych proszków w eglowych. W warunkach FTC, czwarty wydmuch papierosa badany by l metod a („GC/MS”). Przy zastosowaniu etanu w charakterze wewnetrznego standardu oraz papie- rosa 1R4F jako próby kontrolnej, zmniejszono poziom podawania wybranych sk ladników fazy gazowej w tych dwóch próbkach, co zilustrowano w tabeli 11. Wyszczególnione warto sci w tabeli 11 wykorzy- stuje si e tylko do zademonstrowania idei korzy sci, wynikaj acych z wprowadzenia w egla do filtrów pa- pierosowych. S adzimy, i z wartosci te mog a ulec dalszemu zwi ekszeniu, je sli zwi ekszony zostanie poziom zatrzymywania dla drobniejszych cz astek w egla lub wi ekszych w lókien CA. T a b e l a 11. Wp lyw wprowadzenia drobnych cz astek w egla na zmian e sk ladu dymu. Próbka 1R4F E9A/9598-44-1 E9A/9598-44-2 Typ filtra CA-uplastycz. CA/Y(w egiel)** CA/Y(w egiel)** CA/mg 186-194 136 122 W egiel/mg 0 15 13 RTD/mm H 2 O 128-149 128 120 DDI/% 25-30 22 22 akroleina kontrolna -22,3% -18,8% 1,3-butadien kontrolna -23,7% -11,4% izopren kontrolna -36,6% -14,23% cyklopentadien kontrolna -32,2% -17,5% AA kontrolna -10,5% -8,9% 2,4-heksadienal kontrolna -24,4% -11,5% CH 2 Cl 2 kontrolna -41,7% -98,1% styren kontrolna -35,5% -19,2% O-ksylen kontrolna -37,6% -32,3% Me-merkaptan kontrolna -22,9% -10,6% COS kontrolna -21,1% -14,4% * 4-y wydmuch w warunkach FTC, detektor GC/MS z etanem jako wewn etrznym standardem ** wk ladka z 37,5 mg owijki ko ncówkowej z bibu ly Przyk lady E12-14 z tabeli 10 s a kontrolnymi próbkami papierosów, przygotowanych z umiesz- czenia czystego fa ldowanego w lókna 15 dpf PP 4DG w filtrze papierosa 1R4F. Jak oczekiwano, im wi ecej zapakowanych czystych w lókien, tym wi eksza jest warto sc RTD. Przyk lady E15 - 18 z tabeli 10 s a papierosami, przygotowanymi z proszku APS lub proszku w eglowego, wprowadzonego do w lókien 4DG PP, otrzymanych z przyk ladów 7, 8 i 11 z tabeli 10. Ze wzgl edu na du ze w lókno oraz g lebokiePL 203 509 B1 16 wn eki dost epne w tym wlóknie, uzyskano dobre warto sci zatrzymywania cz astek (do 64%) zarówno dla w egla jak i APS. Przy porównywalnych warto sciach RTD i TPM, do ka zdego papierosa za ladowa- na mog la by c du za obj eto sc (do 60 mg) proszku w eglowego lub APS. Wp lyw wprowadzonych cz astek absorbenta na sk lad fazy gazowej mo zna zademonstrowa c na danych z fig. 13 - 16. W ogólno sci, w egiel wykazywa l wi eksz a aktywnosc wobec szerszego zakresu zwi azków za po srednictwem procesu adsorpcji fizycznej, podczas gdy proszki APS po obróbce po- wierzchniowej wykazywa ly selektywn a aktywnosc wobec pewnych sk ladników, takich jak aldehydy i HCN za po srednictwem procesów reakcji chemicznej. Na fig. 15 i 16 wyra znie wida c, ze proszek w eglowy odznacza si e aktywno sci a w usuwaniu takich zwi azków jak izopren i metanol, podczas gdy proszek APS nie wykazywa l znacz acej aktywno sci w takich samych warunkach testu. Przy usuwaniu tych samych zwi azków, odznacza ly si e one ró zn a kinetyk a reakcji oraz aktywno sci a. Ró znica ta mo ze by c zademonstrowana w danych podawanych ilo sci w trybie wydmuch za wydmuchem dla acetalde- hydu (AA) na fig. 13. W egiel wykazywa l typowe w la sciwo sci absorpcji fizycznej, które powodowa ly absorpcj e wi ekszo sci AA w pierwszych dwóch wydmuchach, nast epnie stopniowo osi aga ly nasycenie po 6 wydmuchach. Zel krzemionkowy APS mia l znacznie mniejsz a powierzchni e fizyczn a, która zu zy- wana by la bardzo szybko w pierwszym wydmuchu. Ze wzgl edu na mala szybko sc reakcji, reakcja mi edzy grup a aminow a z proszkiem APS oraz AA nie zachodzi la a z do 5 wydmuchu. Maksymalna redukcja poziomu podawanego AA nast epowa la w okolicach 9 wydmuchu. Podobna ró znica pomi edzy proszkiem w eglowym a proszkiem APS mo ze by c tak ze zauwa zona w ich danych podawania HCN w trybie wydmuch za wydmuchem, przedstawionych na fig. 14, gdzie nasycenie powierzchni fizycznej dla proszków w egla i APS by lo wolniejsze ze wzgl edu na ni zszy poziom trudno sci (obciazenia). Dodatkowe przyk lady filtrów z profilowanych w lókien, zawieraj acych mieszaniny proszków, przygotowywane by ly nast epuj aco: 2,0 g z pi eciu ró znych kompozycji mieszanek proszkowych przygotowano poprzez wymieszanie i wytrz esienie 0, 0,5, 1,0, 1,5 oraz 2,0 g zelu krzemionkowego APS w proszku (Grace Davison) z 2,0, 1,5, 1,0, 0,5 oraz 0 g py lu w egla kokosowego firmy Pica #99-2-3, odpowiednio w pi eciu komercyjnych torebkach z tworzywa sztucznego o wymiarach 3X5, zamykanych zamkiem b lyskawicznym. Mieszanki proszkowe by ly mieszane i wytrz asane w torebkach. Proszki by ly impregnowane do wn etrza w lókien poprzez umieszczenie 0,5 g w lókna PP 4DG (15 dpf fa ldowane, d lugo sci 5,08 cm (2 cale), #DPL 283 firmy FIT) do ka zdej z pi eciu torebek, zawiera- jacych proszek i zamkni ecie. Po wytrz asaniu bez ugniatania r ecznego, mieszanki w lókien i proszków wysypywane by ly na sito o numerze #40. Nadmiar proszku by l usuwany poprzez wytrzasanie i odpy- lanie. Czyniono tak, a z do zaniku opadania proszku na kawa lek bia lego papieru. Procentowy przyrost masy próbek w tym procesie by l zapisywany jako wspó lczynnik zape lnienia na fig. 17. Papierosy zosta ly najpierw przekszta lcone poprzez u zycie skr ecarki w celu usuni ecia wk ladek CA filtra z papierosów testowych #1R4F, pozostawiaj ac pusty odcinek o d lugo sci 27 mm. Nast epnie, do tego pustego odcinka, maj acego s lu zy c jako filtr, w lo zono pewn a ilosc powy zszych próbek impre- gnowanych w lókien. Rezystancja przep lywu („RTD”) oraz wspó lczynnik bezpo sredniego rozcie nczenia („DDI”) powsta lych próbek zmierzono przy u zyciu testera serii CFO ANALOG Champion™ i zapisano w tabeli 12. Przygotowane tutaj próbki papierosów odznaczaly si e porównywaln a warto scia RTD (127- 152 mm H 2 O) oraz wspó lczynnikiem rozcie nczenia (24 - 31%) wzgl edem standardowych warto sci dla 1R4F, jak pokazano w tabeli 12. Tabela 12 ilustruje wp lyw wprowadzenia mieszanego proszku APS i w egla na ca lkowite podawanie papierosa 1R4F w warunkach FTC.PL 203 509 B1 17 T a b e l a 12. Wp lyw wprowadzenia mieszanego proszku APS i w egla na ca lkowite podawane ilo sci papierosa 1R4F w warunkach FTC. Runda APS/C Prosz. (mg) PP4DG (mg) TPM (mg) AA ( µg) HCN ( µg) MeOH Izopr CH 4 Wydmuch BT/min dzie n AA/CH 4 HCN/CH 4 MeOH/CH 4 Izopr/CH 4 DDI RTD Kontrolna 1R4F Srednia 0 0 13,0 527,9 75,2 65,0 65,9 365,7 9,2 8,3 1,44 0,21 0,18 0,18 SD 0 0 0,5 70,7 12,6 10,3 6,1 29,5 0,4 0,5 0,12 0,03 0,02 0,00 RSD 0 0 4% 13% 17% 16% 9% 8% 4% 6% 8% 12% 10% 3% Filtr nape lniony w lóknem DPL 283 PP-4DG Zmiana 9563- 80-A 100/0 40,3 155 9,7 296,9 21,91 60,9 57,24 355,3 9 8,8 4 -42% -70% -3% -11% 31 132 9563- 80-B 100/0 40,0 154 10,8 409 33,79 78,3 70,79 407,8 10 9,0 4 -30% -60% 8% -4% 30 141 9563- 80-C 75/25 39,0 152 13,6 393,7 36,49 74,6 53,84 433,1 10 9,0 4 -37% -59% -3% -31% 24 140 9563- 80-D 75/25 40,3 158 10,6 470,3 46,67 65,08 51,23 435,4 11 9,9 4 -25% -48% -16% -35% 31 152 9563- 80-E 50/50 40,8 152 11,9 447,5 44,9680,14 46,01 442,5 10 9 10 -30% -51% 2% -42% 24 127 9563- 80-F 50/50 41,5 154 11,9 471,2 51,11 72,14 48,97 444,7 10 9 10 -26% -44% -8% -39% 30 137 9563- 80-G 25/75 41,5 153 11,5 428,9 54 65,76 39,34 428 10 9,0 10 -30% -39% -13% -49% 30 128 9563- 80-H 25/75 41,3 152 12,3 430,9 64,83 67,29 36,96 422,5 10 9,0 10 -29% -25% -10% -51% 30 128 9563- 80-I 0/100 42,3 154 13,1 317,8 37,73 46,39 22,92 435,8 10 9,0 10 -49% -58% -40% -71% 25 129 9563- 80-J 0/100 42,4 154 13,6 357,1 57,84 49,1 24,01 412,1 9 8,8 10 -40% -32% -33% -68% 24 127 * w warunkach palenia wed lug FTC ** Konfiguracja filtra Próbki papierosów by ly równowa zone w pomieszczeniu kontrolnym w temperaturze -2,78°C (27°F) i wilgotno sci wzgl ednej 60% przez przynajmniej 24 godziny przed spaleniem w warunkach FTC przy zastosowaniu zapalniczki elektrycznej. Ca lkowita materia cz asteczkowa („TPM”") pochodz aca ze spalania zosta la zgromadzona i zmierzona przy u zyciu wa zacych filtrów Cambridge. Sk lad fazy gazo- wej dymu by l analizowany przy zastosowaniu kalibrowanego systemu laserowego w podczerwieni. Wybrane dane z badania przedstawiono w tabeli 12 oraz poni zej tabelach 13 - 16. T a b e l a 13. 9563-80L 9563-80-B 9563-80-C 9563-80-F 9563-80-H 9563-80-J AA ( µg) 1 2 3 4 5 6 7 Wydmuch 1R4F APS100/C 0 APS75/C 25 APS50/C 50 APS25/C 75 APS0/C 100PL 203 509 B1 18 cd. tabeli 13 1 2 3 4 5 6 7 1 26,47 19,96 16,34 23,54 23,13 18,37 2 81,71 15,55 11,14 17,74 20,79 11,64 3 66,94 21,52 11,21 21,86 26,24 14,19 4 56,91 30,7 16,07 32,34 24, 1 30,09 5 69,15 31, 05 30,23 46,67 42,49 46,42 6 74,64 40,58 47,48 58,91 35,19 42,76 7 76,54 49,59 55,63 57,39 53,29 53,45 8 69, 24 67,5 44,21 71,26 77, 05 64,46 9 95,52 62, 4 72,52 60,85 60,35 75,7 10 61,12 88,84 80,59 68,26 T a b e l a 14. 9563-80L 9563-80-B 9563-80-C 9563-80-F 9563-80-H 9563-80-J HCN ( µg) Wydmuch 1R4F APS100/ C 0 APS75/C 25 APS50/C 50 APS25/C 75 APS0/C 100 1 4,98 1,74 1,64 2,57 4,51 3,36 2 7,13 0,75 0,85 1,18 2,35 1,94 3 8,73 0,85 0,97 1,54 2,86 1,45 4 8,56 1,55 2,00 2,99 2,78 3,67 5 10,24 2,45 2,66 2,59 5,21 4,91 6 12,31 3,53 3,27 4,83 4,38 5,87 7 13,72 4,84 5,08 6,1 9,04 9,31 8 12,12 5,99 3,58 7,15 11,03 13 9 15, 68 6,09 6,98 8,49 11,02 14,33 10 6,00 9,48 13,67 11,65 T a b e l a 15. 9563-80L 9563-80-B 9563-80-C 9563-80-F 9563-80-H 9563-80-J IZOP Wydmuch 1R4F APS100/C 0 APS75/C 25 APS50/C 50 APS25/C 75 APS0/C 100 1 4,41 2,86 1,75 1,46 2,2 2,1 2 11,9 9,87 0,1 0,04 0,18 0 3 7,3 6,7 0,51 0,73 0, 76 0 4 8,24 6,48 1,37 1,89 1,53 0 5 9,2 6,6 4,1 2,79 2,86 0,76 6 7 6,85 6,11 5,14 2,86 2,08 7 9,11 6,52 8, 7 7,16 5,08 4,05 8 8,53 9,05 7,28 10,24 7,4 5,95 9 9,29 8,63 10,87 8,86 6,22 9,07 10 7,25 13,2 10,66 7,89PL 203 509 B1 19 T a b e l a 16. 9563-80L 9563-80-B 9563-80-C 9563-80-F 9563-80-H 9563-80-J MEOH Wydmuch 1R4F APS100/C 0 APS75/C 25 APS50/C 50 APS25/C 75 APS0/C 100 1 4,4 4,2 4,07 4,92 6,01 4,85 2 5,65 4, 29 1,89 3,14 2,85 2,64 3 6,75 5,49 1,98 3,3 2,96 2,47 4 6,48 5,27 3,56 4,65 3,51 1,77 5 8,3 5,92 4,49 4,64 3,86 3,59 6 9,5 7,9 7,56 7,42 4,87 4,64 7 11,36 7,77 9,15 9,02 7,12 6,9 8 11,88 10, 53 10,47 10,94 9,72 9,43 9 18,73 13,24 12,92 9,88 11,52 13,01 10 13,71 18,53 14,23 14,87 Na fig. zilustrowano wp lyw sk ladu cz asteczkowego na wspó lczynnik zape lnienia we w lóknie PP-4DG. Brak by lo znacz acej ró znicy wspó lczynnika zapelnienia w przedziale od 100% cz astek APS do 100% w egla. Procentowe zape lnienie wszystkich pi eciu kompozycji le za lo w w askim zakresie od 25,6% do 27,5%. Tabela 12 podsumowuje dane, pochodz ace ze spalania wy zej przygotowanych próbek w wa- runkach FTC. Stosuj ac ca lkowit a ilo sc dostarczanego metanu (CH 4 ) jako wewn etrzny standard, po- równano ca lkowite ilo sci AA, HCN, MeOH oraz izoprenu z odpowiednimi srednimi warto sciami, po- chodz acymi ze spalania 6 kontrolnych papierosów 1R4F w tym samym czasie. Procentowa ró znica z powy zszego porównania uwa zana jest za znaczn a, je sli warto sci bezwzgl edne by ly wi eksze ni z 3-krotno sc wzgl ednego odchylenia standardowego ze spalania kontrolnych próbek 1R4F. Z tabeli 12 wynika, i z 100% zape lnienie w eglem wykazywa lo znaczn a redukcj e AA, HCN, MeOH oraz izoprenu, podczas gdy 100% sproszkowanego zelu krzemionkowego APS dawa lo znaczn a reduk- cj e jedynie AA i HCN. Trzy kompozycje mieszane wykazywa ly znaczn a, ale nie lepsz a redukcj e AA i HCN ni z próbki z czystym w eglem lub proszkiem APS. Interesuj acy jest fakt, i z porównanie mieszanek tak ze wykaza lo znaczn a redukcj e wzgl edem izoprenu, ale nie MeOH. Wydaje si e, ze mieszanki odzna- czaj a si e wi eksz a selektywno sci a na izopren wzgl edem MeOH ni z w egiel i zel krzemionkowy APS. Ze wzgl edu na zmian e selektywno sci filtracji pomi edzy ró znymi sk ladnikami dymu, zmianie ulega profil otrzymywanych sk ladników. Mo ze to stanowi c narz edzie dostosowywania smaku papierosów. W tabelach 13 - 16 przedstawiono dane w trybie wydmuch za wydmuchem ilo sci podawanych AA, HCN, izoprenu i MeOH próbek papierosów. Jak pokazano w tabeli 13, wszystkie piec kompozycji wykaza ly wi ekszo sc AA w pierwszych 3 - 4 wydmuchach i stopniowo traci ly swoj a aktywno sc w pó z- niejszych wydmuchach. Brak by lo znacz acej ró znicy w krzywych dostarczania AA w trybie wydmuch za wydmuchem pomi edzy tymi pi ecioma kompozycjami. Jak pokazano w tabeli 14, proszek zelu krzemionkowego APS odznacza l si e wi eksz a aktywno scia wzgl edem HCN ni z proszek w eglowy, zw laszcza w pó zniejszych wydmuchach (wydmuchy 7 - 9), podczas gdy wszystkie kompozycje mie- szanek wykazywa ly poziom aktywno sci, lezacy pomi edzy tymi dwoma czystymi próbkami. W tabelach 15 i 16, zel krzemionkowy APS nie wykazywa l znacz acej aktywno sci zarówno wzgl edem izoprenu jak i MeOH, podczas gdy w egiel wykaza l dobr a redukcj e tych dwóch sk ladników. Kompozycje mieszanek wykazywa ly rozmaite poziomy aktywno sci wzgl edem izoprenu i MeOH, le zace pomi edzy warto sciami dla samego proszku w eglowego oraz proszku zelu krzemionkowego APS. Mo zliwe jest uzyskanie ró znorodnych profili otrzymywanego sk ladu dymu, poprzez zastosowanie mieszaniny ró znych absorbentów, takich jak proszek zelu krzemionkowego APS i proszek w egla kokoso- wego. Mieszaniny proszku zelu krzemionkowego APS i proszku w eglowego wykazywa ly ró znorodne po- ziomy aktywno sci filtracyjnej, pomi edzy tymi dla czystych postaci w egla czy zelu krzemionkowego APS.PL 203 509 B1 20 Stosuj ac mieszanki o ró znych sk ladach, wytworzone z ró znych absorbentów, w filtrze z profilowanego w lókna, mo ze prowadzi c do ró znych smaków dymu wzgl edem stosowania po prostu czystych postaci. Konkluduj ac, zademonstrowano, ze profilowane w lókna z otwartymi lub pó lotwartymi mikrown e- kami mog a by c stosowane do wytwarzania udoskonalonych filtrów, przeznaczonych do filtrowania fazy gazowej. Ich mikrown eki mog a by c stosowane do zatrzymywania drobnych cz astek absorbenta, takich jak proszek w egla czy zelu krzemionkowego APS lub ich mieszanin, bez powodowania wysokiej warto sci RTD. Filtry papierosowe wykonane z tych impregnowanych w lókien bez plastyfikatora wyka- za ly wi eksz a skuteczno sc w usuwaniu pewnych sk ladników dymu papierosowego ni z konwencjonalne filtry CA w papierosach 1R4F. Zale znie od w la sciwo sci powierzchni impregnowanych proszków, usu- wanie sk ladników fazy gazowej mo ze by c realizowane albo za po srednictwem adsorpcji fizycznej albo mechanizmu reakcji chemicznej. Poprzez dobór mechanizmu reakcji, selektywnie usuwane z dymu papierosowego mog a by c niektóre sk ladniki. Niniejszy wynalazek dostarcza wysokowydajne filtry papierosowe, posiadajace zdolno sc do se- lektywnego usuwania pewnych sk ladników dymu papierosowego. Zale znie od sk ladników, które maj a by c usuniete, wprowadzane adsorbenty/absorbenty mog a by c poddawane chemicznej obróbce lub wspó l-impregnowane pewnymi reagentami chemicznymi o wysokiej reaktywnosci i selektywno sci wzgl edem tych sk ladników. Wielkosc cz astek stosowanego adsorbenta/absorbenta mo ze by c tak za- projektowana, aby by la du zo mniejsza ni z jest to znane w stanie techniki, tak aby uzyska c zwi ekszon a kinetyk e reakcji z faz a gazow a. Korzystny rozmiar stosowanych cz astek mo ze by c dopasowany za po srednictwem denier a tak ze otworu i obj eto sci wnek w lókna. Dla w lókna mikrown ekowego o wielko- sci 3 dpf, rozmiar schwytanej cz astki mo ze le ze c w zakresie od 1 do 15 mikrometrów. W lókno mi- krown ekowe o wielko sci 6 dpf mo ze zatrzymywa c wi eksze cz astki ni z 1 - 15 mikrometrów. W znacznej cz esci, cz astki chwytane by ly w wewn etrznej obj eto sci w lókna poprzez wprowadzenie ich do obj eto sci tego w lókna. Wprowadzone drobne cz astki nie powoduj a znacznego wzrostu rezystancji przep lywu, przejawianej przez same w lókna, zape lnione czy tez nie. Dostarczana warto sc TPM papierosa mo ze by c kontrolowana i optymalizowana poprzez kontrol e g esto sci upakowania i geometrii w lókien i b edzie w wi ekszo sci niezale zna od stopnia, w jakim w lókna s a zape lnione rozdrobnionymi materia lami adsor- bentów/absorbentów. Do wytworzenia w lókien wed lug wynalazku mog a by c tak ze stosowane, ale bez ograniczenia do nich, inne materia ly polimerowe, na przyk lad poliester i polisulfon. Inne materia ly w lókniste moga by c stosowane o ile nadaj a si e one do stosowania w papierosie. Opisane tutaj mikrown eki nie musz a by c mikrown ekami ci ag lymi. Impregnowane w lókna mog a znajdowa c si e w dowolnej czesci papierosa lub dodatkowego urz adzenia do palenia, w dowolnej in zy- nierskiej konstrukcji, która pozwala na ich ods loni ecie na strumie n dymu w celu uzyskania skutku, zdefiniowanego w niniejszym zg loszeniu patentowym. Wszystkie omawiane powy zej odwo lania s a w laczone w ca lo sci przez odniesienie dla wszyst- kich u zytecznych celów. O ile pokazano i opisano pewne specyficzne struktury, b ed ace przyk ladami wykonania wyna- lazku, oczywiste b edzie dla znawców tej dziedziny, ze mo zliwe jest dokonanie rozmaitych modyfikacji i przekszta lce n elementów, bez odchodzenia od idei i zakresu le zacej u podstaw koncepcji wynalaz- czej, która nie jest ograniczona do szczególnych, przedstawionych i opisanych tutaj postaci. PL PL

Claims (26)

1. Zastrze zenia patentowe 1. Filtr papierosowy zawieraj acy w lókno, znamienny tym, ze w lókno (22) zawiera pó lotwarte mi- krown eki, które s a zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym.

2. Filtr wed lug zastrz. 1, znamienny tym, ze w lókno (22) jest w lóknem trój listkowym (30).

3. Filtr wed lug zastrz. 1, znamienny tym, ze w lókno (22) jest w lóknem czterolistkowym (32).

4. Filtr wed lug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosunek ilo sci w egla i/lub amorficznego zelu krze- mionkowego wzgl edem w lókna (22) wynosi od oko lo 1% do 150% wagowo.

5. Filtr wed lug zastrz. 4, znamienny tym, ze stosunek ilo sci w egla i/lub amorficznego zelu krze- mionkowego do w lókna (22) wynosi oko lo 20 - 80% wagowo.

6. Filtr wed lug zastrz. 1, znamienny tym, ze w lókno (22) jest impregnowane w lóknem w egla kokosowego, posiadaj acym wspó lczynnik zape lnienia oko lo 50%.PL 203 509 B1 21

7. Filtr wed lug zastrz. 1, znamienny tym, ze w lókno (22) posiada mikrown eki o wielko sci oko lo 3 denier na mikrown ek e w lókna, za s w egiel i/lub amorficzny zel krzemionkowy maj a wielko sc cz astek od okolo 1 do 15 mikrometrów.

8. Filtr wed lug zastrz. 1, znamienny tym, ze filtr nie zawiera lepiszczy ani plastyfikatorów ani te z zasadniczo nie zawiera lepiszczy ani plastyfikatorów.

9. Filtr wed lug zastrz. 1, znamienny tym, ze w lókno (22) jest zape lnione amorficznym zelem krzemionkowym oraz w lóknem w egla kokosowego.

10. Papieros z filtrem, maj acy budow e typu wk ladka/przestrze n/wk ladka, zawieraj acy wk ladk e doln a, przestrze n, wk ladk e górn a oraz tyto n, znamienny tym, ze filtr zawiera w lókno (22) zawieraj ace pó lotwarte mikrown eki, które s a zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym i jest za ladowany w przestrzeni (14), przy czym wk ladka dolna (12), filtr znajduj acy si e w przestrzeni (14), wk ladka górna (16) oraz tyto n (18) s a otoczone owijk a (20).

11. Papieros z filtrem maj acy budow e typu wk ladka/przestrze n, zawieraj acy przestrze n, wk ladk e górn a i tyto n, znamienny tym, ze filtr zawiera w lókno (22), zawieraj ace pó lotwarte mikrown eki, które s a zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym, i jest za ladowany w przestrzeni (14), przy czym filtr znajduj acy si e w przestrzeni (14), wk ladka górna (16) oraz tyto n (18) s a otoczone owijk a (20).

12. Sposób wytwarzania filtra papierosowego, zawieraj acego w lókno, znamienny tym, ze sto- suje si e w lókno (22) zawieraj ace pó lotwarte mikrown eki zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym, przy czym w egiel i/lub amorficzny zel krzemionkowy poddaje si e mechanicznemu mieszaniu z w lóknem (22), tak i z w egiel i/lub amorficzny zel krzemionkowy zostaj a zamkni ete w mi- krown ekach.

13. Sposób wytwarzania filtra papierosowego, zawieraj acego w lókno, znamienny tym, ze sto- suje si e w lókno (22) zawieraj ace pó lotwarte mikrown eki zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym, i stosuje si e etap elektrostatycznego oddzia lywania w lókna (22) z w eglem i/lub amor- ficznym zelem krzemionkowym, tak i z w egiel i/lub amorficzny zel krzemionkowy zostaj a zamkni ete w mikrown ekach.

14. Filtr papierosowy zawieraj acy w lókno, znamienny tym, ze w lókno (22) zawiera otwarte mi- krown eki, które s a zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym.

15. Filtr wed lug zastrz. 14, znamienny tym, ze w lókno (22) jest w lóknem trój listkowym (30).

16. Filtr wed lug zastrz. 14, znamienny tym, ze w lókno (22) jest w lóknem czterolistkowym (32).

17. Filtr wed lug zastrz. 14, znamienny tym, ze stosunek ilo sci w egla i/lub amorficznego zelu krzemionkowego wzgl edem w lókna (22) wynosi od oko lo 1% do 150% wagowo.

18. Filtr wed lug zastrz. 17, znamienny tym, ze stosunek ilo sci w egla i/lub amorficznego zelu krzemionkowego do w lókna (22) wynosi oko lo 20 - 80% wagowo.

19. Filtr wed lug zastrz. 14, znamienny tym, ze w lókno (22) jest impregnowane w lóknem w egla kokosowego, posiadaj acym wspó lczynnik zape lnienia oko lo 50%.

20. Filtr wed lug zastrz. 14, znamienny tym, ze w lókno (22) posiada mikrown eki o wielko sci oko lo 3 denier na mikrown ek e w lókna, za s w egiel i/lub amorficzny zel krzemionkowy maj a wielko sc cz astek od oko lo 1 do 15 mikrometrów.

21. Filtr wed lug zastrz. 14, znamienny tym, ze filtr nie zawiera lepiszczy ani plastyfikatorów ani te z zasadniczo nie zawiera lepiszczy ani plastyfikatorów.

22. Filtr wed lug zastrz. 14, znamienny tym, ze w lókno (22) jest zape lnione amorficznym zelem krzemionkowym oraz w lóknem w egla kokosowego.

23. Papieros z filtrem, maj acy budow e typu wk ladka/przestrze n/wk ladka, zawieraj acy wk ladk e doln a, przestrze n, wk ladk e górn a oraz tyto n, znamienny tym, ze filtr zawiera w lókno (22) zawieraj ace otwarte mikrown eki, które s a zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym, i jest za la- dowany w przestrzeni (14), przy czym wk ladka dolna (12), filtr znajduj acy si e w przestrzeni (14), wk ladka górna (16) oraz tyto n (18) s a otoczone owijk a (20).

24. Papieros z filtrem maj acy budow e typu wk ladka/przestrze n, zawieraj acy przestrze n, wk ladk e górn a i tyto n, znamienny tym, ze filtr zawiera w lókno (22), zawieraj ace otwarte mikrown eki, które s a zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym, i jest za ladowany w przestrzeni (14), przy czym filtr znajduj acy si e w przestrzeni (14), wk ladka górna (16) oraz tyto n (18) s a otoczone owijk a (20).

25. Sposób wytwarzania filtra papierosowego, zawieraj acego w lókno, znamienny tym, ze sto- suje si e w lókno (22) zawieraj ace otwarte mikrown eki zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym, przy czym w egiel i/lub amorficzny zel krzemionkowy poddaje si e mechanicznemuPL 203 509 B1 22 mieszaniu z w lóknem (22), tak i z w egiel i/lub amorficzny zel krzemionkowy zostaj a zamkni ete w mi- krown ekach.

26. Sposób wytwarzania filtra papierosowego, zawieraj acego w lókno, znamienny tym, ze sto- suje si e w lókno (22) zawieraj ace otwarte mikrown eki zape lnione w eglem i/lub amorficznym zelem krzemionkowym, i stosuje si e etap elektrostatycznego oddzia lywania w lókna (22) z w eglem i/lub amor- ficznym zelem krzemionkowym, tak i z w egiel i/lub amorficzny zel krzemionkowy zostaj a zamkni ete w mikrown ekach. RysunkiPL 203 509 B1 23PL 203 509 B1 24PL 203 509 B1 25PL 203 509 B1 26PL 203 509 B1 27PL 203 509 B1 28PL 203 509 B1 29PL 203 509 B1 30PL 203 509 B1 31PL 203 509 B1 32 Departament Wydawnictw UP RP Cena 6,00 z l. PL PL